水泥企业余热发电技术简介
水泥余热发电技术及控制
两种窑型：余热发电窑： 采用立式余热锅炉和补汽式汽轮发电机组的二级余热发电系统。
立式余热锅炉彻底解决了卧式余热锅炉漏风及炉内温度场实际分布与锅炉设计时所假想的温度完全不相同的问题，可以大大提高锅炉蒸汽产量；篦冷机或立式余热锅炉排出的200℃左右废气余热可以充分回收并用以发电。
这样可使吨熟料余热发电量在熟料热耗不变的前提下提高到195千瓦小时以上，使水泥窑综合能耗达到同规模预分解窑的能耗水平。
预分解窑及预热器窑： 为了克服带补燃锅炉的中低温余热发电系统存在的缺点，采用补汽式汽轮机组，充分回收200℃以下的废气余热，同时补燃锅炉应当以煤矸石等劣质煤或垃圾为燃料，除节约优质煤外，还可为水泥生产提供原料，降低发电成本，进一步提高经济效益。
三种发电模式：中空窑高温余热发电预分解窑及带补燃锅炉的中低温余热发电纯低温余热发电中低温余热发电主要是回收利用预分解窑或悬浮预热器窑窑头冷却机200℃废气、窑尾400℃废气，用于发电或热电联供。
余热电站一般采用4.5MW（不等）汽机装机容量，所涉及到的控制系统主要是MCS（模拟量控制）和SCS（顺序控制），在控制方案中，逻辑（顺序）控制占多数，主要是各电器设备的逻辑启停；模拟量控制回量以常规PID为主，水位控制以减温水控制回路以串级控制算法为主。
下文简要谈谈纯低温余热发电的控制方案。
一、生产工艺窑头篦冷机和窑尾预热器来的废气，通过锅炉与锅炉内布置的过热器、蒸发器、省煤器产生热交换，加热水产生高压饱和蒸汽，带动汽轮机转动做功，从而带动发电机发电。
一般主机为两台余热锅炉(窑头AQC锅炉和窑尾SP锅炉)和一套汽轮发电机组。
为减轻废气对AQC锅炉的磨损，在锅炉前设置了沉降室、AQC炉输灰系统除去烟气中的粉尘，SP炉设机械振打解决粉尘附着问题。
AQC省煤器出水分两路：一路进入AQC汽包，另一路进SP锅炉省煤器。
AQC锅炉产生的主蒸气和SP锅炉产生的主蒸气混合后进汽轮机进汽口。
SP锅炉汽包进水由AQC 省煤器供给，当AQC锅炉未投用时也可由锅炉给水泵直接供给而独立运行。
高压电站锅炉的水泥工业余热利用技术
高压电站锅炉的水泥工业余热利用技术随着社会的发展和人们对环境保护的重视，各行各业都在积极寻求能源的高效利用和资源的可持续利用方式。
高压电站锅炉的水泥工业余热利用技术就是一种能够实现能源转换和资源节约的创新技术。
高压电站锅炉是用来产生蒸汽供电站机组发电的核心设备，同时也会产生大量的热能。
在传统的电站中，这部分热能通常被直接排放到大气中，造成严重的能源和资源浪费。
而水泥工业作为基础产业之一，对能源的需求也非常庞大。
因此，充分利用高压电站锅炉的余热，以供给水泥工业使用，不仅可以实现资源的共享和节约，还可以减少温室气体排放，对保护环境具有积极的作用。
高压电站锅炉的水泥工业余热利用技术主要包括余热回收系统和余热利用设备两个方面。
首先，余热回收系统是利用高压电站锅炉排放的烟气中的余热，在经过余热回收器的过程中，将部分余热回收。
传统的余热回收器主要包括热交换器和废烟风扇。
热交换器是通过烟气和水或蒸汽之间的热传导，实现热能的转移。
而废烟风扇则是将烟气从锅炉中排出，并通过风机将烟气排到空气中。
通过合理设计和安装这些设备，可以最大程度地回收高压电站锅炉的余热。
其次，余热利用设备是将回收的余热用于水泥工业生产过程中。
目前在水泥工业中较常见的余热利用设备包括烟气余热锅炉和余热发电机组。
烟气余热锅炉是将回收的烟气余热传递给水或蒸汽，以产生高温热水或蒸汽，供给水泥生产中的需热设备使用。
