一、中國發(fā)展水泥窯余熱發(fā)電技術(shù)的目的

1．1降低能耗、保護環(huán)境

    水泥熟料鍛燒過程中，由窯尾預熱器、窯頭熟料冷卻機等排掉的400℃以下低溫廢氣余熱，其熱量約占水泥熟料燒成總耗熱量30%以上，造成的能源浪費非常嚴重。水泥生產(chǎn)，一方面消耗大量的熱能（每噸水泥熟料消耗燃料折標準煤為100～115kg），另一方面還同時消耗大量的電能（每噸水泥約消耗90～115kwh）。如果將排掉的400℃以下低溫廢氣余熱轉(zhuǎn)換為電能并回用于水泥生產(chǎn)，可使水泥熟料生產(chǎn)綜合電耗降低60%或水泥生產(chǎn)綜合電耗降低30%以上，對于水泥生產(chǎn)企業(yè)：可以大幅減少向社會發(fā)電廠的購電量或大幅減少水泥生產(chǎn)企業(yè)燃燒燃料的自備電廠的發(fā)電量以大大降低水泥生產(chǎn)能耗；可避免水泥窯廢氣余熱直接排入大氣造成的熱島現(xiàn)象，同時由于減少了社會發(fā)電廠或水泥生產(chǎn)企業(yè)燃燒燃料的自備電廠的燃料消耗，可減少CO2等燃燒廢物的排放而有利于保護環(huán)境。

1．2為“建設(shè)節(jié)約型社會、推進資源綜合利用”政策的推行提供技術(shù)支持

    能源、原材料、水、土地等自然資源是人類賴以生存和發(fā)展的基礎(chǔ)，是經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展的重要的物質(zhì)保證。而隨著經(jīng)濟的發(fā)展，資源約束的矛盾日益凸顯。為此中國政府在為貫徹實施《節(jié)能中長期專項規(guī)劃》而編制的《中國節(jié)能技術(shù)政策大綱》（2005年修訂稿）中明確支持“大中型新型干法水泥窯余熱發(fā)電技術(shù)”的研究、開發(fā)、推廣工作。

1．3符合清潔發(fā)展機制（CDM）項目的要求

     清潔發(fā)展機制是《京都議定書》第十二條確定的一個基于市場的靈活機制，其核心內(nèi)容是允許附件一締約方(即發(fā)達國家)與非附件一國家(即發(fā)展中國家)合作，在發(fā)展中國家實施溫室氣體減排項目。
    清潔發(fā)展機制的設(shè)立具有雙重目的：促進發(fā)展中國家的可持續(xù)發(fā)展和為實現(xiàn)公約的最終目標做出貢獻；協(xié)助發(fā)達國家締約方實現(xiàn)其在《京都議定書》第三條之下量化的溫室氣體減限排承諾。通過參與清潔發(fā)展機制項目，發(fā)達國家的政府可以獲得項目產(chǎn)生的全部或者部分經(jīng)核證的減排量，并用于履行其在《京都議定書》下的溫室氣體減限排義務(wù)。對于發(fā)達國家的企業(yè)而言，獲得的CERs可以用于履行其在國內(nèi)的溫室氣體減限排義務(wù)，也可以在相關(guān)的市場上出售獲得經(jīng)濟收益。由于獲得CERs的成本遠低于其在國內(nèi)采取減排措施的成本，發(fā)達國家政府和企業(yè)通過參加清潔發(fā)展機制項目可以大幅度降低其實現(xiàn)減排義務(wù)的經(jīng)濟成本。

    對于發(fā)展中國家而言，通過參加清潔發(fā)展機制項目合作可以獲得額外的資金和（或）先進的環(huán)境保護技術(shù)，從而可以促進本國的可持續(xù)發(fā)展。因此，清潔發(fā)展機制是一種“雙贏”的機制。清潔發(fā)展機制合作也可以降低全球?qū)崿F(xiàn)溫室氣體減排的總體經(jīng)濟成本。

1.4對于水泥生產(chǎn)企業(yè)  

     水泥生產(chǎn)企業(yè)建設(shè)余熱電站，投資小，見效快，可以大幅降低水泥生產(chǎn)能耗既成本，相應地可以大幅提高企業(yè)經(jīng)濟效益。

1.5國家技術(shù)進步方面

     支持并促進“水泥窯余熱發(fā)電技術(shù)”的研究、開發(fā)、推廣工作，可以使中國水泥窯余熱發(fā)電的總體技術(shù)水平達到或接近當前國外先進工業(yè)國家已經(jīng)達到的技術(shù)水平。

二、中國水泥窯余熱發(fā)電技術(shù)研究、開發(fā)、推廣工作的簡要過程

     1984年，根據(jù)當時水泥生產(chǎn)能力嚴重不足、供電能力十分緊張、新型干法水泥生產(chǎn)技術(shù)處于起步階段、煤電比價很低的實際情況，中國政府安排了救活十四個老水泥廠的工作。結(jié)合這項工作，國內(nèi)開展了中空余熱發(fā)電窯的高溫余熱發(fā)電技術(shù)及裝備的研究、開發(fā)、推廣、應用工作。至1995年，利用高溫余熱發(fā)電技術(shù)及裝備，在國內(nèi)建設(shè)投產(chǎn)了約290條帶有高溫余熱發(fā)電系統(tǒng)的中空余熱發(fā)電窯。形成了以主蒸汽參數(shù)、余熱鍋爐形式、余熱發(fā)電能力分別為2.45MPa—400℃—噸熟料余熱發(fā)電量90～110KW—臥式余熱鍋爐、3.82MPa—450℃—噸熟料余熱發(fā)電量130～150KW—臥式余熱鍋爐、3.82MPa—450℃—噸熟料余熱發(fā)電量170～180KW—立式余熱鍋爐的三代水泥窯高溫余熱發(fā)電技術(shù)，為我國開展水泥窯低溫余熱發(fā)電技術(shù)及裝備的研究開發(fā)奠定了基礎(chǔ)。

