水泥线余热综合利用效益分析

水泥厂1号5000t/d生产线早期配套建设的7.5MW余热发电工程，各项指标大大低于最新双压余热发电技术，未能充分利用生产系统的余热，发电功率尚有很大提升空间。在分析了生产过程中尚未被利用的余热资源后，制定了余热综合利用方案。综合改造后的机组发电功率可达9.9MW，比改造前高出约23%，经济效益显著。

1　主要改造内容

1）采用窑头循环鼓风，提高AQC炉进口风温，以增加锅炉的产汽量。

2）采用窑筒体集热罩回收高温壁面散热，作为窑尾低压余热锅炉给水预热器热源。

3）增加窑尾低压蒸汽系统，生产低压蒸汽。

2　余热条件

该生产线实际余热情况见表1。

1）窑头余热

窑头风具有如下特点：①窑头废气不存在燃烧含硫燃料产生的烟气酸露点腐蚀问题，温度可降至95℃左右，实际运行可降至更低约85℃；②抽取的380~420℃废气进入窑头AQC炉，近300℃的温降足以支撑两级压力蒸发相变过程；③AQC炉还承担着窑尾SP炉的给水任务，以减小SP炉传热温差，提高机组经济性。因此，如何确保进入AQC炉的废气流量和温度是确保双压系统达标达产的关键，并且提高AQC炉入口烟气温度是代价最小和最有效的优化手段。

设置循环风利用可有效提高进入锅炉的废气温度。循环风取气口设置在窑头排风机出口，不但废气含尘量减小，而且取气点压力为微正压，不需要额外增加循环风机，节省投资[1]。

现场运行表明，采用窑头循环鼓风技术可将AQC炉入口烟气温度从380℃提高到约436℃，约提高56℃，可多回收余热5　746.0kW ，多生产1.6MPa-380℃蒸汽约4t/h。

2）筒体余热

根据现场对窑筒体外表面温度监测结果，回转窑外表面高温区温度在200~350℃，通常用轴流风机进行冷却，余热散失到空气中。

目前，一般采用窑筒体集热罩进行热量回收。该生产线回转窑规格为Φ4.8m×72m，利用区间为6.5~14m、18.5~33.5m和34.5~42m，共30m。集热罩设计参数见表2。

稳定工作的回转窑筒体可认为是壁温恒定的大空间水平横管，传热经验关联式[2]为：

选定筒体长度为30m，在没有集热罩的条件下，散发到环境中的对流换热和辐射换热损失分别为691.8kW和1812.3kW，总计为2504.1kW。根据集热罩设计经验和现场实际运行情况，集热罩仅覆盖筒体的上半部分，可有效利用这部分换热总量的18.6%，可将约10t/h的给水从50℃加热到90℃以上。

3）窑尾余热

窑尾废气余热除用于高压SP炉产生蒸汽外，还要用于生料磨烘干，烘干烟气温度因原料含水量不同而异，一般在200℃左右。根据计算，该厂生料磨烘干温度仅需190℃。

原窑尾高压SP炉的排烟温度在235℃左右，尚有235~190℃约45℃的烟气温降释热可利用，经计算得可利用热量为6704.8kW。

因此，在原SP炉后串联一台低压SP炉，利用这部分余热可生产0.45MPa-190℃低压蒸汽约10t/h。

3　余热综合利用系统

3.1　烟气流程

窑尾锅炉采用双压系统，设高压和低压SP炉。C1出口约345℃烟气依次流经高/低压SP炉，烟气经过换热后温度降为190℃左右，经高温风机进入生料磨烘干生料。

从窑头抽取的420℃烟气余热经过沉降室除尘后，进入AQC双压锅炉温度降至95℃后进入袋除尘器，经窑头排风机，一部分排入大气，另一部分作为循环风通过窑头冷却风机进入篦冷机。考虑到熟料需要在高温下快速冷却，因此只在篦冷机出料端附近的4个风机进行循环风利用。

3.2　汽水流程

对原有双压系统的改造主要是增加了窑尾低压蒸汽系统，窑筒体集热罩和低压SP炉构成了窑尾低压蒸汽系统。

给水经两台给水泵进入AQC炉公共省煤器加热后分为两部分，一部分进入高压SP炉产生1.6MPa主蒸汽，一部分进入AQC炉高压段产生1.6MPa主蒸汽，两股主蒸汽汇入主蒸汽母管，到汽轮机做功发电；经减压进入AQC炉低压段的给水，产生0.35MPa低压蒸汽；经减压进入窑筒体辐射受热面的给水，经过低压SP炉的蒸发段、过热段产生0.35MPa低压蒸汽，与AQC炉低压蒸汽汇入低压补汽母管，补入汽轮机做功发电。

4　运行情况及效益分析

综合利用后，该余热发电系统正常运行时，平均发电功率达到9.93MW，最低为9MW，最高为11.2MW，平均增加了1.93MW，取得了明显的效益。