1. 水泥生產(chǎn)企業(yè)在決定建設余熱電站時應注意研究的幾個問題
　　目前，各水泥生產(chǎn)企業(yè)對利用水泥窯純低溫余熱發(fā)電技術建設余熱電站的熱情空前高漲。筆者有幸參與了多次的水泥生產(chǎn)企業(yè)選擇余熱電站工程設計單位或工程總承包單位的招、議標活動，也多次參加了投標活動。在以經(jīng)濟利益為中心、國內眾多從事水泥窯純低溫余熱發(fā)電工程設計或總承包單位經(jīng)驗水平參次不齊的環(huán)境條件下，結合余熱電站是由水泥生產(chǎn)企業(yè)建設的背景，為了減少水泥生產(chǎn)企業(yè)的損失，不再發(fā)生或盡量少發(fā)生目前普遍發(fā)生的電站投產(chǎn)后實際發(fā)電能力遠達不到設計發(fā)電能力的問題，有必要提出水泥生產(chǎn)企業(yè)在決定建設余熱電站時應注意研究的如下幾個問題：

　　1.1關于各設計單位在投標或為水泥生產(chǎn)廠提供技術方案時提供給水泥生產(chǎn)廠的發(fā)電功率問題
　　在項目招標或各設計單位為水泥生產(chǎn)廠提供技術方案時，提供給水泥生產(chǎn)廠的發(fā)電功率一般都比較高，但電站投入運行后，實際發(fā)電能力遠達不到報出的發(fā)電功率。如果對設計單位報出的發(fā)電功率進行認真研究，會發(fā)現(xiàn)其主要原因有如下可能的幾點：

　　1）水泥生產(chǎn)廠沒有明確給出統(tǒng)一的窯尾預熱器、熟料冷卻機廢氣量和廢氣溫度條件，也沒有給出物料烘干所需的廢氣量和廢氣溫度條件，或者水泥生產(chǎn)廠已明確給出了這些條件，但設計單位在計算發(fā)電功率時不采用水泥生產(chǎn)廠提供的條件。當設計單位采用的廢氣條件，如：尾預熱器、熟料冷卻機廢氣量和廢氣溫度高出給定的或實際的廢氣量和廢氣溫度，物料烘干所需的廢氣量和廢氣溫度低于給定的或實際的廢氣量和廢氣溫度時，其報出的設計計算發(fā)電功率自然會偏高，反之則會偏低。

　　為避免此種現(xiàn)象，水泥生產(chǎn)廠應明確給出統(tǒng)一的窯尾預熱器、熟料冷卻機廢氣量和廢氣溫度條件及物料烘干所需的廢氣量和廢氣溫度條件，并應要求設計單位提供發(fā)電能力的計算過程，以檢查設計單位是否按規(guī)定的廢氣條件進行設計計算并驗證計算過程的正確性。

　　2）由于汽輪機主蒸汽內效率F1、補汽內效率F2及汽輪機機械、散熱、自用動力損失效率F3和發(fā)電機效率F4越高，發(fā)電能力越高，因此如果電站設計單位計算發(fā)電功率時，上述四個效率采用制造廠提供的設備設計效率，如：汽輪機主蒸汽內效率F1取85%或更高，汽輪機補汽內效率F2取83%或更高，汽輪機機械、散熱、自用動力損失效率F3取97.5%或根本不考慮這個效率，發(fā)電機效率F4取97.5%，則其設計計算發(fā)電功率會很高。

　　制造廠提供的上述四個效率是設備在理想運行條件及額定狀態(tài)下才能達到的效率，而由于水泥窯余熱電站實際運行時無論是蒸汽參數(shù)、發(fā)電功率還是冷卻水等運行條件變化很大，使設備不可能長期在理想運行條件及額定狀態(tài)下運行，因此，電站在投入運行后，其實際效率將低于制造廠提供的設計效率，也即實際發(fā)電功率不可能達不到各設計單位報出的設計計算發(fā)電功率。

　　通常來講，有經(jīng)驗或雖然沒有經(jīng)驗但對技術事實求是的設計單位，在進行余熱電站發(fā)電功率設計計算時，會結合電站工程實際條件及電站機組的大小，上述四個效率一般在如下范圍內選取：汽輪機主蒸汽內效率F1=80～82%、汽輪機補汽內效率F2=78～80%，汽輪機機械、散熱、自用動力損失效率F3=95.5～97.5%，發(fā)電機效率F4=95.5～97.5%。

　　3）大多數(shù)電站設計單位在計算發(fā)電功率時不考慮水泥窯廢氣管道散熱、旁通廢氣管道內漏廢氣、汽水管道漏汽及散熱損失效率F5，或計算時F5取值很高。但實際上：由于余熱鍋爐旁通廢氣管道閥門不可能100%關閉嚴密，入余熱鍋爐的水泥窯廢氣管道及電站蒸汽、熱水管道不可能不散熱也不可能沒有漏氣（汽），因此，F(xiàn)5不可能達到100%或很高的數(shù)值。根據(jù)實際投入運行的電站統(tǒng)計：對于2500t/d級的水泥窯，F(xiàn)5一般為91～93%；5000t/d級的水泥窯，F(xiàn)5一般為93～95%。如果電站設計單位在計算發(fā)電功率時不考慮F5或F5取值很高，其報出的設計計算發(fā)電功率就會很高，而電站實際投入運行后，發(fā)電功率也將遠遠達不到各設計單位報出的設計計算發(fā)電功率。

