關于水泥窯余熱發(fā)電技術的若干思考

董凡 丁繼村

摘 要：水泥窯余熱發(fā)電技術在新型干法水泥生產(chǎn)過程中的運用，可以將水泥窖排出的中、低溫廢棄余熱合理轉換成電能，借此以達到節(jié)能減排的目標，具有良好的經(jīng)濟效益?；诖?，本文就水泥窯余熱發(fā)電技術進行深入的探究。

關鍵詞：水泥生產(chǎn);水泥窯;余熱發(fā)電

1 ?引言

水泥行業(yè)屬于“高電耗、高能耗”的行業(yè)，水泥生產(chǎn)過程中水泥窯會排出很多溫度大約為350℃的中低溫廢氣，這些廢氣的熱量在燃料總輸入熱量中所占的比重為30%，如果直接向大氣排放，就會導致能源的巨大浪費。通過余熱發(fā)電技術將此些中、低溫的廢氣加以回收應用，形成的高溫過熱蒸汽就會進入到汽輪機中做功發(fā)電，發(fā)電機所輸出的電量能夠提供給水泥廠自身的廠區(qū)生活和生產(chǎn)線用電，有利于實現(xiàn)節(jié)能減排的目標。與火力發(fā)電廠相比，余熱發(fā)電技術不需要使用煤炭等其他燃料，因此就不會形成二氧化碳等其他污染物。

2 ?余熱發(fā)電概述

所謂“余熱發(fā)電”，主要是指將生產(chǎn)環(huán)節(jié)剩余的熱能轉化成電能的技術手段。余熱發(fā)電不但有利于節(jié)能，而且還有助于保護環(huán)境。余熱發(fā)電的主要設施為余熱鍋爐，其將廢液和廢氣等工質(zhì)中的可燃質(zhì)或者熱當作熱源，形成蒸汽用來發(fā)電。因為工質(zhì)的溫度并不是很高，所以鍋爐的體積較大，會消耗大量的金屬?？捎糜诎l(fā)電的余熱主要包括：化學反應余熱、高溫煙氣余熱、低溫余熱（小于200℃）、廢液和廢氣余熱等等。除此以外，還可以利用多余壓差來發(fā)電;比如：高爐煤氣在爐頂?shù)膲毫Ρ容^大，可以先通過膨脹汽輪發(fā)電機繼發(fā)電后再傳送給煤氣用戶利用。

3 ?水泥窯余熱發(fā)電技術的發(fā)展

自水泥窯余熱發(fā)電技術誕生以來，總共出現(xiàn)過三代余熱發(fā)電技術。第一代：在窯尾與窯頭分別安裝余熱鍋爐，用于回收篦冷機與預熱器一級出口所排放的溫度在350℃～400℃左右的廢氣余熱。主要包含復合閃蒸式系統(tǒng)、單壓不補汽式系統(tǒng)以及雙壓補汽式系統(tǒng)等，其都是經(jīng)由形成低壓的蒸汽來做功發(fā)電。第二代：在窯頭篦冷機上安裝兩個抽氣口，用過熱器來回收高溫口排放的溫度為500℃的廢氣余熱供，用熱鍋爐來回收低溫口排放的溫度低于360℃的廢氣余熱;窯尾直接回收預熱器一級出口排放的溫度為350℃廢氣余熱，在二級預熱器中安裝過熱器用于回收。相較于第一代，第二代技術在窯尾二級預熱器內(nèi)的廢氣余熱，同時在窯頭篦冷機處采取分級抽氣的形式，達到了溫度對口、梯度應用，進一步加強余熱的回收效率。第三代：主要針對第二代技術實施優(yōu)化、改善，增加了窯頭篦冷機處的抽氣口，確保低溫、中溫以及高溫廢氣余熱的梯度利用。

4 ?水泥窯余熱發(fā)電技術的特征

（1）先進的雙壓技術。水泥窯有著大量的余熱廢氣，溫度通常低于350℃，為了完全應用此些低溫熱源，則需求發(fā)電系統(tǒng)更加科學。按照熱工理論可知，雙壓技術可以使得相對高溫熱源（210℃～360℃煙氣）形成更高參數(shù)的蒸汽，使得相對低溫熱源（100℃～210℃煙氣）形成更低參數(shù)的蒸汽，有利于對廢氣能量進行梯度使用，大大提高系統(tǒng)余熱的應用效率。

（2）采取高效補汽凝汽式汽輪機。主蒸汽由調(diào)節(jié)門與主汽門進入到汽輪機中，低壓蒸汽由汽輪機的第四級進入到汽輪機沖動葉片中實施發(fā)電，做功以后的蒸汽通過冷凝器冷凝后，當作凝結水循環(huán)應用，產(chǎn)生“蒸汽——水——蒸汽”額的循環(huán)。此是現(xiàn)階段提升汽輪機效率的主要渠道。

