引言

傳統的水泥廠生產效率低、能耗大，而且在生產過程中，會散發大量的高溫、中低溫余熱，對周圍的環境造成嚴重的影響。隨著生態環境的惡化，國家提出了建設資源節約型和環境友好型的發展目標。水泥廠作為傳統的制造行業，如何減少耗能、降低排放量，實現經濟效益、社會效益和環境效益的和諧發展，是當下水泥廠所要思考的問題。通過水泥廠中低溫純余熱技術，將熱能轉化為電能，實現資源的再利用，符合當下國家可持續發展戰略要求。

1.1 純余熱發電

純余熱發電方式比較簡單、運行成本低、可靠性高。主要通過朗肯循環原理進行發電，通過水或者水蒸氣，將余熱轉化為電能。由于廢氣排出時，廢氣余熱的含量和品質不平衡，所以純余熱發電動力不穩定，無法提供比較穩定的電能。因此，純余熱發電對電能控制要求比較高。

1.2 有機朗肯循環余熱發電

朗肯循環余熱發電對廢氣余熱溫度有要求。如果廢氣溫度小于360攝氏度，發電的效率比較低，影響余熱的回收效率。因此在朗肯循環余熱發電技術的基礎上，發展了有機朗肯發電技術。有機朗肯發電技術在廢氣余熱溫度比較低時，低沸點的有機媒介能及時吸收廢氣余熱，有機媒介吸收熱量以后進入到汽輪機做功，將氣態轉為為液體，解決了廢氣低溫發電效率低的問題。

這種發電技術有以下幾個方面優勢：第一，有機媒介對廢氣溫度沒有什么要求，余熱吸收效率比較高，可用在各個溫度區間實現余熱發電。第二，有機媒介的聲速小，減少了機器運行的成本，汽輪機即便在功率比較小的時候也可以實現發電。第三，有機媒介是膨脹做功，做功的時候，不會造成機器腐蝕，可以對汽輪機進行有效地保護，減少汽輪故障發生的概率。

1.3 混合工制余熱發電

由于廢氣溫度區間不同，一種介質在吸收熱量或者轉換熱量的時候會造成一定的損失，所以針對這樣的情況，提出了混合工質余熱發電技術。這種發電技術能夠對低溫廢氣中的各種溫度余熱進行回收，大大提高了吸收率，減少了熱量損失，因此大大提高了發電效率。

2.1 水泥廠低溫純余熱發電技術特點

水泥廠低溫余熱發電技術具有以下幾個方面的特點：第一，中低溫純余熱發電技術只用在預熱器上，能完全利用熱量，且低溫余熱完全依靠水泥廠的余熱排出，沒有其他熱源；第二，廢棄余熱的熱量品質低，廢氣溫度在200～400℃范圍內；第三，可以串聯多個余熱排出口，收集多個余熱源的廢氣；第四，熱能轉化電能的設施比較復雜；第五，低品質余熱發電，每產出的單位電量所需的設備體積比較大，如何有效控制成本也是企業所要考慮的問題。

2.2 確定發電規模

水泥廠發電規模是根據工藝系統的余熱量進行計算的，余熱量決定了生產規模和生產工藝。中低溫純余發電系統的余熱回收分成兩個部分：第一是窯頭冷卻機出口的廢氣余熱，第二是窯尾預熱器出口的廢氣余熱。

窯頭冷卻機出口的廢氣余熱則是由冷卻機冷卻效果決定的，如果冷卻效果不好，排出的余熱量大，回收率高；冷卻效果好，則排出余熱量小。余熱回收裝置有中部抽氣式、帶回熱循環式、余風直接式。

中部抽氣式可以根據生產要求，提升蒸汽的壓力和溫度，回收率比較高，系統比較簡單；帶回熱循環式回收效率高，但是設備專業性強、成本高；余風直接式系統裝置比較簡單，但是回收的廢氣壓力和溫度低，設備體積和材料體積大，成本也比較高。窯尾余熱生產工藝通過預熱器回收部分余熱，作為烘干熱源，多余部分經過增濕除塵系統以后排放。

因此，增加余熱回收裝置時，還要考慮到多余部分廢氣余熱的回收和生料磨系統的結合，將高溫廢氣供給余熱鍋爐，并將其排氣送給生料磨，余熱鍋爐利用溫差產生的蒸汽，提高回收效率。因此，水泥廠中低溫純余熱發電必須綜合考慮到各個方面的因素，根據用電規模、余熱品質以及回收率綜合因素，確保余熱發電的質量。

3.1 汽輪發電機

發電機是余熱發電技術的核心設備，它將水泥廠排出的熱能轉化為電能，發電機的運行效率，直接影響到發電效率。由于水泥廠中低溫余熱熱量的規模和品質具有很大的波動性，所以汽輪發電機根據水泥廠的中低溫余熱熱量和品質進行發電。汽輪發電機有兩種：第一種是單壓系統的汽輪發電機，這種發電機的發電量在3000KW，發電量比較小、操作簡單，在小型水泥廠應用比較廣泛；第二種就是混壓系統。這種系統利用閃蒸技術，能夠最大滿足發電需求，是單壓系統發電量的兩倍，一般應用在大型的水泥廠。

3.2 余熱鍋爐

余熱鍋爐在水泥廠中低余熱發電系統中一般有兩臺：一臺窯尾鍋爐和一臺余熱鍋爐，余熱鍋爐設置在預熱器和在窯尾鍋爐之間。余熱鍋爐對運行環境要求比較高，在保證發電系統各項裝置運行正常的情況下，還要確保鍋爐整潔度、密封性、檢修方便等符合運行要求。由于余熱鍋爐運行溫度比較高，長時間運行會破壞設備的密封性，大量灰塵進入到設備中，影響設備的運行效率，所以要做好余熱鍋爐的防塵防灰措施。

3.3 熱力設備

熱力設備由蒸發器、過熱器以及省煤器構成，熱力設備根據廢棄排出的規模和品質，并結合汽輪發電機設備選擇熱力設備的容量和型號。但是在具體實踐過程中，由于水泥廠的產能不同，工廠的設備性能不同，排出的中低溫余熱含熱量、溫度、密度也不同，這些因素都會影響機組的正常運行。因此熱力設備的性能根據水泥廠的實際情況決定，確保發電效率。

建筑行業發展過程中，對水泥的需求不斷增長，水泥廠的規模不斷擴大，每年水泥廠產生的中低溫余熱量非常多，直接排放會造成環境的污染，通過中低溫余熱發電技術，將熱能轉化為電能，提高了水泥廠資源的綜合利用率，同時提高了水泥廠經濟效率，減少了環境污染。從而實現經濟效益和環境效益的有機統一。

作者：楊杰文

來源：《同煤建材有限責任公司》

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