【水泥人网】笔者曾在文献中介绍了热力系统采用单压系 统 、 热水闪蒸双压系统 （简称闪蒸系统 ） 及双压锅炉 的热能 ， 提高其做功能力， 即热气体分流是预分解窑 余热发电方法的技术核心。 具体方法是， 将预热器系统进气端或中部的气体 予以分流。一部分气体入预热器系统预热物料 ， 由于 气 固 比 的 降 低， 提 高 了 该 部 分 气 体 在 预 热 系 统 内 的 热效率 ， 降低了预热器出口废气温度 ， 加之气体量减 少 ， 因此所含的热能大幅度降低 ， 该部分热能仅作为 原料烘干的热源之一。分流出的另一部分气体 ， 其温 度高于预热 器出口气体， 例如从入窑 级预热器出 口 分流时 ， 其 气体温度 约 ８７０℃， 进入余热 锅炉 用 于 发 电。 锅炉出口烟气的余热也作为原料烘干的热源组成 部分。 显然分流出气体中的热能是来自未分流时的 热 器 出 口 的 废 气， 即 通 过 气 体 分 流 达 到 热 能 转 移 的 目的， 其流程见图 １ 。 双压系统（ 简称双压系统） 的常规余热发电系统。本 文介绍常规扩展余热发电系统（ 即在常规的发电系统 中考虑一些扩展因素， 从而提高取热质量） 以及非常 规余热发电系统。希望通过大家的实践， 为我国节能 事业发展贡献力量。
１ 常规扩展余热发电系统
１．１ 常规余热发电系统的扩展方法
１．１．１ 窑头冷却机设两个或多个中部取风 口回收不同品位的余热 改变传统的抽取窑头熟料冷却机废气方式， 即在 靠冷却机进料端 （热端 ）设置一个抽取 ４００～ ６００℃废气 的 抽 气 口 ， 同 时 在 冷 却 机 中 部 设 置 一 个 抽 取 ２５０～ ４００℃废气的抽气口。根据废气温度， 利用 ＡＱＣ 炉生 产 １．６～ ３．８２ＭＰａ－ 饱和 ～ ４５０℃的次中 压或中压过 热蒸 气， 并同时生产 ０．１～ ０．５ＭＰａ－ 饱和 ～ １８０℃的低压低温蒸气、 ２００℃热水 〔４〕。 ８５～ １．１．２ 回收 Ｃ１ 和 Ｃ２ 之间连接风管的热量 在利用 Ｃ１ 出口排出的 ２５０～ ４００℃废气的同时， 利 用 Ｃ２ 内筒至 Ｃ１ 入口的 ４５０～ ６００℃废气， 通过设置的 过热器及 ＳＰ 炉生产 １．６～ ３．８２ＭＰａ－ 饱和～ ４５０℃的次中 压或中压过热蒸气〔４〕。 １．１．３ 窑尾废气分流〔５〕 提高余热发电量的关键是提高余热的 “ ， 其 质” 途径是将原废气中供发电部分热能转移至比之较高 温 度 的 烟 气 中， 即 将 较 低 温 度 的 热 能 换 成 较 高 温 度图１ 烟气分流流程。生熟料结粒粗大并出现黄心熟料。在实际操作中， 假 如发现烧成带物料发黏， 带起高度比较高， 物料翻滚 这 不灵活， 有时出现饼状物料， 这说明窑内温度太高。 时应适当减少窑头用煤量， 同时适当减少内流风， 加 大外流风， 使火焰伸长， 缓解窑内太高的温度。 若发现 窑内物料带起高度很低， 并顺着耐火砖表面滑落， 物 料发散没有黏性， 颗粒细小， 熟料 ｆＣａＯ 高， 则说明烧 成带温度过低， 应加大窑头用煤量， 同时加大内流风， 相应减少外流风， 使火焰缩短， 烧成带相对集中， 提高 烧成带温度， 使熟料结粒趋于正常。假如发现烧成带 窑筒体局部温度过高或窑皮大量脱落， 则说明烧成温 度不稳定， 火焰形状不好， 火焰发散冲刷窑皮及耐火 砖。 这时应减少甚至关闭内流风， 减少窑头用煤量， 加 大外流风， 使火焰伸长或者移动喷煤管， 改变火点位 置， 重新补挂窑皮， 使烧成状况恢复正常。 