（3）采取DCS分散控制系統(tǒng)。以全集成自動化（TIA）思想為基礎構造的“PCS7”，經(jīng)由系統(tǒng)考察與系統(tǒng)集成，采取了適合應用于低溫余熱發(fā)電額的DCS（分散控制）系統(tǒng)。此系統(tǒng)采取冗余CPU（中央處理器）、冗余總線結構、故障無擾動轉換、數(shù)據(jù)同步光纖以及智能故障通道診斷等等，構建起環(huán)形的工業(yè)以太網(wǎng)，對發(fā)電系統(tǒng)、余熱鍋爐以及汽輪機等進行智能調(diào)控，同時擁有自診斷能力，加強系統(tǒng)的穩(wěn)定性以及可靠性。DCS控制系統(tǒng)與水泥熟料生產(chǎn)線維持暢通聯(lián)系，及時搜集熟料的各種數(shù)據(jù)，在線調(diào)整余熱發(fā)電系統(tǒng)的參數(shù)，提升余熱的應用效率?？刂葡到y(tǒng)可以搜集、儲存、展現(xiàn)以及打印系統(tǒng)運作過程中的各類參數(shù)，可用于數(shù)據(jù)歸檔和趨勢分析。DCS控制系統(tǒng)，按照水泥熟料生產(chǎn)線的具體工作情況，自動調(diào)節(jié)鍋爐汽包壓力、水位、溫度與流量以及汽輪機的負荷和轉速等。DCS控制系統(tǒng)，可以使得補氣閥在事故狀態(tài)時有較高的安全性、在正常狀態(tài)時有較高的效率。

5 ?水泥窯余熱發(fā)電的智能化

（1）改善控制策略，合理利用APS技術。水泥窯余熱發(fā)電控制系統(tǒng)主要是由若干控制算法以及被控制對象所構成，控制系統(tǒng)的及時性、可靠性和穩(wěn)定性及利用冗余技術來保障生產(chǎn)全過程的安全性，在智能化發(fā)展趨勢的引導下，改善控制策略以達到機組APS自啟停技術，APS是機組自動啟停的信息控制中心;在啟動時，依次向所有系統(tǒng)或者設備下達啟動或者停運的指示。APS經(jīng)由控制最佳設置參數(shù)，可以“快速、安全、經(jīng)濟”地啟動或者停止機組，在機組處于啟動或者停止狀態(tài)時，經(jīng)過監(jiān)視全機組的工作情況，確保機組長期處在安全穩(wěn)定的狀態(tài)。

（2）借助大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)以及云平臺等來把握市場動態(tài)，合理確定生產(chǎn)方案。根據(jù)市場訴求，減少水泥企業(yè)的生產(chǎn)費用，確保經(jīng)濟利益最佳化，大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)以及云平臺的利用為水泥生產(chǎn)廠商創(chuàng)建廠級優(yōu)化生產(chǎn)調(diào)度中心奠定了技術基礎。按照水泥廠中熟料庫的存量、熟料市場的銷售價格、訴求、熟料生產(chǎn)所需求的煤價等動態(tài)化的數(shù)據(jù)和余熱發(fā)電上網(wǎng)的電價，通過建立模型進行計算，從而在很大程度上提高余熱發(fā)電的發(fā)電量。

（3）遠程診斷。遠程診斷主要包含遠程監(jiān)測、故障診斷兩部分，是水泥窯余熱發(fā)電系統(tǒng)智能化建設必不可少的部分，將各個空間的設施裝置和診斷資源經(jīng)由大數(shù)據(jù)、互聯(lián)網(wǎng)等途徑來實現(xiàn)無縫銜接，動態(tài)搜集數(shù)據(jù)、實時監(jiān)控運行工況。

（4）定位系統(tǒng)。水泥窯余熱發(fā)電系統(tǒng)的定位應當看作是水泥企業(yè)整體定位系統(tǒng)的重要組成部分，定位系統(tǒng)應當包含車輛定位、人員定位以及物資定位等等。定位系統(tǒng)是以“互聯(lián)網(wǎng)+”為基礎、創(chuàng)建于整個廠區(qū)三維模型下的安全管理系統(tǒng)。比如：以人員定位為例，經(jīng)由對工作人員佩戴標簽來進行定位，通過廠區(qū)內(nèi)分布式定位系統(tǒng)基站的雙向數(shù)據(jù)交互，對所有人員開展高效的監(jiān)管，同時有助于達到視頻監(jiān)控與人員定位的聯(lián)動，定位系統(tǒng)將人員的實時位置和行走軌跡呈現(xiàn)在三維虛擬廠貌中，從而加強監(jiān)控管理的時效性。

6 ?結論

綜上所述，水泥窯余熱發(fā)電技術可以將廢氣內(nèi)的熱能高效換轉成電能，明顯加強水泥生產(chǎn)中的能源運用率，節(jié)能功效顯著。除此以外，經(jīng)由余熱鍋爐的處理，廢氣的含塵濃度和排放溫度有較大幅度的下降，避免對環(huán)境的影響。所以，水泥窯余熱發(fā)電技術是兼具社會效益、經(jīng)濟效益以及環(huán)境效益的先進技術，具有極其廣闊的發(fā)展前景，從而助力實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略目標。

參考文獻：

[1]陸震潔，李昌勇.2500t/d新型干法水泥窯余熱發(fā)電項目熱工檢測分析[J].新世紀水泥導報，2008（03）：3-7.

[2]趙鋒.水泥窯余熱發(fā)電窯頭鍋爐積灰原因及處理措施[J].水泥，2019，No.511（10）：49-50.

[3]崔素萍，狄東仁，蘭明章，等.關于水泥窯余熱發(fā)電系統(tǒng)評價指標的思考[J].中國水泥，2011（03）：50-53.

（湖南海螺水泥有限公司 ?湖南 ?新化 417604）