     中國政府根據(jù)新型干法水泥生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展，在1990年安排了國家重大科技攻關(guān)項目《水泥廠低溫余熱發(fā)電工藝及裝備技術(shù)的研究開發(fā)》工作。其課題之一是：《帶補燃鍋爐的中、低溫余熱發(fā)電技術(shù)及裝備的研究開發(fā)》，目的是在當時中國國內(nèi)尚不能解決中低品位余熱—動力轉(zhuǎn)換機械的條件下，采用中國國產(chǎn)標準系列汽輪發(fā)電機組回收400℃以下廢氣余熱進行發(fā)電。該課題在1996年完成了攻關(guān)工作并形成了《帶補燃鍋爐的水泥窯低溫余熱發(fā)電技術(shù)》。截止2005年底，利用這項技術(shù)，在中國國內(nèi)的23個水泥廠36條1000～4000t/d預分解窯生產(chǎn)線上建設(shè)投產(chǎn)了28臺、總裝機為45.36萬Kw的以煤矸石、石煤為補燃鍋爐燃料的綜合利用電站，各水泥廠取得了可觀的經(jīng)濟效益。這項技術(shù)的研究、開發(fā)、推廣、應用，為我國開發(fā)水泥窯純低溫余熱發(fā)電技術(shù)及裝備工作積累了豐富的經(jīng)驗。

     根據(jù)研究、開發(fā)、推廣《帶補燃鍋爐的水泥窯低溫余熱發(fā)電技術(shù)》的經(jīng)驗，結(jié)合日本KHI公司1995年為中國一條4000t/d水泥窯提供的6480Kw純低溫余熱電站的建設(shè)，國內(nèi)分別于1997年、2001年在一條2000t/d水泥線、一條1500t/d水泥線上利用中國國產(chǎn)的設(shè)備和技術(shù)建設(shè)投產(chǎn)了裝機容量各為3000Kw、2500Kw的純低溫余熱電站。2001年至2005年，中國水泥行業(yè)利用中國國產(chǎn)的設(shè)備和技術(shù)在十數(shù)條1200t/d級、2500t/d級、5000t/d級新型干法窯上配套建設(shè)了裝機容量分別為2.0MW、3.0MW、6.0MW的純低溫余熱電站，形成了中國第一代水泥窯純低溫余熱發(fā)電技術(shù)，綜合技術(shù)指標可以達到噸熟料余熱發(fā)電量為3140KJ/kg-28～33kwh/t。

     通過對十數(shù)條1200t/d級、2500t/d級、5000t/d級新型干法窯2.0MW、3.0MW、6.0MW純低溫余熱電站建設(shè)、運行經(jīng)驗的總結(jié)，自2003年起，中國研究、開發(fā)出了第二代水泥窯純低溫余熱發(fā)電技術(shù)。至2007年2月，利用第二代水泥窯純低溫余熱發(fā)電技術(shù)在中國國內(nèi)的1條1500t/d、1條1800t/d及1條2000t/d、1條3200t/d、4條2500t/d、 6條5000t/d共14條新型干法水泥生產(chǎn)線上設(shè)計、建設(shè)、投產(chǎn)了11臺裝機容量分別為1臺3MW、1臺3.3MW 、2臺7.5MW、3臺4.5MW 2臺9MW、2臺18MW的純低溫余熱電站，其噸熟料余熱發(fā)電量均為3140KJ/kg-38～42kwh/t。

中國水泥窯余熱發(fā)電技術(shù)研究、開發(fā)、推廣工作的整個過程均是以大連易世達能源工程有限公司的主要技術(shù)力量為核心并因此獲得了若干項有關(guān)水泥窯余熱發(fā)電技術(shù)的中國國家專利。

三、中國第二代水泥窯純低溫余熱發(fā)電技術(shù)與發(fā)達國家先進技術(shù)的比較

     目前發(fā)達國家從事水泥窯純低溫余熱發(fā)電技術(shù)及裝備研究、開發(fā)、推廣應用工作的國家主要有日本、荷蘭、以色列、德國等先進工業(yè)國家，其中尤以日本鋼管（JFE）、日本川崎重工（KHI）的技術(shù)及裝備在國際上推廣應用所占的比重最大。中國第二代水泥窯純低溫余熱發(fā)電技術(shù)與發(fā)達國家先進技術(shù)相比如下：

四、大連易世達能源工程有限公司概況

     大連易世達能源工程有限公司，主要從事新型干法水泥生產(chǎn)線純低溫余熱電站工程設(shè)計、技術(shù)咨詢、工程總承包、設(shè)備成套、安裝、調(diào)試、生產(chǎn)運行管理等業(yè)務(wù)。目前擁有熱能、工藝、機械、電氣、土建等各專業(yè)工程技術(shù)人員60多名，集中了原余熱發(fā)電“八五”國家攻關(guān)組主要技術(shù)力量，具有強大的開發(fā)、設(shè)計、工程管理和生產(chǎn)運營能力，是集開發(fā)、設(shè)計、工程建設(shè)、運營服務(wù)于一體的技術(shù)密集型企業(yè)。目前具有余熱發(fā)電三項實用新型及兩項發(fā)明專利，其專利技術(shù)涉及目前主蒸汽參數(shù)為1.57MPa-3.43 MPa—340⁰C-435⁰C的水泥窯純余熱發(fā)電熱力系統(tǒng)。至2006年，在技術(shù)開發(fā)及工程建設(shè)方面取得了如下主要業(yè)績：

技術(shù)開發(fā)方面（帶*的為：大連易世達能源工程有限公司主要技術(shù)力量在天津水泥工業(yè)設(shè)計研究院時參與或主持的開發(fā)項目）：

*（1）完成了水泥窯余熱發(fā)電“八五”國家重點科技攻關(guān)項目“帶補燃鍋爐的低溫余熱發(fā)電技術(shù)及裝備的研究開發(fā)”工作，開發(fā)成果《帶補燃鍋爐的低溫余熱發(fā)電技術(shù)及裝備》獲國家“八五”科技攻關(guān)重大科技成果獎，技術(shù)核心人員榮獲“八五”國家重點科研攻關(guān)全國先進個人，受到了江澤民等黨和國家領(lǐng)導人的接見。