余热发电机组是将回收的烟气余热转化为电能，供电站机组使用，从而减少电厂对外购电的需求。
这些设备的应用不仅可以提高水泥工业生产的能源利用效率，还能够降低生产成本和环境污染。
在高压电站锅炉的水泥工业余热利用技术之外，值得一提的是还有其他利用途径。
比如，余热可以用于温室设施供暖，提供适宜的生长环境，有效地增加蔬菜和花卉的产量。
此外，余热还可以用于家庭供暖，解决冬季供暖问题，并减少对传统能源的依赖。
然而，高压电站锅炉的水泥工业余热利用技术在实践中还面临一些挑战。
中国水泥窑余热发电技术
中国水泥窑余热发电技术中国水泥窑余热发电技术摘要：水泥工业是高耗能的工业。
在水泥生产中，水泥窑在350℃左右排放大量中低温废气，约占燃料总热输入的30%。
如果直接排放到大气中，会造成严重的能源浪费。
利用低温余热发电技术对该部分中低温废气余热进行回收利用。
产生的高温过热蒸汽进入汽轮机发电。
发电机的输出功率可满足水泥生产线和水泥厂自身的生活用电，并积极实施节能减排措施。
与火力发电厂相比，余热发电不需要燃烧煤炭等燃料，不产生二氧化碳等环境污染物。
关键词：水泥窑；余热发电技术；前言：节能减排是我国经济社会发展的一项长期战略方针，也是一项极其紧迫的任务。
回收余热，降低能耗，对我国节能减排和环境保护的发展战略具有重要的现实意义。
同时，余热利用在改善工作条件、节约能源、增产、提高产品质量、降低生产成本等方面发挥着越来越重要的作用。
其中一些已经成为工业生产的一部分。
20世纪六七十年代以来，余热利用技术在世界范围内得到了迅速发展。
目前，我国的余热利用技术也取得了长足的进步，但与世界先进水平仍有一定的差距，有的余热没有得到充分利用，有的余热在使用中存在着许多问题。
1目的要求1.1降低能耗环境。
在水泥熟料燃烧过程中，窑尾预热器和窑头熟料冷却器排放的低温废气余热占水泥熟料燃烧总热量的30%以上，造成严重的能源浪费。
一方面，水泥生产消耗大量热能，另一方面，水泥生产也需要大量电力。
将400℃以下低温废气余热转化为电能用于水泥生产，可使水泥熟料生产综合电耗降低60%或30%以上。
对于水泥生产企业来说，可以大大减少从社会发电厂购买的电力，或者大大减少水泥生产企业燃烧的燃料。
自备电厂发电可以大大降低水泥生产的能耗;避免了水泥窑余热直接排入大气的热岛现象;同时可以降低社会发电厂或水泥生产企业自用电厂的燃料消耗，减少CO2等燃烧废弃物的排放，有利于环境保护。
1.2政策的推行提供技术支持。
自然资源如能源、原材料、水、土地等，随着经济的发展，资源有限之间的矛盾越来越明显。
中国水泥窑余热发电技术3
第二代余热发电技术采用的主要技术措施：(1)改变抽取窑头熟料冷却机废气方式，即在靠冷却机进料端(热端)设置一抽取400～600℃废气的抽废气口，同时在冷却机中部设置抽取260～360℃废气的抽废气口。
根据废气温度，利用400～600℃抽废气口抽出的废气设置ASH蒸汽过热器，用于调整控制汽轮机进汽温度；利用260～360℃抽废气口抽出的废气设置AQC炉生产1.57～3.82Mpa次中压或中压饱和蒸汽并同时生产0.1～0.5Mpa饱和温度至180℃的低压低温蒸汽、85～200℃热水。
(2)在利用窑尾预热器系统最终（C1级旋风筒出口）排出的300～350℃废气的同时，利用C2级旋风筒内筒至C1级旋风筒入口的450～600℃废气设置蒸汽过热器。
这样：一方面C1级旋风筒入口的450～600℃废气温度仅降低20～25℃，是水泥生产所允许的同时不会增加熟料热耗；另一方面，通过设置的C2级旋风筒内筒过热器使SP炉可生产1.57～3.82Mpa次中压或中压饱和温度至450℃的过热蒸汽，见图8。
