【水泥人網】筆者曾在文獻中介紹了熱力系統采用單壓系 統 、 熱水閃蒸雙壓系統 （簡稱閃蒸系統 ） 及雙壓鍋爐 的熱能 ， 提高其做功能力， 即熱氣體分流是預分解窯 余熱發電方法的技術核心。 具體方法是， 將預熱器系統進氣端或中部的氣體 予以分流。一部分氣體入預熱器系統預熱物料 ， 由于 氣 固 比 的 降 低， 提 高 了 該 部 分 氣 體 在 預 熱 系 統 內 的 熱效率 ， 降低了預熱器出口廢氣溫度 ， 加之氣體量減 少 ， 因此所含的熱能大幅度降低 ， 該部分熱能僅作為 原料烘干的熱源之一。分流出的另一部分氣體 ， 其溫 度高于預熱 器出口氣體， 例如從入窯 級預熱器出 口 分流時 ， 其 氣體溫度 約 ８７０℃， 進入余熱 鍋爐 用 于 發 電。 鍋爐出口煙氣的余熱也作為原料烘干的熱源組成 部分。 顯然分流出氣體中的熱能是來自未分流時的 熱 器 出 口 的 廢 氣， 即 通 過 氣 體 分 流 達 到 熱 能 轉 移 的 目的， 其流程見圖 １ 。 雙壓系統（ 簡稱雙壓系統） 的常規余熱發電系統。本 文介紹常規擴展余熱發電系統（ 即在常規的發電系統 中考慮一些擴展因素， 從而提高取熱質量） 以及非常 規余熱發電系統。希望通過大家的實踐， 為我國節能 事業發展貢獻力量。

１ 常規擴展余熱發電系統

１．１ 常規余熱發電系統的擴展方法

１．１．１ 窯頭冷卻機設兩個或多個中部取風 口回收不同品位的余熱 改變傳統的抽取窯頭熟料冷卻機廢氣方式， 即在 靠冷卻機進料端 （熱端 ）設置一個抽取 ４００～ ６００℃廢氣 的 抽 氣 口 ， 同 時 在 冷 卻 機 中 部 設 置 一 個 抽 取 ２５０～ ４００℃廢氣的抽氣口。根據廢氣溫度， 利用 ＡＱＣ 爐生 產 １．６～ ３．８２ＭＰａ－ 飽和 ～ ４５０℃的次中 壓或中壓過 熱蒸 氣， 并同時生產 ０．１～ ０．５ＭＰａ－ 飽和 ～ １８０℃的低壓低溫蒸氣、 ２００℃熱水 〔４〕。 ８５～ １．１．２ 回收 Ｃ１ 和 Ｃ２ 之間連接風管的熱量 在利用 Ｃ１ 出口排出的 ２５０～ ４００℃廢氣的同時， 利 用 Ｃ２ 內筒至 Ｃ１ 入口的 ４５０～ ６００℃廢氣， 通過設置的 過熱器及 ＳＰ 爐生產 １．６～ ３．８２ＭＰａ－ 飽和～ ４５０℃的次中 壓或中壓過熱蒸氣〔４〕。 １．１．３ 窯尾廢氣分流〔５〕 提高余熱發電量的關鍵是提高余熱的 “ ， 其 質” 途徑是將原廢氣中供發電部分熱能轉移至比之較高 溫 度 的 煙 氣 中， 即 將 較 低 溫 度 的 熱 能 換 成 較 高 溫 度圖１ 煙氣分流流程。生熟料結粒粗大并出現黃心熟料。在實際操作中， 假 如發現燒成帶物料發黏， 帶起高度比較高， 物料翻滾 這 不靈活， 有時出現餅狀物料， 這說明窯內溫度太高。 時應適當減少窯頭用煤量， 同時適當減少內流風， 加 大外流風， 使火焰伸長， 緩解窯內太高的溫度。 若發現 窯內物料帶起高度很低， 并順著耐火磚表面滑落， 物 料發散沒有黏性， 顆粒細小， 熟料 ｆＣａＯ 高， 則說明燒 成帶溫度過低， 應加大窯頭用煤量， 同時加大內流風， 相應減少外流風， 使火焰縮短， 燒成帶相對集中， 提高 燒成帶溫度， 使熟料結粒趨于正常。假如發現燒成帶 窯筒體局部溫度過高或窯皮大量脫落， 則說明燒成溫 度不穩定， 火焰形狀不好， 火焰發散沖刷窯皮及耐火 磚。 這時應減少甚至關閉內流風， 減少窯頭用煤量， 加 大外流風， 使火焰伸長或者移動噴煤管， 改變火點位 置， 重新補掛窯皮， 使燒成狀況恢復正常。 總之， 掛好窯皮并在生產中保護好窯皮是窯操作 工的重要任務。 （ 編輯 王新頻） － ３６ － 水泥 ＣＥＭＥＮＴ ２００７．Ｎｏ．９ １．１．４ 回收水泥窯筒體或三次風管外表面的輻射熱 這種方法與 １．１．２ 節中所述相同， 用窯筒體或三 近 ２０ 多年來， 以導熱油為熱載體的間接供熱技 術， 在石油、 化工、 紡織、 制藥及橡膠等行業得到了發 展和日益廣泛的應用。 導熱油是一種良好的有機熱載體傳熱介質， 具有 較高的熱容量和較低黏度， 在常壓下導熱油的初餾點 比水的蒸發溫度要高出數倍。高溫導熱油在 ３００℃的 條件下仍不氣化而保持常壓， 此時飽和壓力的水蒸氣 已高達 ８．５ＭＰａ 。因此在中、 高溫傳熱的條件下， 用導 熱油代替傳統的水蒸氣熱載體， 就能以低壓管道系統 代替高壓管道系統， 降低管道投資， 使運行的安全性 和可靠性得到保障。 此外， 導熱油還具有傳熱均勻， 熱 穩定性好， 以及優良的導熱特性。例如 ： 在 １００℃時， 飽 和 水 蒸 氣 的 導 熱 系 數 為 ０．０２３ ７Ｗ／（ｍ? ， 而 ℃）? Ｍｏｂｉｌｔｈｅｒｍ ６０５ 號導熱油為 ０．１２７Ｗ／（ｍ ℃）， 是水蒸氣 的 ５．３５ 倍， 傳輸距離 遠、 熱損失小 ， 能在多種 不 同 溫 度下獲得熱量。 導熱油對普通的碳鋼設備和管道基本 上無腐蝕作用， 不需要采用類似蒸汽系統的給水脫 輸送方便 鹽、 除氧等復雜的處理過程， 具有系統簡單、 和機組傳熱效率高的特點。 因此純低溫余熱發電系統 可選用以導熱油作工質的余熱鍋爐。 次風管的外表輻射熱對發電的循環工質進行過熱， 從 而提高發電用的蒸汽品質， 提高發電能力。

