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WASTEHEATGENERATION余热发电

水泥窑余热发电的参数及热力系统

董兰起

（中材节能发展有限公司，天津300400）

我国水泥窑余热发电技术经历了中高温余热发（3）系统排出的废气热损失：新型干法窑约1.4～
电、带补燃的中低温余热发电、低温余热发电三个发1.6m3（标）/kg·cl，比较多见的5级预热器废气温度在
展阶段。水泥窑余热发电采用的热力系统基本形式300℃～330℃之间，废气带走的热量约510～530kJ/kg·cl。
有：单压系统、闪蒸系统、双压系统三种，近年来还有（4）冷却机的热损失：冷却机的热损失包括两
在三种基本形式的基础上发展起来的其他热力系统，项，熟料带走的热损失和冷却空气带走的热损失。熟
但都是以朗肯循环（RankineCycle）作为理论基础发料出冷却机的温度较环境温度高65℃左右，带走的
展、改进形成的。其目的都是希望充分利用废气余热热量约80kJ/kg·cl，其余均由排出的冷却空气所带
达到增加发电功率的目的，但是绝大多数余热电站的走。第三代冷却机配风约2.0m3（标）/kg·cl，第四代冷
实际运行与理论设计指标存在较大的差距，主要原因却机的配风比更是达到1.8m3（标）/kg·cl，从冷却机
是采用的热力系统不符合废气的特性，即热力系统不的发展趋势看配风比越来越小，窑系统的二、三次风
能与废气参数相匹配，以下从几个方面分析热力系统的风量也越来越大，因此冷却机对外排出的废气也
及参数确定的原则。不断下降。
余热发电系统目前主要是利用窑尾和窑头的废
1水泥烧成热耗及余热分布
气，热耗较高的生产线具有更多的余热资源可用于
水泥熟料烧成热耗主要由以下四个部分组成：
发电。
（1）水泥熟料烧成理论热耗：水泥熟料形成理论
蒸汽参数
耗热量随着原料的不同在1700～1800kJ/kg·cl之间。2
（2）窑系统的辐射热损失：与环境温度和窑的生余热锅炉的蒸汽参数（压力和温度）是重要的参
产规模有较大的关系，环境温度越低、生产规模越小数，他直接影响到系统的循环效率和发电功率，在确
损失越大，一般表面热辐射大约200kJ/kg·cl。定蒸汽参数时要充分考虑废气参数，使每单位体积的

56中国水泥2010.8
废气尽可能地多提供有效能。废气参数指废气量、废排出的废气大多数生产线还要用于原料等烘干，因
气温度、废气成分等，影响蒸汽参数的主要因素是烟此SP锅炉排出废气的温度要满足烘干要求。按照最
气温度和烟气量。烟气温度决定了蒸汽可能达到的最小换热温差考虑，经过对不同废气温度和不同蒸汽
高温度，烟气温度和烟气量等共同决定蒸汽产量。蒸压力的计算得出如图2所示的废气比与蒸汽压力
汽量简易计算见公式（1）：的关系。从计算结果可以看出，在300℃～400℃废气
温度段，锅炉的最佳工作压力大致在0.8～1.0MPa左
Z＝V[C1·tin-C2·tout]（1）
ibz-ibs右范围内。
式中：Z—锅炉蒸发量，t/h；
余热锅炉蒸汽产量与设备投资效益
V—锅炉进口废气量，Nm3/h；3
锅炉排出废气温度
tout—，℃，tout＝tbs＋Δtmin；根据传热学公式：Q=KFΔt，Δt为锅炉各段的换热
最小换热温差
Δtmin—；温差，随着废气和介质温度的不同，当确定的换热温
饱和水温度
tbs—，℃；差Δt小时，吸收同样热量余热锅炉需要更大的换热
锅炉入口废气比热
C1—；面，锅炉的金属耗量增加。此时虽然锅炉蒸汽量增加，
锅炉排出废气比热
C2—；但是锅炉的经济性下降，图3即说明了锅炉的换热面
蒸汽焓
ibz—，kJ/kg；积、设备成本、蒸发量、设备投资效益的关系。可以看
饱和水焓
ibs—，kJ/kg。出：随着锅炉废气排出温度的降低，蒸汽量提高，金属
从锅炉经济性考虑蒸汽最高温度一般要低于废
耗量提高，从而使设备投资增加，因此即使没有限制
气温度左右锅炉排出废气温度较给水温度高
20℃，的AQC余热锅炉废气排出温度，也应该按照合适的
左右锅炉饱和水温度与废气的最小换热温差
30℃，平衡点选取，一般来说废气排出温度确定在100℃以
图给出了废气与汽水参数的传热
Δtmin＝15℃～20℃。1下较合理。
特性关系。
4热力系统简介
从计算公式（1）可以看出，影响锅炉蒸发量的主
要因素是锅炉进口废气温度废气量废气排出单压系统见图
tin、V、4.1（4）
温度及换热温差等公式中简化了锅炉漏单压系统是最简单的朗肯循环
toutΔtmin，（RankineCy-
风、环境温度、换热效率等因素的影响。其中由于换cle），具有系统简单，运转率高、站用电率低的优点。
热特性及锅炉技术水平的影响的选择对于由于单压系统锅炉的省煤器水量为锅炉
，ΔtminAQCAQC
AQC锅炉和SP锅炉是不同的。AQC锅炉由于对锅和SP