目前这项技术已在1600t/d窑3000kw纯低温余热电站系统顺利通过实验考核运行。
(3)为了提高窑头熟料冷却机废气余热回收率以提高窑头AQC炉进口废气温度从而进一步提高发电量，窑头熟料冷却机冷却风采用循环风方式，即将AQC炉出口废气部分或全部返回冷却机。
目前这项技术也已在1600t/d窑3000kw纯低温余热电站系统顺利通过实验考核运行。
对于第二代余热发电技术的上述（2）、（3）项措施，根据工程实际情况，即可以同时采用，也可以采用其中的某一项，也可以两项都不采用。
是否采用上述（2）、（3）项措施，对余热电站实际发电能力有10～15%的影响。
第二代水泥窑纯余热发电技术能够取得的效果：前述三个措施使第二代水泥窑纯余热发电热力循环系统及废气取热方式，在不影响水泥熟料热耗、满足原燃料烘干所需温度210℃及燃料烘干、不改变水泥生产工艺及设备、不影响水泥窑生产的条件下：其一，余热可以同时生产次中压或中压饱和至450℃的过热蒸汽、0.1～0.5Mpa饱和至180℃的低压低温蒸汽、85～200℃热水；其二，最重要的是:热力循环系统可以采用次中压中温或中压中温参数，提高了热力循环系统效率,在充分利用水泥窑不同废气温度的余热的同时，实现了热量根据其温度进行梯级利用的原理；其三，第二代水泥窑纯余热发电热力循环系统、循环参数及废气取热方式使水泥窑废气余热按其质量最大限度地转换为了电能，从而使余热发电能力比目前普遍采用的第一代水泥窑纯余热发电技术得以大幅提高,吨熟料发电能力实际可达到750Kcal/Kg---38～42kwh/t。
纯低温余热发电技术
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ｂ、窑尾预热器方面，最重要的改变是利用Ｇ级预 热器内筒设置过热器，利用450-600℃废气产生过 热蒸汽。在蒸汽参数达到预定目标时，Ｇ级预热 器进口废气温度仅降低20-25℃，这种变化是水泥 生产所允许的变化范围。
c、为了提高窑头熟料冷却机废气余热回收率，窑头 熟料冷却机冷却风采用循环风方式，即将窑头AQC 炉出口废气部分或全部返回冷却机。
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双压技术是根据水泥窑废气余热的品位的 不同, 余热锅炉分别生产较高压力和较低压力 的两路蒸汽。较高压力的蒸汽作为主蒸汽进入 汽轮机主进汽口推动汽轮机转动作功发电。余 热锅炉生产出较高压力的蒸汽后, 烟气温度降 低, 余热品位下降,那么根据低温烟气的品位, 再生产较低压力的低压进汽, 进入汽轮机的低 压进汽口, 辅助主蒸汽一起推动汽轮机作功发 电。
4、发电机，国内采用空冷式发电机；国外 也是。
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第二代纯低温余热发电技术
采用的重要技术措施有： ａ、窑头熟料冷却机方面，改变抽取窑头熟料冷 却机废气方式：多阶段抽取废气，使能量实现梯 级利用。即在冷却机进料端设置一抽取400-600℃ 抽废气口，作为过热器热源，产生过热蒸汽；冷 却机中部设置抽取260-360℃废气的抽废气口，作 为窑头AQC锅炉热源．产生饱和蒸汽，并产生0.10.5MP的饱和低压低温蒸汽和85-200℃热水。
水泥厂余热发电冷却原理
水泥厂余热发电冷却原理
水泥厂生产过程中，熟料需要经过高温煅烧而产生大量的废气和余热。
如何有效地利用这些废气和余热是水泥厂节能环保的重要一环。