*（2）完成了日本NEDO贈送寧國水泥廠純低溫余熱電站設(shè)備的技術(shù)談判、工程立項、日方資料轉(zhuǎn)化、工程設(shè)計工作。

*（3）完成了水泥窯余熱發(fā)電“八五”國家重點科技攻關(guān)項目成果《帶補燃鍋爐的低溫余熱發(fā)電技術(shù)及裝備》的技術(shù)升級工作（補燃鍋爐燃料由煤粉升級為：煤矸石、石煤等劣質(zhì)燃料及生活垃圾），此項技術(shù)已投產(chǎn)應用于近40個工程：浙江紅火集團、福建龍麟集團、牡丹江水泥集團、葛洲壩水泥廠、杭州錢潮集團倉前水泥廠等。

（4）完成中空余熱發(fā)電窯高溫二級余熱發(fā)電技術(shù)及裝備的研究開發(fā)工作，開發(fā)成果至2003年4月已工業(yè)實驗性應用于二個實際工程，每噸熟料余熱發(fā)電量提高到1500×4.1868kJ/kg——190～200kWh/t。

*（5）完成水泥窯余熱發(fā)電“八五”國家重點科技公關(guān)延續(xù)性項目——水泥窯純低溫余熱發(fā)電——低參數(shù)混壓進汽式（補汽式）汽輪機的研究開發(fā)工作，其實際應用工程及補汽式汽輪機組已通過部級鑒定，該套機組已應用于九個實際工程。

（6）完成了水泥窯窯頭熟料冷卻機余熱鍋爐與補燃鍋爐一體化的研究開發(fā)工作，其開發(fā)成果目前已完成中間實驗運行考核階段。

（7）完成了中空余熱發(fā)電窯熟料提產(chǎn)降耗的技改研究、開發(fā)、工程設(shè)計工作，使中空余熱發(fā)電窯熟料產(chǎn)量提高200%～400%。

（8）完成了帶有二級預熱器、分解爐配套純中低溫二級余熱電站的新型干法水泥熟料生產(chǎn)線的技術(shù)開發(fā)工作。

*（9）完成了國內(nèi)第一代水泥窯純中低溫余熱發(fā)電技術(shù)的研究開發(fā)工作，其標志為：主蒸汽參數(shù)為0.69～1.27MPa-280～340℃，實現(xiàn)了理論上采用這種主蒸汽參數(shù)時的最大發(fā)電量750kcal/kg-28～33kwh/t。

（10）完成了提高型（也稱為第二代）水泥窯純中低溫余熱發(fā)電技術(shù)的研究開發(fā)工作（其標志為：主蒸汽參數(shù)為1.57～3.43MPa-340～435℃，實現(xiàn)了理論上采用這種主蒸汽參數(shù)時的最大發(fā)電量750kcal/kg-38～42kwh/t），確定了提高水泥窯純低溫余熱發(fā)電能力的技術(shù)途徑，相應地發(fā)明了若干具體技術(shù)措施（三項實用新型專利、兩項發(fā)明專利），使水泥窯純低溫余熱發(fā)電能力比目前推廣應用的第一代水泥窯純低溫余熱發(fā)電技術(shù)提高14.5～31.25%。

（11）歷年來先后完成15種余熱發(fā)電系統(tǒng)技術(shù)、32種余熱發(fā)電裝備技術(shù)的開發(fā)工作，完成了46個水泥廠的余熱發(fā)電工程設(shè)計工作、9條水泥生產(chǎn)線技改或新建設(shè)計工作、15個水泥廠的水泥生產(chǎn)線及余熱發(fā)電工程啟動調(diào)試工作。

在純低溫余熱發(fā)電工程實例上，大連易世達能源工程有限公司利用第二代水泥窯純低溫余熱發(fā)電技術(shù)，至2007年2月在國內(nèi)水泥行業(yè)的1條1500t/d、1條1800t/d、1條2000t/d、1條3200t/d、4條2500t/d、6條5000t/d等共計13條新型干法水泥生產(chǎn)線投產(chǎn)、建設(shè)、設(shè)計了1臺3MW、1臺3.3MW、3臺4.5MW、2臺7.5MW、2臺9MW、2臺18MW共計11臺總裝機為89MW的純余熱電站，噸熟料余熱發(fā)電量均為750kcal/kg-38~42kwh/t。

高溫及補燃余熱電站工程設(shè)計方面，見下表（帶*的為：大連易世達能源工程有限公司主要技術(shù)力量在天津水泥工業(yè)設(shè)計研究院時參與或主持的開發(fā)項目）：

純低溫余熱電站工程設(shè)計方面，見下表（帶*的為：大連易世達能源工程有限公司主要技術(shù)力量在天津水泥工業(yè)設(shè)計研究院時參與或主持的開發(fā)項目）：

工程總承包方面：

河南七里崗水泥廠2#窯（1200t/d）AQC補燃及余熱鍋爐一體化工程；
華新金貓水泥（蘇州）有限公司1#窯（3500t/d）SP余熱鍋爐工程；

山水昌樂水泥公司2500t/d水泥窯3MW純低溫余熱電站工程；

福建福龍水泥廠6000kw電站AQC余熱鍋爐工程；

浙江龍游杜山水泥2500t/d窯4.5MW純低溫余熱電站工程。

山水濰坊水泥公司2500t/d水泥窯4..5MW純低溫余熱電站工程；

山水創(chuàng)新水泥公司2500t/d水泥窯4..5MW純低溫余熱電站工程；

山水水泥公司1800t/d+2000t/d水泥窯7..5MW純低溫余熱電站工程；

浙江興寶龍水泥公司1500t/d水泥窯3MW純低溫余熱電站工程；

福建福龍水泥廠3200t/d水泥窯9.0MW純低溫余熱電站工程；

五、水泥窯純低溫余熱發(fā)電技術(shù)及相關(guān)問題

5.1第一代純低溫余熱發(fā)電技術(shù)

