1.前言

2015年，中國水泥行業進入飽和期，量價齊跌的局面對企業的成本控制提出了更高的要求，如何在眾多企業中成為龍頭企業，就得在現有的節能基礎上繼續深挖節能空間，降低能耗。近年來，作為能源消耗大戶之一的水泥工業，隨著各地新型干法水泥生產線的余熱發電建設迅速增加，因而余熱資源的綜合利用與減排CO2的環境保護成為水泥工業保持可持續發展的焦點。目前國內新型干法水泥生產線的余熱發電建設規模由1000t/d*1.5MW、2000t/d*4.5MW迅速發展到5000t/d*9MW、8000t/d*15MW、10000t/d*18MW。水泥熟料熱耗已由原來的4600～6700kJ/kg降低到3000～3300kJ/kg，但即使如此，水泥生產過程中仍然有約占熟料燒成熱耗35%左右的、溫度為350℃以下的中、低溫廢氣余熱不能被充分利用，不僅造成能源浪費，同時也產生嚴重的熱污染。因此，對余熱發電增效節能技術的探討，已成今年來研究的關鍵課題之一。

2.余熱發電專利技術的好處

日趨成熟的專利資源綜合利用技術，可大量回收和充分利用余熱電站不能回收的中、低品位的余熱，并用以余熱發電的增效、采暖，已成為目前國內水泥余熱電站外的節能降耗的有效途徑。

余熱發電的專利技術不增加粉塵、廢渣、煙氣及二氧化硫的排放，因而更具有節能和環保的效果。推廣應用這項技術，能夠提高能源綜合利用率，保護環境，促進水泥工業向循環經濟、綠色環保的方向健康發展。還可有效的提高水泥熟料質量。

3.專利增效原理

結合多年的余熱發電安裝經驗，以及對余熱發電專利技術的研究，筆者對專利增效的原理概括如下：

3.1對窯頭鍋爐增加煙風分配除塵換熱設備

窯頭余熱鍋爐廢氣入口在原來的煙風道的基礎上再增加煙風分配除塵換熱設備，煙氣采用板式除塵換熱進行處理，以減輕熟料顆粒或減少對鍋爐的堵塞和沖刷磨損，又能增加煙氣的換熱，換熱后的熱量進鍋爐產生過熱蒸汽進行發電，使發電比原來增加20%左右。

3.2對窯頭窯尾鍋爐內部進行合理風量分配

對窯頭窯尾鍋爐內部進行合理風量分配，避免風溫過熱使熟料粉塵粘性增加堵塞過路的換熱管片降低蒸汽產量影響發電。避免風溫過低也影響產汽量降低發電量。此技術有效的使鍋爐產汽量得到長期平衡狀態，使發電長期平衡運行。此技術做了特殊的設計和位置安裝，能夠調節靈活，不積灰、不漏風。

3.3.窯頭低溫廢氣余熱的循環利用

窯頭余熱鍋爐(AQC爐)在設置鍋爐熱水段后排煙溫度可做到130℃左右，這部分廢氣與窯頭篦冷機余風混合后的溫度為110℃左右，一般經窯頭收塵后排放。通過對窯頭低溫廢氣余熱的循環利用，可將窯頭廢氣經篦冷機風機引回中溫段，通過循環利用其熱焓提高AQC爐的產汽量。此方案的要點在于將110℃左右目前難于利用的低溫廢氣通過管道引入，與篦冷機內的中溫(500℃左右)熟料換熱升溫后加以利用，實現低溫廢氣余熱資源的轉換。分析篦冷機的風量分配關系：冷卻用風由各段風機分別鼓入，風溫為常溫20℃左右，高中低溫三個區段的進風量分別占總風量的31%、50%和19%左右。換熱后出篦冷機的風量分配為;入窯二次風占15%左右(標況、風溫1050℃左右);入分解爐三次風占25%左右(標況、風溫950℃左右);其余作為余風排放。

在無純低溫余熱發電項目時，余風混合后降至200℃左右后經除塵排入大氣，;實施純低溫余熱發電項目后，余風風量中45%左右的中低溫風(500℃和300℃左右)通過窯頭余熱鍋爐(AQC爐)加于利用，排放的余風風溫為110℃左右。將110℃左右的低溫廢氣代替常溫風(20℃左右，簡稱循環風)引入篦冷機中溫區，不會影響篦冷機對出窯熟料的驟冷;因中溫區大部分余風引入AQC爐也不會影響出窯熟料溫度。另外還有15%余熱風利用專利技術充分利用發電。

3.4對窯尾鍋爐廢氣出口管道進行合理設計

通過對窯尾鍋爐廢氣出口管道進行合理設計，可以充分利用鍋爐出口160度的風溫用于水泥生料的烘干。

3.5回轉窯筒體散熱的利用

回轉窯筒體內部溫度高，窯外分解窯為900～1600℃。盡管采用各種隔熱措施(目前主要是耐火磚和窯皮)，窯筒體表面溫度仍較高，窯外分解窯筒體表面溫度沿窯筒體軸向分布變化范圍在120-400℃之間，平均溫度為270℃左右，由此帶來的散熱損失占水泥熟料燒成熱耗的5%以上。以2500t/d窯外分解窯為例，按年有效運轉300天，噸熟料熱耗770kcal/t-cl、窯筒體散熱5%計算，窯筒體一年的散熱損失為2.89×107kcal、折合標準煤4130噸。此外，窯筒體溫度較高部分還需要使用風機鼓風冷卻，再耗費一部分電能，仍以2500t/d窯外分解窯為例，年耗電約25萬kwh左右。

到目前為止，水泥行業對回轉窯筒體散熱還沒有較好的利用方法。國內一些水泥廠有產生熱水取暖的利用方法，但未曾合理的設計，只是利用于洗澡。

為直接解決其問題，筆者認為所要解決的技術問題是提供一種可實用的水泥回轉窯筒體散熱回收利用裝置，可以有效換熱并解決可能引起回轉窯筒體表面超溫等問題。在回轉窯筒體上分段裝設換熱罩，換熱罩與回轉窯筒體之間采用特殊設計，使回轉窯筒體與換熱罩之間形成換熱腔。換熱腔管束內充滿水，對回轉窯筒體上進行對流傳導換熱;換熱后可直接產生低溫低壓蒸汽用于水泥廠純低溫余熱發電。在回轉窯筒體上安裝6組換熱裝置，位于窯尾的6#換熱裝置用于給水預熱。位于窯燒成帶的1#、2#、3#換熱裝置和位于窯過渡帶的5#換熱裝置作蒸發器使用，用于產生飽和蒸汽(汽水混合物)進入窯頭低壓汽包，形成低溫低壓過熱蒸汽(過熱度30℃左右)用于汽輪機的補汽，以2500t/d窯外分解窯為例估算，每年可發電300×104kwh左右。

4.結束語

隨著國家各項節能減排政策的出臺，如何才能更好地實現水泥余熱行業節能減排并增效等問題已刻不容緩，通過對余熱發電技改專利技術進行多年的理論研究與實踐，筆者認為水泥余熱增效節能技術還有待進一步研究，進一步提升該領域的發展空間。