其中，余热发电技术成为了一种可行的方法。
水泥厂余热发电的基本原理是利用余热驱动蒸汽涡轮机发电。
一般情况下，水泥厂的余热发电系统包括余热回收、换热器、蒸汽涡轮机和冷却系统。
具体来说，废气在通过烟囱排放之前会先进入余热回收系统，通过余热回收器进行余热回收。
余热回收器通常采用板式或者管式结构，其主要作用是使废气与水接触，使热量传递到水中，从而使水变成蒸汽。
蒸汽在经过换热器后，会通过蒸汽涡轮机转化为电能。
换热器将从余热回收器中流出的热水与进入换热器的冷水进行热交换，使冷水变成热水，从而增加余热回收的效率。
最后，冷却系统用于冷却蒸汽涡轮机排出的高温蒸汽。
冷却系统通常采用冷却水作为冷却介质，通过冷却水对高温蒸汽进行冷却，从而使高温蒸汽变成低温蒸汽，再进入换热器回收余热。
总之，水泥厂余热发电冷却原理就是通过余热回收、换热和冷却系统的相互配合，利用废气中的余热驱动蒸汽涡轮机发电，同时使高温蒸汽通过循环冷却，从而实现能源的高效利用。
- 1 -。
5000td水泥熟料生产线低温余热发电方案介绍
5000t/d水泥熟料生产线低温余热发电方案介绍综合考虑5000t/d水泥熟料生产线的工艺流程、场地布置、供配电结构、供水设施等很多因素，利用5000t/d水泥熟料生产线窑头、窑尾余热资源，可建设一套装机容量为7500kW的纯低温余热电站。
1余热条件5000t/d水泥熟料生产线的具体废气参数及可利用的余热情况如下：窑头冷却机废气参数（标况）约为：240000m3/h，340℃。
此部份废气全部用于发电，废气经窑头冷却机余热锅炉（AQC炉）后进原电收尘收尘后排放。
窑尾出五级旋风预热器废气参数（标况）约为340000m3/h，350℃。
此部分废气经利用后的废气温度应保持220℃以上用于生料粉磨与煤磨烘干用热源。
2供电与接入系统方案电站启动投入运行时需要600～700kW的启动电源，启动电源由总降提供。
发电机组投入后通过总降的6（10）kV侧与电网并列运行，采用并网不上网方式运行，电站用电既可由总降供电也可由发电机直接供电。
为确保余热电站生产运行及管理的合理与顺畅，需在新建的余热电站联合厂房一侧新建供余热电站用的高低压配电室。
余热电站做为企业的余热利用节能电站，电力电量自发自用，发电机组以电缆线路由余热电站6（10）kV母线与总降6（10）kV母线连接，从而实现余热电站与系统并网运行。
运行方式为并网不上网。
并网点分别设在发电机出口开关及与总降6（10）kV联络开关处。
3水源供水能力要求本工程生产、生活年平均日用水量约为1700m3/d，要求水源供应能力为2000m3/d。
4 技术保障条件4.1 热力系统配置根据5000t/d熟料生产线的工艺流程和设计参数，生产过程中产生的废气余热在利用TCDRI的纯低温余热回收技术和国产装备的前提下，具有吨熟料30～32kWh的发电能力。
4.2 技术方案简介4.2.1 设置一台窑头余热锅炉—AQC炉在窑头冷却机废气出口设置窑头余热锅炉AQC炉。
该锅炉分2段设置，其中I段为蒸汽段，II为热水段。
水泥厂余热发电
蒸发器2（七到八层） 省煤器（九到十层）
节能减排
余热发电
SP余热锅炉
过热器 积灰情况
粘稠
余热发电
SP余热锅炉过热器
SP过热器高压段将水加热为高压饱和蒸汽
第一层管排，平管，顺排，光管，横向38管。
余热发电
SP余热锅炉高压蒸发器
高压蒸发器高压段将水加热为饱和蒸汽
节能减排
余热发电
[2] 余热发电设备
余热 发电
AQC、ASH、SP
余热发电
水泥厂余热发电