技術(shù)要點：利用水泥窯窯尾預熱器排出的350℃以下廢氣設(shè)置一臺窯尾預熱器余熱鍋爐（簡稱SP鍋爐）、利用水泥窯窯頭熟料冷卻機排出的400℃以下廢氣設(shè)置一臺熟料冷卻機廢氣余熱鍋爐（簡稱AQC爐）、兩臺鍋爐設(shè)置一臺蒸汽輪機、發(fā)電系統(tǒng)主蒸汽參數(shù)為0.69～1.27MPa—280～340℃、余熱發(fā)電能力為3140kJ/kg熟料——28～32kwh/t熟料。

熱力系統(tǒng)構(gòu)成有如下三種模式：

其一：單壓不補汽式純余熱發(fā)電技術(shù)，見圖1。

其二：復合閃蒸補汽純余熱發(fā)電技術(shù)，見圖2。

其三：多壓補汽式純余熱發(fā)電技術(shù)，見圖3

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     第一代余熱發(fā)電技術(shù)的特點：上述三種技術(shù)沒有本質(zhì)的區(qū)別，共同的特點：都是利用在窯頭熟料冷卻機中部增設(shè)抽廢氣口或直接利用冷卻機尾部廢氣出口的400℃以下廢氣及窯尾預熱器排出的300～350℃的廢氣余熱；最重要的特點是采用0.69～1.27MPa-280～340℃低壓低溫主蒸汽。區(qū)別僅在于：窯頭熟料冷卻機在生產(chǎn)0.69～1.27MPa-280～340℃低壓低溫蒸汽的同時或同時再生產(chǎn)0.1～0.5MPa-飽和～160℃低壓低溫蒸汽、或同時再生產(chǎn)85～200℃的熱水；汽輪機采用補汽式或不補汽式汽輪機；復合閃蒸補汽式適用于汽輪機房與冷卻機距離較遠的情況而多壓補汽式適用于汽輪機房與冷卻機距離較近的情況。

      第一代余熱發(fā)電技術(shù)存在的問題及實際發(fā)電能力：

      第一代余熱發(fā)電技術(shù)填補了我國水泥行業(yè)的空白，為我國發(fā)展這項技術(shù)奠定了基礎(chǔ)并積累了寶貴的經(jīng)驗。但由于技術(shù)條件的限制，其技術(shù)水平類比新型干法窯，相當于上世紀九十年代初的水平，無論投資、發(fā)電能力、運行的穩(wěn)定性、設(shè)備壽命、運行可調(diào)整性都存在一定的問題：

（1）沒有很好利用熟料冷卻機的廢氣溫度，系統(tǒng)只生產(chǎn)低溫低壓蒸汽，余熱沒有按其溫度分布進行梯級利用，使發(fā)電熱力循環(huán)系統(tǒng)效率太低，余熱達不到應該達到的發(fā)電量，比如：對于帶有5級預熱器的水泥窯其余熱發(fā)電能力在保證滿足生料烘干所需廢氣溫度為210℃、煤磨烘干所需廢氣參數(shù)、不影響水泥生產(chǎn)、不增加水泥熟料燒成熱耗及電耗、不改變水泥生產(chǎn)用原燃料的烘干熱源、不改變水泥生產(chǎn)的工藝流程及設(shè)備的條件下，每噸熟料余熱發(fā)電量實際上不可能超過750kcal/kg-33kwh（實際熟料產(chǎn)量為5500t/d,熱耗為小于750kcal/kg或者預熱器出口廢氣溫度小于330℃,生料烘干溫度大于210℃時的發(fā)電功率不會大于7800Kw）。

      目前，一些設(shè)計單位采用第一代余熱發(fā)電技術(shù)宣傳已有很高的發(fā)電量，如：2500t/d窯發(fā)電裝機已達6000KW或發(fā)電功率已達到4000KW, 5500t/d窯發(fā)電已達9300KW。對于第一代余熱發(fā)電技術(shù)，在理論上這是不可能的。經(jīng)實際調(diào)查，有如下幾種情況，在宣傳上促成了發(fā)電功率的提高，但這些情況都是背離余熱發(fā)電應遵循的基本原則的，有的甚至是弄虛作假。

      第一種情況：熟料熱耗遠高于750Kcal/Kg。一般來講，對于新型干法水泥煅燒工藝形成的低溫廢氣余熱，以熟料熱耗750Kcal/Kg為基數(shù)，當熟料熱耗每增加7～8Kcal/Kg時，噸熟料余熱發(fā)電量應增加1 kwh以上。以750Kcal/Kg的熟料熱耗,對于2500t/d窯：當采用第一代余熱發(fā)電技術(shù)時，實際噸熟料余熱發(fā)電能力應為28～32kwh，電站實際發(fā)電功率應為2900～3350KW(如果采用第二代余熱發(fā)電技術(shù), 實際噸熟料余熱發(fā)電能力應為38～42kwh，電站發(fā)電功率應為3900～4380KW)；以850Kcal/Kg的熟料熱耗,對于2500t/d窯：當采用第一代余熱發(fā)電技術(shù)時，實際噸熟料余熱發(fā)電能力應為40～44kwh，電站實際發(fā)電功率應為4160～4580KW(如果采用第二代余熱發(fā)電技術(shù), 實際噸熟料余熱發(fā)電能力應為50～54kwh，電站發(fā)電功率應為5200～5600KW)。以750Kcal/Kg的熟料熱耗,對于5000t/d窯：當采用第一代余熱發(fā)電技術(shù)時，電站發(fā)電功率應為6200～7500KW(如果采用第二代余熱發(fā)電技術(shù), 電站發(fā)電功率應為7900～8750KW)。

      第二種情況：在發(fā)電機功率表上做手腳,乘上大于一的系數(shù),這是典型的做假行為。

      第三種情況：為了提高發(fā)電量，利用三次風或其它水泥生產(chǎn)用的高溫氣體來發(fā)電，這無疑需要大大增加熟料熱耗，而由于余熱發(fā)電蒸汽參數(shù)較低，熱力系統(tǒng)循環(huán)熱效率低，這種方式是對能源的浪費。