总之， 挂好窑皮并在生产中保护好窑皮是窑操作 工的重要任务。 （ 编辑 王新频） － ３６ － 水泥 ＣＥＭＥＮＴ ２００７．Ｎｏ．９ １．１．４ 回收水泥窑筒体或三次风管外表面的辐射热 这种方法与 １．１．２ 节中所述相同， 用窑筒体或三 近 ２０ 多年来， 以导热油为热载体的间接供热技 术， 在石油、 化工、 纺织、 制药及橡胶等行业得到了发 展和日益广泛的应用。 导热油是一种良好的有机热载体传热介质， 具有 较高的热容量和较低黏度， 在常压下导热油的初馏点 比水的蒸发温度要高出数倍。高温导热油在 ３００℃的 条件下仍不气化而保持常压， 此时饱和压力的水蒸气 已高达 ８．５ＭＰａ 。因此在中、 高温传热的条件下， 用导 热油代替传统的水蒸气热载体， 就能以低压管道系统 代替高压管道系统， 降低管道投资， 使运行的安全性 和可靠性得到保障。 此外， 导热油还具有传热均匀， 热 稳定性好， 以及优良的导热特性。例如 ： 在 １００℃时， 饱 和 水 蒸 气 的 导 热 系 数 为 ０．０２３ ７Ｗ／（ｍ? ， 而 ℃） Ｍｏｂｉｌｔｈｅｒｍ ６０５ 号导热油为 ０．１２７Ｗ／（ｍ ℃）， 是水蒸气 的 ５．３５ 倍， 传输距离 远、 热损失小 ， 能在多种 不 同 温 度下获得热量。 导热油对普通的碳钢设备和管道基本 上无腐蚀作用， 不需要采用类似蒸汽系统的给水脱 输送方便 盐、 除氧等复杂的处理过程， 具有系统简单、 和机组传热效率高的特点。 因此纯低温余热发电系统 可选用以导热油作工质的余热锅炉。 次风管的外表辐射热对发电的循环工质进行过热， 从 而提高发电用的蒸汽品质， 提高发电能力。
１．２ 常规扩展发电系统应用分析 １．１．１ 节所述方案， 符合能量分级利用的原理， 能够减小烟气与发电工质的换热温差， 减小 火用 损， 从而 提高发电能力。但此系统有如下问题需要仔细斟酌：
① 根据以往经验， 当冷却机中部取风温度超过 ４５０℃ 时， 可能对三次风温产生影响。
② 冷却机的风温变化快、 幅度大， 因此过于复杂的取风方案将带来系统调 节上的困难。 对于 １．１．２ 节和 １．１．３ 节方案， 由于烟气热量提前 被发电工质吸收一部分， 因此直接导致生料预热温度 降低， 会增加水泥熟料的热耗。对于 １．１．４ 节， 水泥窑 筒体散热量大约为 １４０￣１８０ｋＪ／ｋｇ， 如果能把这部分热 量利用好， 将是对余热回收的重大贡献。但在利用过 程中， 不应改变原有的保温结构， 也不应以增加熟料 热耗为代价。 以上常规扩展余热发电系统大多还停留在理论 阶段， 实践起来会有诸多问题， 尤其是水泥窑热耗是 否增加成为人们关注的要点。 由于一次能源越来越紧 张， 过去通过技术经济比较， 只要能使企业获得经济 利益的事就可以去做， 但是现在， 必须把是否节约能 源放在首位。 ２．１．３ 有机工质及导热油余热发电系统构成 以有机烷类透平机组和导热油组成的余热发电
系统如图 ２ 所示。 ２２．１ 非常规余热发电系统导热油及有机工质循环 以色列 ＯＲＭＡＴ 公司有机工质透平机组〔６〕 以色列 ＯＲＭＡＴ 公 司 生 产 一 种 利 用 有 机 烷 类 为 ２．１．１ 工质的透平机组， 以异戊烷最常用。异戊烷一般为无 色液体， 能与醚、 烃类和油类任意混溶， 难溶于醇， 不 溶于水， 沸点为 ３６℃。用异戊烷作工质的透平机组有 如下优点：图２ 有机工质及导热油余热发电系统构成 ２．１．