１．２ 常規擴展發電系統應用分析 １．１．１ 節所述方案， 符合能量分級利用的原理， 能夠減小煙氣與發電工質的換熱溫差， 減小 火用 損， 從而 提高發電能力。但此系統有如下問題需要仔細斟酌：

?① 根據以往經驗， 當冷卻機中部取風溫度超過 ４５０℃ 時， 可能對三次風溫產生影響。

② 冷卻機的風溫變化快、 幅度大， 因此過于復雜的取風方案將帶來系統調 節上的困難。 對于 １．１．２ 節和 １．１．３ 節方案， 由于煙氣熱量提前 被發電工質吸收一部分， 因此直接導致生料預熱溫度 降低， 會增加水泥熟料的熱耗。對于 １．１．４ 節， 水泥窯 筒體散熱量大約為 １４０￣１８０ｋＪ／ｋｇ， 如果能把這部分熱 量利用好， 將是對余熱回收的重大貢獻。但在利用過 程中， 不應改變原有的保溫結構， 也不應以增加熟料 熱耗為代價。 以上常規擴展余熱發電系統大多還停留在理論 階段， 實踐起來會有諸多問題， 尤其是水泥窯熱耗是 否增加成為人們關注的要點。 由于一次能源越來越緊 張， 過去通過技術經濟比較， 只要能使企業獲得經濟 利益的事就可以去做， 但是現在， 必須把是否節約能 源放在首位。 ２．１．３ 有機工質及導熱油余熱發電系統構成 以有機烷類透平機組和導熱油組成的余熱發電

