水泥企业余热发电技术介绍
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。
水泥余热发电普及知识
2012年3月30日
循环水流程
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2012年3月30日
汽轮机是将水蒸汽的内能转换成汽轮机的机械能。 汽轮机是将水蒸汽的内能转换成汽轮机的机械能。
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2012年3月30日
发电机
发电机是将转子的动能转换成电能。 发电机是将转子的动能转换成电能。
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2012年3月30日
工质的性能
为何选水为工质？ 为何选水为工质？
量大， 量大，廉价 比热大
水的汽化 水蒸气的过热 水蒸气的膨胀
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2012年3月30日
能量的品质
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2012年3月30日
余热锅炉
320℃废气
300℃过热蒸汽 126℃热水 200℃废气
锅炉是将废气的热能传递给水和水蒸汽。 锅炉是将废气的热能传递给水和水蒸汽。
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2012年3月30日
汽轮机
320 ℃， 1.0MPa n=3000转/分 过热蒸汽
0.0068MPa饱和蒸汽
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2012年3月30日
能量传递与转换
能量守恒定律 能量的传递和转换过程中可能伴随着物质形态的变化 热传递，是热从温度高的物体传到温度低的物体， 热传递，是热从温度高的物体传到温度低的物体，或者 从物体的高温部分传到低温部分的过程。 从物体的高温部分传到低温部分的过程。 能量的转换是指能量从一种形式的能量转变为另一种形 式的能量，即一个物体对另一个物体做功。 式的能量，即一个物体对另一个物体做功。
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2012年3月30日
对水泥生产线的影响
对窑头袋除尘器的影响 对窑头排风机的影响 对窑尾高温风机的影响 对原料磨烘干能力的影响 对窑尾袋收尘的影响 对窑操的影响？ 对窑操的影响？
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水泥窑余热发电概述
水泥窑余热发电概述水泥窑余热发电概述水泥窑余热发电技术是直接对水泥窑在熟料煅烧过程中窑头窑尾排放的余热废气进行回收，通过余热锅炉产生蒸汽带动汽轮发电机发电。
一条日产5000吨水泥熟料生产线每天可利用余热发电21-24万度，可解决约60%的熟料生产自用电，产品综合能耗可下降约18%，每年节约标准煤约2.5万吨，减排二氧化碳约6万吨。
水泥纯低温余热发电技术是指在新型干法水泥熟料生产线生产过程中，通过余热回收装置——余热锅炉将水泥窑窑头、窑尾排出大量的低品位废气余热进行热交换回收，产生过热蒸汽推动汽轮机实现热能向机械能的转换，从而带动发电机发出电能，窑头锅炉所发电能供水泥生产过程中使用。
水泥窑纯低温余热发电背景随着水泥熟料煅烧技术的发展，发达国家水泥工业节能技术水平发展很快，低温余热在水泥生产过程中被回收利用，水泥熟料热能利用率已有较大的提高。
但我国由于节能技术、装备水平的限制和节能意识影响，在窑炉工业企业中仍有大量的中、低温废气余热资源未被充分利用，能源浪费现象仍然十分突出。
新型干法水泥熟料生产企业中由窑头熟料冷却机和窑尾预热器排出的350℃左右废气，其热能大约为水泥熟料烧成系统热耗量的35％，低温余热发电技术的应用，可将排放到大气中占熟料烧成系统热耗35％的废气余热进行回收，使水泥企业能源利用率提高到95％以上。
项目的经济效益十分可观。
我国是世界水泥生产和消费的大国，近年来新型干法水泥生产发展迅速，技术、设备、管理等方面日渐成熟。
目前国内已建成运行了大量2000t/d以上熟料生产线，新型干法生产线与其他窑型相比在热耗方面有显著的降低，但新型干法水泥生产对电能的消耗和依赖依然强劲，因此，新型干法水泥总量的增长对水泥工业用电总量的增长起到了推动作用，一定程度上加剧了电能的供应紧张局面。
而目前国内运行的新型干法水泥熟料生产线采用余热发电技术来节能降耗的企业极少，再者，国内由于经济潜力增长加剧了电力短缺的矛盾，刺激了煤电项目的增长，一方面煤电的发展会加速煤炭这种有限资源的开采、消耗，另一方面煤电生产产生大量的CO2等温室气体，加剧了对大气的环境污染。
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。
水泥厂中低温纯余热发电技术及其应用
环保减排
减少温室气体和其他污染物的 排放，减轻对环境的压力，符 合绿色低碳的发展趋势。
提高能源利用效率
将原本被浪费的余热转化为电 能，提高了能源的利用效率。
增加经济效益
通过回收利用余热，为企业创 造额外的经济效益，提高市场
竞争力。
技术挑战
技术成熟度
尽管技术上可行，但该技术在实际应用中的 成熟度有待进一步提高。
发电技术。
纯余热发电技术通常采用热电转 换、热光转换等新型能源转换技
术，将余热直接转换为电能。
纯余热发电技术具有高效、环保、 节能等优点，是未来能源利用的
重要方向之一。
03
水泥厂中低温余热发电技术应用
余热发电技术在水泥厂中的应用
水泥厂余热资源丰富
经济效益显著
水泥生产过程中产生大量余热，这些 余热可用于发电，降低能源消耗。
技术发展前景广阔
随着环保要求的提高和能源结构的调整，纯余热 发电技术在水泥厂中的应用前景十分广阔。
3
促进产业升级
纯余热发电技术的应用有助于水泥产业升级，提 高能源利用效率，推动行业绿色发展。
04
水泥厂中低温纯余热发电技术优势与
挑战
技术优势
高效节能
利用水泥厂排放的余热进行发 电，减少对新鲜燃料的依赖，
02
水泥厂中低温余热发电技术原理
余热发电技术概述