第四種情況：熟料實際產(chǎn)量遠遠高于其宣傳的產(chǎn)量，給大家造成余熱發(fā)電量很高的假象。

(2)由于采用0.69～1.27MPa-280～340℃低壓低溫蒸汽，對適應水泥窯生產(chǎn)的波動性較差。如:采用1.27MPa-340℃蒸汽參數(shù)時，保證汽輪機壽命和效率的蒸汽參數(shù)變化范圍為0.97～1.47MPa-325～350℃，但由于水泥窯生產(chǎn)的波動性,保證蒸汽參數(shù)變化范圍為0.97～1.47MPa-325～350℃是非常困難的，這是目前利用第一代余熱發(fā)電技術(shù)建設(shè)投產(chǎn)的余熱電站普遍存在的問題，其危害在于將大大縮短汽輪機壽命，目前只是由于已投產(chǎn)的余熱電站運行時間都比較短，這個問題還沒有暴露出來(采用第二代余熱發(fā)電技術(shù)的2.29MPa-370℃蒸汽參數(shù)，保證汽輪機壽命和效率的蒸汽參數(shù)變化范圍為1.27～2.47MPa-325～400℃，這就能很好地適應水泥窯生產(chǎn)的波動)。

(3) 第一代余熱發(fā)電技術(shù)的蒸汽溫度是不可調(diào)整的,只能隨水泥窯生產(chǎn)的波動而波動，而且波動范圍之大，足以嚴重影響汽輪機壽命(而第二代余熱發(fā)電技術(shù)很好地解決了這個問題)。

(4) 第一代余熱發(fā)電技術(shù)的兩臺鍋爐給水系統(tǒng)是串連的，任意一臺鍋爐有異常，都將影響整套電站的運行(第二代余熱發(fā)電技術(shù)同樣很好地解決了這個問題)。

(5) 第一代余熱發(fā)電技術(shù)由于采用低壓低溫蒸汽，電站所需要的管道規(guī)格及冷卻水系統(tǒng)設(shè)備相對較大，單位KW裝機投資也普遍高于第二代余熱發(fā)電技術(shù)(同樣條件下約提高百分之十以上)。

5.2第二代純余熱發(fā)電技術(shù)

技術(shù)要點：利用水泥窯窯尾預熱器排出的350℃以下廢氣設(shè)置一臺窯尾預熱器余熱鍋爐（簡稱SP鍋爐）或同時利用窯尾C2級預熱器內(nèi)筒設(shè)置過熱器；利用熟料冷卻機排出的400℃以下廢氣設(shè)置一臺熟料冷卻機廢氣余熱鍋爐（簡稱AQC爐），或者通過改變窯頭熟料冷卻機廢氣排放方式：利用熟料冷卻機排出的部分360℃以下廢氣設(shè)置一臺AQC余熱鍋爐、利用熟料冷卻機排出的部分500℃以下廢氣設(shè)置一臺熟料冷卻機廢氣余熱過熱器（簡稱ASH過熱器）；將AQC爐排出的廢氣部分或全部返回冷卻機，窯頭熟料冷卻機冷卻風采用循環(huán)風方式；利用兩臺鍋爐或者增設(shè)的余熱過熱器設(shè)置補汽式蒸汽輪機，發(fā)電系統(tǒng)主蒸汽參數(shù)為1.57～3.43MPa—340～435℃、補汽參數(shù)為0～0.15MPa—飽和～160℃、余熱發(fā)電能力為3140kJ/kg熟料——38～42kwh/t熟料。

對于上述技術(shù)要點，構(gòu)成第二代水泥窯純低溫余熱發(fā)電技術(shù)的基本要素為：

(1)冷卻機采用多級取廢氣方式，為電站采用相對高溫高壓主蒸汽參數(shù)及實現(xiàn)按廢氣溫度將廢氣熱量進行梯級利用創(chuàng)造條件；

(2)電站熱力系統(tǒng)采用1.57～3.43MPa—340～435℃相對高溫高壓主蒸汽參數(shù)，為提高余熱發(fā)電能力提供保證；

(3)汽輪機采用多級混壓進汽(即補汽式)汽輪機，為將180℃以下廢氣余熱生產(chǎn)的低壓低溫蒸汽轉(zhuǎn)換為電能提供手段；

(4) 利用C2級旋風筒內(nèi)筒至C1級旋風筒入口的450～600℃廢氣設(shè)置蒸汽過熱器，使其一方面C1級旋風筒入口的廢氣溫度僅需降低8～12℃(是水泥生產(chǎn)所允許的同時不會增加熟料熱耗)，另一方面通過設(shè)置的C2級旋風筒內(nèi)筒過熱器可使SP爐獨立生產(chǎn)主蒸汽，有利于提高余熱發(fā)電能力及增加電站生產(chǎn)運行管理的靈活性、穩(wěn)定性；

(5) 窯頭熟料冷卻機冷卻風采用循環(huán)風方式，即將AQC爐出口廢氣部分或全部返回冷卻機，這樣可以提高窯頭熟料冷卻機廢氣余熱回收率并同時可以提高窯頭AQC爐進口廢氣溫度從而進一步提高發(fā)電量。

      第二代純余熱發(fā)電技術(shù)是大連易世達能源工程有限公司的專利技術(shù)，專利保護范圍：主蒸汽參數(shù)1.57～3.82Mpa次中壓或中壓----飽和溫度至450℃過熱蒸汽，窯頭熟料冷卻機兩個及兩個以上用于生產(chǎn)蒸汽的取廢氣口，熟料冷卻機循環(huán)風技術(shù)，窯尾C2級預熱器內(nèi)筒過熱器技術(shù)。熱力系統(tǒng)構(gòu)：針對第一代純余熱發(fā)電技術(shù)的特點及存在的問題，分析水泥窯廢氣溫度及廢氣熱量的分布情況如下：

不帶余熱發(fā)電時的廢氣溫度及熱量分布圖，見圖4；

第一代余熱發(fā)電的廢氣溫度及熱量分布圖，見圖5；

第二代余熱發(fā)電的廢氣溫度及熱量分布圖，見圖6；

     根據(jù)上述廢氣溫度及熱量分布，發(fā)電系統(tǒng)完全有條件采用中溫中壓主蒸汽參數(shù)，實際應用的兩種第二代余熱發(fā)電熱力系統(tǒng)分別見圖7、圖8