系統如圖 ２ 所示。 ２２．１ 非常規余熱發電系統導熱油及有機工質循環 以色列 ＯＲＭＡＴ 公司有機工質透平機組〔６〕 以色列 ＯＲＭＡＴ 公 司 生 產 一 種 利 用 有 機 烷 類 為 ２．１．１ 工質的透平機組， 以異戊烷最常用。異戊烷一般為無 色液體， 能與醚、 烴類和油類任意混溶， 難溶于醇， 不 溶于水， 沸點為 ３６℃。用異戊烷作工質的透平機組有 如下優點：圖２ 有機工質及導熱油余熱發電系統構成 ２．１．４ 系統應用 １） 有機工質沸點低， 易產生蒸汽， 因此可以回收低溫余熱； １９９９ 年在德國某 ３ ０００ｔ／ｄ 新型干法窯 的篦式冷卻機上， 采用低沸點工質實現余熱發電， 這是工業試 驗生產線， 噸熟料余熱發電量達 １０．５ｋＷｈ 。如以此推 算， 同時將窯尾預熱器的廢氣余熱也采取相同措施回 收， 預計噸熟料余熱發電量可達 ４５～ ５０ｋＷｈ。但由于 德國水泥市場不景氣， 余熱電站投資又較大， 試驗沒 有繼續下去， 但該冷卻機 的余熱發 電裝置一直 在正 常運行。 經調查， 目前國內汽輪機廠都沒有開發此類設備 的計劃， 因此目前透平機組只能外購， 價格高。 ２００２ 年和 ２００５ 年， 我院和中國聯合水泥有限責任公司先 ２） 有機工質蒸汽密度比水蒸氣密度大得多， 因此透平機轉速可降低， 效率高， 體積小； ３） 冷凝壓力接近或稍大于大氣壓， 工質泄漏?。?４） 有機工質耐低溫， 不受冰凍的影響； ５） 由于轉速低， 因此噪聲小； ６） 系統的工作壓力低， 約 １．５ＭＰａ； ７） 無濕蒸汽產生， 始終保持干燥， 不受腐蝕， 透平壽命長。 ２．１．２ 導熱油熱載體及余熱鍋爐 ２００７．Ｎｏ．９ 張福濱： 常規擴展余熱發電系統和非常規余熱發電系統介紹 － ３７ － 后與以色列 ＯＲＭＡＴ 公司進行了技術交流， 但最終因 設備造價問題而沒有被我院推廣。 ２．２ Ｋａｌｉｎａ 循環 Ｋａｌｉｎａ 循 環 是 由 生 活 在 美 國 的 前 蘇 聯 科 學 家水混合 Ａｌｅｘａｎｄｅｒ Ｋａｌｉｎａ 發明的。在這種循環中， 氨、 液取代了常規的水蒸氣作為汽輪機的工作介質。 由于 氨、 水混合液的沸點遠低于水的沸點， 因此可以利用 較低溫度的廢熱生產高壓蒸汽對汽輪機做功， 從而將 熱能轉換為電能。 同時這種介質并非像水一樣在一個 固定溫度點沸騰， 而是在一個溫度區間范圍內， 介質 都能保持沸騰。 這樣就能保證在較大的溫度區間內都 會對汽輪機做功。 這兩個特性特別適用于低熱值低溫 窯尾的 度的工業廢氣回收領域， 比如水泥廠的窯頭、 廢熱回收， 高爐煤氣發電以及其他產生廢熱的行業。圖５ 螺桿膨脹動力機工作原理 螺桿膨脹動力機有以下主要技術特點〔７〕： １）它是一種容積式的全流動力設備， 能適應過熱蒸汽、 飽和蒸汽、 汽水兩相流體和熱水 （包括高鹽分熱 水 ） 工質； １９９３ 年， 美國電力公司許可由 Ａｌｅｘａｎｄｅｒ Ｋａｌｉｎａ 創建的 Ｅｘｅｒｇｙ 公司在全球推廣 Ｋａｌｉｎａ 循環， 許可的電站裝機規模為 ５０～ 圖 １５０ＭＷ。 ３ 為 Ｋａｌｉｎａ 循環流程 簡圖， 圖 ４ 為 Ｋａｌｉｎａ 循環傳熱簡圖。 ２）可實現無級調速， 轉速一般設計為 １ ５００～ ０００ ３ ｒ／ｍｉｎ， 相比同功率汽輪機， 有較高的內效率； 功率及熱負荷較大范圍變化情況 ３）在熱源參數、 下 ， 能保持較高運行效率； ４）單機功率在 ５０～ ５００ｋＷ； １ ５）設備緊湊，占地少，工程施工量小； ６）操作方便 ， 運行維護簡單 ， 而且具有除垢自潔能力， 大修周期長； 暖機。 ７）啟動不需盤車、 螺桿膨脹動力機余熱發電是國家“ 八五” 科技攻 關課題之一。以天津大學為主要研究單位， 有中國建 材研究院參與的項目組， 曾經制作出小型的試驗機 組， 后因諸多問題沒有得到應用。 另外， 裝機規模擴大 也是個難題。 ２．４圖３ 氟龍類有機工質的發電系統 此方案也是利用有機工質進行朗肯循環的發電 Ｋａｌｉｎａ 循環流程簡圖 系統， 最早在日本赤惠水泥廠以及三菱氣體化學公司 水島化工廠建設了此類電站， 但是迫于環保壓力， 目 前已不再使用和研究。?

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