４ 系统应用 １） 有机工质沸点低， 易产生蒸汽， 因此可以回收低温余热； １９９９ 年在德国某 ３ ０００ｔ／ｄ 新型干法窑 的篦式冷却机上， 采用低沸点工质实现余热发电， 这是工业试 验生产线， 吨熟料余热发电量达 １０．５ｋＷｈ 。如以此推 算， 同时将窑尾预热器的废气余热也采取相同措施回 收， 预计吨熟料余热发电量可达 ４５～ ５０ｋＷｈ。但由于 德国水泥市场不景气， 余热电站投资又较大， 试验没 有继续下去， 但该冷却机 的余热发 电装置一直 在正 常运行。 经调查， 目前国内汽轮机厂都没有开发此类设备 的计划， 因此目前透平机组只能外购， 价格高。 ２００２ 年和 ２００５ 年， 我院和中国联合水泥有限责任公司先 ２） 有机工质蒸汽密度比水蒸气密度大得多， 因此透平机转速可降低， 效率高， 体积小； ３） 冷凝压力接近或稍大于大气压， 工质泄漏小； ４） 有机工质耐低温， 不受冰冻的影响； ５） 由于转速低， 因此噪声小； ６） 系统的工作压力低， 约 １．５ＭＰａ； ７） 无湿蒸汽产生， 始终保持干燥， 不受腐蚀， 透平寿命长。 ２．１．２ 导热油热载体及余热锅炉 ２００７．Ｎｏ．９ 张福滨： 常规扩展余热发电系统和非常规余热发电系统介绍 － ３７ － 后与以色列 ＯＲＭＡＴ 公司进行了技术交流， 但最终因 设备造价问题而没有被我院推广。 ２．２ Ｋａｌｉｎａ 循环 Ｋａｌｉｎａ 循 环 是 由 生 活 在 美 国 的 前 苏 联 科 学 家水混合 Ａｌｅｘａｎｄｅｒ Ｋａｌｉｎａ 发明的。在这种循环中， 氨、 液取代了常规的水蒸气作为汽轮机的工作介质。 由于 氨、 水混合液的沸点远低于水的沸点， 因此可以利用 较低温度的废热生产高压蒸汽对汽轮机做功， 从而将 热能转换为电能。 同时这种介质并非像水一样在一个 固定温度点沸腾， 而是在一个温度区间范围内， 介质 都能保持沸腾。 这样就能保证在较大的温度区间内都 会对汽轮机做功。 这两个特性特别适用于低热值低温 窑尾的 度的工业废气回收领域， 比如水泥厂的窑头、 废热回收， 高炉煤气发电以及其他产生废热的行业。图５ 螺杆膨胀动力机工作原理 螺杆膨胀动力机有以下主要技术特点〔７〕： １）它是一种容积式的全流动力设备， 能适应过热蒸汽、 饱和蒸汽、 汽水两相流体和热水 （包括高盐分热 水 ） 工质； １９９３ 年， 美国电力公司许可由 Ａｌｅｘａｎｄｅｒ Ｋａｌｉｎａ 创建的 Ｅｘｅｒｇｙ 公司在全球推广 Ｋａｌｉｎａ 循环， 许可的电站装机规模为 ５０～ 图 １５０ＭＷ。 ３ 为 Ｋａｌｉｎａ 循环流程 简图， 图 ４ 为 Ｋａｌｉｎａ 循环传热简图。 ２）可实现无级调速， 转速一般设计为 １ ５００～ ０００ ３ ｒ／ｍｉｎ， 相比同功率汽轮机， 有较高的内效率； 功率及热负荷较大范围变化情况 ３）在热源参数、 下 ， 能保持较高运行效率； ４）单机功率在 ５０～ ５００ｋＷ； １ ５）设备紧凑，占地少，工程施工量小； ６）操作方便 ， 运行维护简单 ， 而且具有除垢自洁能力， 大修周期长； 暖机。 ７）启动不需盘车、 螺杆膨胀动力机余热发电是国家“ 八五” 科技攻 关课题之一。以天津大学为主要研究单位， 有中国建 材研究院参与的项目组， 曾经制作出小型的试验机 组， 后因诸多问题没有得到应用。 另外， 装机规模扩大 也是个难题。 ２．４图３ 氟龙类有机工质的发电系统 此方案也是利用有机工质进行朗肯循环的发电 Ｋａｌｉｎａ 循环流程简图 系统， 最早在日本赤惠水泥厂以及三菱气体化学公司 水岛化工厂建设了此类电站， 但是迫于环保压力， 目 前已不再使用和研究。