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第二代余熱發(fā)電技術(shù)采用的主要技術(shù)措施：

(1)改變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(shè)置一抽取400～600℃廢氣的抽廢氣口，同時在冷卻機中部設(shè)置抽取260～360℃廢氣的抽廢氣口。根據(jù)廢氣溫度，利用400～600℃抽廢氣口抽出的廢氣設(shè)置ASH蒸汽過熱器，用于調(diào)整控制汽輪機進汽溫度；利用260～360℃抽廢氣口抽出的廢氣設(shè)置AQC爐生產(chǎn)1.57～3.82Mpa次中壓或中壓飽和蒸汽并同時生產(chǎn)0.1～0.5Mpa飽和溫度至180℃的低壓低溫蒸汽、85～200℃熱水。

(2)在利用窯尾預熱器系統(tǒng)最終（C1級旋風筒出口）排出的300～350℃廢氣的同時，利用C2級旋風筒內(nèi)筒至C1級旋風筒入口的450～600℃廢氣設(shè)置蒸汽過熱器。這樣：一方面C1級旋風筒入口的450～600℃廢氣溫度僅降低20～25℃，是水泥生產(chǎn)所允許的同時不會增加熟料熱耗；另一方面，通過設(shè)置的C2級旋風筒內(nèi)筒過熱器使SP爐可生產(chǎn)1.57～3.82Mpa次中壓或中壓飽和溫度至450℃的過熱蒸汽，見圖8。目前這項技術(shù)已在1600t/d窯3000kw純低溫余熱電站系統(tǒng)順利通過實驗考核運行。

(3)為了提高窯頭熟料冷卻機廢氣余熱回收率以提高窯頭AQC爐進口廢氣溫度從而進一步提高發(fā)電量，窯頭熟料冷卻機冷卻風采用循環(huán)風方式，即將AQC爐出口廢氣部分或全部返回冷卻機。目前這項技術(shù)也已在1600t/d窯3000kw純低溫余熱電站系統(tǒng)順利通過實驗考核運行。

     對于第二代余熱發(fā)電技術(shù)的上述（2）、（3）項措施，根據(jù)工程實際情況，即可以同時采用，也可以采用其中的某一項，也可以兩項都不采用。是否采用上述（2）、（3）項措施，對余熱電站實際發(fā)電能力有10～15%的影響。

第二代水泥窯純余熱發(fā)電技術(shù)能夠取得的效果：

    前述三個措施使第二代水泥窯純余熱發(fā)電熱力循環(huán)系統(tǒng)及廢氣取熱方式，在不影響水泥熟料熱耗、滿足原燃料烘干所需溫度210℃及燃料烘干、不改變水泥生產(chǎn)工藝及設(shè)備、不影響水泥窯生產(chǎn)的條件下：其一，余熱可以同時生產(chǎn)次中壓或中壓飽和至450℃的過熱蒸汽、0.1～0.5Mpa飽和至180℃的低壓低溫蒸汽、85～200℃熱水；其二，最重要的是:熱力循環(huán)系統(tǒng)可以采用次中壓中溫或中壓中溫參數(shù)，提高了熱力循環(huán)系統(tǒng)效率,在充分利用水泥窯不同廢氣溫度的余熱的同時，實現(xiàn)了熱量根據(jù)其溫度進行梯級利用的原理；其三，第二代水泥窯純余熱發(fā)電熱力循環(huán)系統(tǒng)、循環(huán)參數(shù)及廢氣取熱方式使水泥窯廢氣余熱按其質(zhì)量最大限度地轉(zhuǎn)換為了電能，從而使余熱發(fā)電能力比目前普遍采用的第一代水泥窯純余熱發(fā)電技術(shù)得以大幅提高,噸熟料發(fā)電能力實際可達到750Kcal/Kg---38～42kwh/t。同第一代純低溫余熱發(fā)電技術(shù)相比，在熟料熱耗及建設(shè)投資額不變的前提下，噸熟料余熱發(fā)電能力提高14.5%～31.25%；其四，解決了第一代水泥窯純余熱發(fā)電技術(shù)由于低壓低溫蒸汽而對水泥窯生產(chǎn)的波動性適應較差、蒸汽溫度不可調(diào)整、兩臺鍋爐給水系統(tǒng)串連從而互相影響等系統(tǒng)問題，并為降低電站單位KW裝機投資創(chuàng)造了條件。

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5.3帶補燃鍋爐的低溫余熱發(fā)電技術(shù)

    技術(shù)要點：主要是利用窯尾預熱器的300～350℃廢氣余熱及窯頭熟料冷卻機的300～400℃廢氣余熱生產(chǎn)高壓飽和蒸汽及高溫熱水，通過補燃鍋爐將蒸汽量、蒸汽壓力、蒸汽溫度調(diào)整至汽輪機所需要的參數(shù)；其次是利用熟料冷卻機200℃左右的廢氣生產(chǎn)低壓飽和蒸汽及120℃左右的熱水，為鍋爐給水除氧并取代汽輪機回熱抽汽，降低汽輪機的發(fā)電汽耗率。熱力系統(tǒng)構(gòu)成模式如下:

A.水泥窯；D.汽輪機；E.發(fā)電機；F.冷凝器；G.凝結(jié)水泵；I.除氧器；J.鍋爐給水泵；K.篦冷機；L.篦冷機廢氣余熱鍋爐（AQC爐）；M.分解爐及預熱器；N.SP余熱鍋爐；P.補燃鍋爐；R.窯尾高溫風機

5.4兩代純余熱發(fā)電技術(shù)發(fā)電能力的比較

5.4.1前提條件

為了科學實用地得出比較結(jié)論，做如下假設(shè)：

水泥窯5500 t/d熟料產(chǎn)量，熱耗小于750kcal/kg，生料烘干溫度210℃；

窯尾廢氣參數(shù)353600Nm/h---330℃，出鍋爐廢氣參數(shù)353600Nm/h---210℃；

窯頭冷卻機廢氣參數(shù)310000Nm3/h---290℃，出鍋爐廢氣參數(shù)310000Nm3/h---100℃；

不考慮粉塵、散熱、漏風、排污等因素；

發(fā)電機效率為96.5%；

第二代技術(shù)主蒸汽參數(shù)2.29Mpa—380℃（僅冷卻機為雙取風、汽輪機為補汽式），第一代技術(shù)主蒸汽參數(shù)0.98Mpa—310℃。