窑头余热锅炉——AQC锅炉 流向：烟气从上到下，蒸汽反之 原理：利用冷却机中抽取废气，越300℃，经过换热后90℃左右经过电除 尘排入大气当中。AQC锅炉产生两路蒸汽，较高压饱和蒸汽之后通过ASH 余热过热器过热，较低压蒸汽可用于热力除氧，也可用于汽轮机低压缸补 气。
水泥厂余热发电锅炉测绘
目录
CONTENTS
一．余热发电原理 二．余热锅炉设备 三．设备积灰与结焦 四．改进建议
余热发电
[1]余热 余热发电原理 发电 水泥厂 余热发电
水泥厂余热发电
传统的水泥工业是一个高能耗、高污染的资源性工业，目前，多使用新型 干法水泥熟料生产线，虽然其烧成系统基本都采用了窑外分解系统，水泥 烧成系统在热耗、电耗方面有较大幅度的降低，但窑外分解系统仍有大量 的中、低温废气余热未能被充分利用，造成大量的能源浪费，并产生大量 的废气，而纯低温余热发电系统，则是将熟料生产线所排出的中、低温废 气采用纯低温余热发电技术加以回收利用。 余热利用的主要设备为窑头锅炉（AQC锅炉）、窑尾锅炉（SP锅炉）、联 合过热器（ASH）。
第二到六层管排，为平管段，顺排，光管，横向38管。
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水泥企业余热发电技术简介
P=1.0MPa时,水加热至Tb=179.9℃才形成蒸汽 P=1.27MPa时,水加热至Tb=191.6℃才形成蒸汽 P=2.45MPa时,水加热至Tb=216.7℃才形成蒸汽 P=0.1MPa时,水加热至Tb=100℃才形成蒸汽 P=0.007MPa时,水加热至Tb=39.2℃才形成蒸汽
水泥企业余热发电技术简介
锅炉
主蒸汽压力 主蒸汽温度 锅炉入口废气量 锅炉入口废气温度 饱和蒸汽焓 饱和水焓 过热器传热面积 蒸发器传热面积 省煤器段给水温度 省煤器出口进汽压力 进汽温度 高压缸效率 排汽压力 排汽温度 实际排汽焓 排汽干度 发电量 汽轮机汽耗 标准煤耗
国内目前的高压火电厂(单机为25～100MW的中型火电厂)，发电用蒸汽参 数一般为9.81MPa—550℃，其发电标准煤耗为380～420g/Kwh，转换效率约 为29～33%(反映在汽轮机汽耗率上为：每KWh发电量消耗蒸汽为4.3Kg—汽 机叶片为老红旗叶片)；
国内目前的超高压、亚临界火电厂(单机为200～600MW的大型火电厂)，发 电用蒸汽参数一般为16～18MPa—555～575℃，其发电标准煤耗为300～ 330g/Kwh，转换效率约为37～41%(反映在汽轮机汽耗率上为：每KWh发电 量消耗蒸汽为3.45Kg—汽机叶片为老红旗叶片)；
80年代水泥生产发展新型干法窑为主，由于水泥窑增加了预热器 及分解炉，窑尾烟气温度大幅度降低，对余热发电系统提出了一 个难题，1995年带补燃锅炉余热发电系统在鲁南投入生产，1997 年日本赠送了全套的纯中低温余热发电系统，中国进入了纯低温 余热发电系统时代。
水泥企业余热发电技术简介
1水及水蒸汽的基本知识
水泥企业余热发电技术简介
2.2火力发电厂的标准煤耗及汽耗率
前述的转换效率用于火力发电厂时,则反应为：发电用蒸汽参数不同,发电煤耗也 不同,即转换效率不同，例如：
国内目前的中压火电厂(单机为3～25MW的小型火电厂)，发电用蒸汽参数 一般为3.43MPa—435℃，其发电标准煤耗为540～580g/Kwh，转换效率约为 21～23%(反映在汽轮机汽耗率上为：每KWh发电量消耗蒸汽为4.73Kg—汽 机叶片为老红旗叶片)；