余热发电技术是指利用工业生产过程中产生的余热，通过热能转换和发电技术，将 其转化为电能的技术。
余热发电技术具有高效、环保、节能等优点，是工业节能减排的重要手段之一。
余热发电技术可根据不同的工业领域和生产工艺，采用不同的热能转换方式和发电 技术。
中低温余热发电技术原理
水泥厂中低温纯余热发电技术及其应用
水泥厂中低温纯余热发电技术及其应用水泥生产过程中，会产生大量的热能，其中包括高温热能和低温热能。
高温热能可以用于熟料烧成和余热发电等领域，而低温热能则一般会直接
排放到大气中，造成了能源的浪费和环境的污染。
针对水泥厂低温热能的利用问题，近年来出现了一种新的技术——低
温纯余热发电技术。
该技术利用温差生成电能，可以将水泥厂低温废热转
化为电能，从而实现能源的再利用。
该技术的原理是利用温差发电模块，将低温废热转化为电能。
一般来说，该技术需要在50℃以下的低温环境下才能工作。
通过将低温废热与
环境温度形成温差，可以驱动热电材料中的电子流动，产生电压和电流。
该技术在水泥厂中的应用，可以解决低温废热无法利用的问题，提高
能源利用效率。
同时，还可以减少水泥生产对环境的影响，促进可持续发展。
需要注意的是，低温纯余热发电技术在应用中要考虑到设备的成本和
维护成本，以及与水泥生产过程的配合问题。
只有在成本和效益相协调的
情况下，才能更好地推广和普及该技术。
水泥窑余热发电（五篇）
水泥窑余热发电（五篇）第一篇：水泥窑余热发电水泥窑余热发电水泥厂余热资源的特点是流量大、品位低。
在宁国水泥厂4000t ／d生产线上，预热器（PH）和冷却机（AQC）出口废气流量和温度分别为258550Nm3/h、340℃和306600Nm3/h、238℃，其中部分预热器废气用来烘干燃煤和原料。
针对上述特点，热力系统采用减速式两点混气式汽轮机，利用参数较低的主蒸汽和闪蒸汽的饱和蒸汽发电；根据余热资源的工艺状况设置两台余热锅炉，保证能够充分利用余热资源；应用热水闪蒸技术，设置一台高压闪蒸器和一台低压闪蒸器，闪蒸出的饱和蒸汽混入汽轮机做功；对现有AQC进行废气二次循环改造。
由于PH出口废气还要用于烘干原料，因此未设省煤器，只设蒸发器和过热器。
加强系统密封。
系统采用先进的DCS集散控制系统进行操作控制，具有功能齐全、自动控制、操作简便等特点。
工艺流程图（见图31）工艺流程两台高效余热锅炉，AQC锅炉和PH锅炉将水泥生产过程中随废气排放到大气中的热能吸收，产生压力为25Kg／cm2、温度为335℃－350℃、蒸发量为31.1t／h的过热蒸汽及二级低压饱和蒸汽并进入汽轮机，进行能量转换，拖动发电机向电网输送电力。
PH锅炉为强制循环、烟气流向为水平、管程流向为垂直、管列形式为循排、传热管为光管、除灰装置为振打系统；AQC锅炉为自然循环、烟气自上而下、管程流向为水平、管列形式为错排、传热管为螺旋翅管、除灰装置为吹灰器。
运转状况及效果该项目设计指标为发电机组装机容量6480kw，按吨熟料发电量33.07KWh/T，发电机组相对水泥窑的运转率为90％计算，设计年发电量4087万KWh。
从1998年3月至1999年3月，平均吨熟料发电量为34.24KWh／T（设计值为33.07KWh／T）发电机组相对水泥窑的运转率达到90.45%，实现系统安全、稳定、高效运行。
截止到1999年3月底累计发电4800万KWh，各项经济指标均达到并超过了设计水平，实现产值2160万元，实现金热发电投产当年达产达标。
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。
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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)；
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
高温废气进入(tfj)
t
蒸汽流出(t z) 压力为P
tfj
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)
tfc tg
L
水及水蒸汽的变化过程示意图
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.
饱和温度 ℃
120.23 133.54 143.62 151.85 179.88 187.96 201.73
222.9
247.51
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
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。
1水及水蒸汽的基本知识
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。
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 省煤器出口废气温度 省煤器传热面积 总面积
汽轮机
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
MPa ℃ Nm3/h ℃ kJ/kg kJ/kg m2 m2 ℃ ℃ m2 m2
水及水蒸气压力与饱和温度关系表
绝对压力 MPa
0.001
0.005
0.007
0.009
0.01
0.02
0.05
0.1
0.16
饱和温度 ℃
6.982
32.9
39.02 43.79 45.83 60.09 81.35 99.63 113.32
绝对压力 MPa
0.2
0.3
0.4
0.5
1
1.2
1.6 2.45 3.82
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%。
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)；
水泥企业余热发电技 术介绍
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。
低压 1.5 355
10000Leabharlann 10002791.97 851.74 210.04
1873.21 100
150.29 2356.78 4440.03
1.11 340