5.4.2比較過程

比較及計算過程見下表：

5.4.3主要結(jié)論：

根據(jù)上表，發(fā)電能力的比較結(jié)論如下：

5.4.4產(chǎn)生發(fā)電能力差異的原因

產(chǎn)生發(fā)電能力差異的根本原因是兩類純余熱發(fā)電技術(shù)采用的主蒸汽參數(shù)不同,其中:第一代純余熱發(fā)電技術(shù)采用的是0.69～1.57MPa-飽和～340℃低壓低溫主蒸汽,而第二代純余熱發(fā)電技術(shù)采用的是1.6～3.82MPa-飽和～450℃中壓中溫或次中壓中溫主蒸汽。遵循的理論基礎(chǔ)仍然是根據(jù)熱力學熱力循環(huán)基本理論得出的提高火力發(fā)電廠循環(huán)效率為如下的四點結(jié)論:a提高初參數(shù)（即汽輪機主蒸汽進口的蒸汽壓力和溫度），即提高循環(huán)參數(shù)或稱主蒸汽壓力和溫度；b降低終參數(shù)，即降低汽輪機的排汽壓力和溫度；c采用在汽輪機不同壓力級分別抽出不同壓力的適量蒸汽用于逐級加熱鍋爐給水以提高鍋爐給水溫度的回熱循環(huán)；d采用在汽輪機某個壓力級將蒸汽全部抽出后將蒸汽全部回至鍋爐繼續(xù)加熱升溫，再將其回至汽輪機的再熱循環(huán)。由于余熱發(fā)電熱源的特點，上述四點結(jié)論中的回熱循環(huán)及再熱循環(huán)不適用于水泥窯純余熱發(fā)電技術(shù)。

提高初參數(shù)的作用,以溫度為例：1000kcal/h的熱量,如果溫度是1000℃（如1kg/h、1000℃的熱水）,理論上可以轉(zhuǎn)換為0.9135Kw的電力；同樣是1000kcal/h的熱量,如果溫度是100℃（如10kg/h、100℃的熱水）,理論上可以轉(zhuǎn)換為的電力只有0.3118Kw。

5.5兩代純余熱發(fā)電技術(shù)的其它方面比較

除了發(fā)電能力外，第二代純余熱發(fā)電技術(shù)在如下三個方面也優(yōu)于第一代：

(1)第二代純余熱發(fā)電技術(shù)可以解決第一代純余熱發(fā)電技術(shù)主蒸汽溫度不能調(diào)溫的問題；

(2)由于第二代余熱發(fā)電技術(shù)采用相對高壓、高溫主蒸汽，其蒸汽及水管道、汽輪機體積、循環(huán)冷卻水量等均小于第一代純余熱發(fā)電技術(shù)，因此對于同一條水泥窯來講：第二代余熱發(fā)電技術(shù)雖然發(fā)電能力高但其單位Kw裝機投資卻低于第一代技術(shù)；

(3)因采用較高的主蒸汽壓力和溫度，為汽機采用大范圍變化主蒸汽壓力和溫度的滑參數(shù)運行創(chuàng)造了條件（當設(shè)計采用主蒸汽壓力和溫度為2.29MPa-370℃時，實際運行變化范圍可以達到1.27～2.47Mpa、325℃～400℃）；而第一代純余熱發(fā)電技術(shù)的汽輪機主蒸汽壓力和溫度允許變化范圍則要小得多（當設(shè)計采用主蒸汽壓力和溫度為0.98MPa-310℃時，實際運行變化范圍只能達到0.69～1.27Mpa、290℃～330℃）。因此，第二代純余熱發(fā)電技術(shù)在可提高余熱發(fā)電能力的同時，由于主蒸汽參數(shù)允許運行變化范圍比第一代技術(shù)大得多，發(fā)電系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)率、可靠性、對水泥窯生產(chǎn)波動的適應性也將比第一代技術(shù)好的多。

上述三點已在山水集團余熱電站調(diào)試及試運行中得以充分證明。

六、行業(yè)中關(guān)心或有疑問的問題

6.1問題

對于上述兩代純余熱發(fā)電技術(shù)，行業(yè)中關(guān)心或有疑問的問題有如下幾方面（1）對水泥生產(chǎn)是否有影響（如：物料烘干，窯系統(tǒng)的操做等）？

（2）對熱耗的影響即對入爐三次風和入窯二次風是否有影響？

（3）對熟料冷確效果是否有影響？

（4）對水泥熟料生產(chǎn)波動的適應性？

         相對于第一代技術(shù)，對第二代技術(shù)關(guān)心或有疑問的特殊問題：

（1）除了發(fā)電能力外，其它方面是否比第一代更可靠？

（2）國外先進工業(yè)國家為何在中國采用低壓低溫參數(shù)？

根據(jù)近年已投產(chǎn)的余熱電站生產(chǎn)運行及山東山水公司、浙江興寶龍水泥公司余熱電站調(diào)試試生產(chǎn)情況，上述問題已不再是問題。對于國外先進工業(yè)國家為何在中國采用低壓低溫蒸汽參數(shù)，首先國際上還沒有新的熱力循環(huán)理論產(chǎn)生，其次在國外先進工業(yè)國家本土及其在臺灣等地區(qū)建成的水泥窯余熱電站，基本上采用的都是中壓中溫或次中壓中溫主蒸汽參數(shù)，因此，這個問題是難以得出答案的。

6.2對水泥生產(chǎn)的影響

水泥窯余熱發(fā)電應遵循的基本原則為：不影響水泥生產(chǎn)、不增加水泥熟料熱耗及電耗、不改變水泥生產(chǎn)用原燃料的烘干熱源、不改變水泥生產(chǎn)的工藝流程及設(shè)備。