水在某一恒定压力下进行加热，在此过程中一般来讲 有如下三个过程： ➢ 第一个过程，水在常温下被逐步加热至某一温度tb,在此温 度下水开始逐渐产生蒸汽，其蒸汽温度与水温相同为tb； ➢ 第二个过程，水继续被加热时水温tb将不再变化，而产生 的温度为tb的蒸汽将不断增加至水全部变为蒸汽； ➢ 第三个过程，水全部变为蒸汽后继续加热，则水蒸气的温 度将不断升高至tz。
水泥企业余热发电技术简介
水泥企业余热发电技术简介
2蒸汽参数与发电能力的关系
2.1热的质即热量转换为电量的能力 1Kg/h－1000℃的热水,其含有的热量为1000Kcal/h(是热量的量)，
这个热量理论上转化为电量的最大能力为N=[1-273/(1000＋ 273)]×1000×4.1868/3600=0.9135kW(热量的质)，理论转换效率为 0.9135×860/1000=78.56%。 10Kg/h－100℃的热水,其含有的热量同样为1000Kcal/h，但这个热 量理论上转化为电量的最大能力为N=[1-273/(100＋ 273)]×1000×4.1868/3600=0.3118kW，理论转换效率为 0.3118×860/1000=26.8%。
水泥企业余热发电技 术介绍
水泥企业余热发电技术简介
水泥余热发电的发展历程
在20世纪20-30年代，回转窑废气温度为800-900℃，熟料热耗为 7400kJ/kg KJ/kg，发电能力110kWh左右，装机容量小于3000kW， 技术落后。
20世纪80年代，采用了带有回热的朗肯循环系统，运行参数提高 到2.5MPa左右，单机容量达到了3000kW，发电指标达到了熟料热 耗6700-7400kJ/kg，吨熟料发电量100-130kWh，国产第一代水泥窑 余热发电专用锅炉和国产的1500、3000kW汽轮发电机也满足了水 泥余热发电系统的需要。
水泥企业余热发电技术简介
高温废气进入(tfj)
t
蒸汽流出(t z) 压力为P
t fj
tz
废气
｛tmin
tb 水及水蒸汽 tb
常温水流入(tg ) 压力为P
低温废气流出(tfc)
t fc tg
L
水及水蒸汽的变化过程示意图
水泥企业余热发电技术简介
在上述三个变化过程中，水变为蒸汽的温度称为饱 和温度（tb），其对应的水称为饱和水、蒸汽为饱和 蒸汽；第三个过程结束后产生的蒸汽为过热蒸汽，过 热蒸汽温度tz与饱和温度tb之差（tz-tb）称为水蒸气过 热度。对于不同的压力P，饱和温度tb是不同的。在水 及水蒸气被热源（废气）加热过程中，热源与水及水 蒸气间必将存在换热温差，并且热源温度必须高于水 及水蒸气温度，同时在此换热过程中的某一位置存在 最小温差点，此点称为换热温差窄点△tmim.
1
1.2 1.6 2.45 3.82
MPa
饱和温 度℃
120.2 3
133.5 4
143.6 2
151.8 5
179.8 8
187.9 6
201.7 3
222.9
247.5 1
水泥企业余热发电技术简介
1.2主蒸汽压力与余热锅炉废气出口温度的关系
P=1.0MPa时 T=179.9℃+Δtmin P=1.27MPa时 T=191.6℃+Δtmin P=2.45MPa时 T=216.7℃+Δtmin P=0.1MPa时 T=100℃+Δtmin P=0.075MPa时 T=89.2℃+Δtmin Δtmin由锅炉设计确定
水泥企业余热发电技术简介
水及水蒸气压力与饱和温度关系表
绝对压 力 0.001 0.005 0.007 0.009 0.01 0.02 0.05 0.1 0.16 MPa
饱和温 度℃
6.982
32.9
39.02
43.79 45.83 60.09
81.35 99.63
113.3 2
绝对压
力 0.2 0.3 0.4 0.5