目前水泥窯配套建設(shè)余熱電站，可以做到不增加水泥熟料熱耗及電耗、不改變水泥生產(chǎn)用原燃料的烘干熱源、不改變水泥生產(chǎn)的工藝流程及設(shè)備。但無論是利用第一代還是第二代余熱發(fā)電技術(shù)建設(shè)的余熱電站，余熱電站投入運行后對水泥生產(chǎn)總會是有一些影響的，這些影響有的是正面有的是負面，而且兩代余熱發(fā)電技術(shù)對水泥生產(chǎn)的影響基本是相同的，其主要為：

（1）窯尾高溫風機：在窯尾SP鍋爐漏風控制、結(jié)構(gòu)設(shè)計、受熱面配置、清灰設(shè)計、除灰設(shè)計、廢氣管道設(shè)計合適的條件下，電站投入運行后，窯尾高溫風機負荷將有所降低。

（2）增濕塔：將隨著電站的投入或解出調(diào)整噴水量，直至停止或全開噴水。

（3）生料磨及煤磨：隨著電站的投入或解出，烘干廢氣溫度將產(chǎn)生較大幅度的變化，需要根據(jù)烘干廢氣溫度的變化調(diào)整烘干廢氣量或磨的運行方式。

（4）窯尾電收塵：如果窯尾采用電收塵，電站投入運行后對其收塵效果總是有影響的，只是由于地區(qū)不同、配料不同、燃料不同或其它條件不同，對收塵效果的影響程度不同。但當窯尾采用袋收塵時，電站投入運行對提高收塵效果是有顯著作用的。

（5）熟料冷卻機廢氣排風機：冷卻機配套余熱鍋爐后對冷卻機廢氣排風機的影響是沒有規(guī)律的：有的冷卻機反映廢氣排風機能力夠，有的反映不夠；有的反映廢氣排風機功率上升，有的反映下降。這種情況雖然與冷卻機原設(shè)計配置的廢氣排風機能力有關(guān)，但主要還是與冷卻機余熱鍋爐及冷卻機余熱鍋爐配置的廢氣管道系統(tǒng)有直接關(guān)系。

冷卻機廢氣排風機能力不夠的現(xiàn)象不是由風機本身直接反映出來的。由于冷卻機進入余熱鍋爐的廢氣量是可調(diào)整的，在實際生產(chǎn)運行中，當發(fā)現(xiàn)冷卻機廢氣排風機能力不夠時，一般是通過調(diào)整（減少）進入余熱鍋爐廢氣量的方式來滿足排風機的運行。也就是通過減少發(fā)電量的方式來滿足排風機的運行，或者說是以發(fā)電量不足的現(xiàn)象掩蓋了排風機能力不夠的矛盾。這是需要注意也是有經(jīng)濟帳可算同時也是需要各個工廠根據(jù)自己的實際情況分析、判斷、解決的問題。

（6）窯頭電收塵器：電站投入運行后，窯頭電收塵器工作溫度大為降低，粉塵負荷也相應降低。

（7）窯系統(tǒng)操作：由于窯系統(tǒng)增加了兩臺余熱鍋爐，而余熱鍋爐廢氣不但取自還要送回水泥窯系統(tǒng)，因此勢必需要增加窯系統(tǒng)窯頭、窯尾、廢氣處理、生料粉磨、煤制備系統(tǒng)的操作環(huán)節(jié)。

6.3其它幾個問題

（1）并網(wǎng)問題：

（2）電站與水泥生產(chǎn)線同步建設(shè)時電站設(shè)計與水泥生產(chǎn)線設(shè)計的配合問題：

（a）變壓器容量：

（b）電氣系統(tǒng)：

（c）水系統(tǒng)：

（d）煤磨烘干熱源：

（e）冷卻機：

（3）裝機容量問題：

（4）關(guān)于不同地區(qū)的發(fā)電熱力系統(tǒng)構(gòu)成問題：

(5)  關(guān)于廢氣參數(shù)的確定問題：

（6）關(guān)于汽輪機及補汽問題：

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七、關(guān)于第三代技術(shù)

    對于上述第二代純余熱發(fā)電技術(shù)，我們根據(jù)調(diào)試及試生產(chǎn)所取得的初步經(jīng)驗并進一步分析水泥生產(chǎn)工藝過程及廢氣溫度、廢氣熱量分布情況，我們目前已研究開發(fā)成型第三代純余熱發(fā)電技術(shù)，其目標為：對于帶有5級預熱器的新型干法窯其余熱發(fā)電能力在保證滿足生料烘干所需廢氣溫度為210℃、煤磨烘干所需廢氣參數(shù)、不影響水泥生產(chǎn)、不增加水泥熟料燒成熱耗及電耗、不改變水泥生產(chǎn)用原燃料的烘干熱源、不改變水泥生產(chǎn)的工藝流程及設(shè)備的條件下，每噸熟料余熱發(fā)電量達到或超過750kcal/kg-48～52.5kwh（對于5000t/d水泥窯，發(fā)電機組可為10000～12000KW），這一目標是理論分析實際可能達到的最高目標。目前我們已在國內(nèi)一條5000t/d、一條3200t/d、一條2500t/d水泥窯余熱發(fā)電的設(shè)計上采用這項技術(shù)并已進入實施階段。

八、不同規(guī)格水泥窯純低溫余熱發(fā)電概況

8.1第二代余熱發(fā)電技術(shù)

8.1.1  1300t/d級水泥生產(chǎn)線純低溫余熱電站

8.1.2  2500t/d級水泥生產(chǎn)線純低溫余熱電站

8.1.3  3200t/d級水泥生產(chǎn)線純低溫余熱電站

8.1.4  5000 t/d級水泥生產(chǎn)線純低溫余熱電站

8.2不同規(guī)格水泥窯純低溫余熱發(fā)電概況（第三代余熱發(fā)電技術(shù)）

8.2.1  1300t/d級水泥生產(chǎn)線純低溫余熱電站

8.2.2  2500t/d級水泥生產(chǎn)線純低溫余熱電站

8.2.3  3200t/d級水泥生產(chǎn)線純低溫余熱電站

8.2.4  5000 t/d級水泥生產(chǎn)線純低溫余熱電站

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