　　4）汽輪機排汽壓力越低，計算發(fā)電能力越高，如果電站設計單位計算發(fā)電功率時，汽輪機排汽壓力采用汽輪機廠提供的汽輪機允許的最低排汽壓力（一般為0.0053Mpa），則其報出的發(fā)電能力也會很高。

　　當汽輪機排汽壓力為0.0053Mpa時，其排汽溫度僅為33.9℃，此時要求冷卻水溫度不超過21℃，即大氣日平均溫度一般應不超過20℃。實際上，由于大氣溫度的限制，冷卻水溫度很難低于21℃，或者每年低于21℃的時間很短，也即能夠達到設計計算發(fā)電功率的時間很短（尤其是黃河以南地區(qū)）。

　　通常來講，設計計算電站發(fā)電能力時，汽輪機排汽壓力一般選擇為0.007Mpa，其排汽溫度為39.2℃，要求冷卻水的溫度為26℃，即需大氣日平均溫度不超過25℃。采用0.007 Mpa排汽壓力，全國大部分地區(qū)每年都可有8個月以上的保證時間，也就是說電站實際發(fā)電功率能夠絕大部分時間達到設計計算發(fā)電功率。

　　以實際熟料產(chǎn)量為5000t/d、窯頭熟料冷卻機用于發(fā)電的廢氣參數(shù)為200000Nm3/h—360℃、窯尾預熱器廢氣參數(shù)360000Nm3/h—330℃、生料烘干廢氣溫度為210℃的余熱電站為例：如果汽輪機內效率F1取為85%、F2取為83%，汽輪機機械、散熱、自用動力損失效率F3取為97.5%，發(fā)電機效率F4取為97.5%，廢氣管道散熱、旁通廢氣管道漏廢氣、汽水管道漏汽散熱損失效率F5=98.7%，汽輪機排汽壓力取0.006Mpa：當采用第一代技術方案，汽輪機進汽參數(shù)為0.689～1.27Mpa－312～315℃時，電站設計計算發(fā)電功率為8140～8640KW（噸熟料發(fā)電量為39～41.5KWh/t，遠高于第一代技術實際設計計算發(fā)電指標28～35KWh/t的，更高于目前第一代技術實際達到的22～33KWh/t），這個設計計算發(fā)電功率就是各設計單位或工程總承包單位一般情況下為水泥生產(chǎn)廠報出的發(fā)電功率；當采用第二代技術方案，汽輪機進汽參數(shù)為1.57～2.29Mpa－370℃時，電站設計計算發(fā)電功率將達到9880KW以上（其噸熟料發(fā)電量為47.5KWh/t以上，遠高于第二代技術實際設計計算發(fā)電指標38～45KWh/t，也高于噸熟料余熱最大發(fā)電能力46KWh/t）。這樣的發(fā)電功率，在前述廢氣條件下，無論是第一代技術方案還是第二代技術方案，實際上都是不可能達到的。

　　如果該電站計算設計發(fā)電功率時，各效率及汽輪機排汽壓力按實際運行中能夠達到的：汽輪機內效率F1=82%、F2=80%，汽輪機機械、散熱、自用動力損失效率F3=96.5%，發(fā)電機效率F4=96.5%，廢氣管道散熱、旁通廢氣管道漏廢氣、汽水管道漏汽散熱損失效率F5=91%，汽輪機排汽壓力為0.007Mpa進行發(fā)電功率計算，則：當采用第一代技術方案，汽輪機進汽參數(shù)為0.689～1.27Mpa－312～315℃時，設計計算發(fā)電功率為6980～7280KW(噸熟料發(fā)電量為33.5～34.9KWh/t)；當采用第二代技術方案，汽輪機進汽參數(shù)為2.29Mpa－370℃時，設計計算發(fā)電功率為8480KW(噸熟料發(fā)電量為40.7KWh/t)。這樣的發(fā)電功率是與理論分析相一致的，如果電站鍋爐受熱面配置(鍋爐重量)、管道配置、保溫結構及選材等具體技術措施得當，電站投入運行后是能夠達到的。

　　各設計單位在投標或為水泥生產(chǎn)廠提供技術方案時提供給水泥生產(chǎn)廠的發(fā)電功率問題，在筆者參與的招標或投標工程項目中，從未有水泥生產(chǎn)廠研究過。

　　1.2關于鍋爐換熱面積即鍋爐重量問題
　　水泥窯余熱發(fā)電工程中最重要的設備是余熱鍋爐。余熱鍋爐的作用是將水泥窯廢氣余熱轉換為蒸汽和熱水，余熱鍋爐轉換出的蒸汽和熱水再通過汽輪機---發(fā)電機轉換為電力。因此，對于余熱電站：確定了汽輪機主蒸汽壓力和溫度就相當于確定了設計計算發(fā)電能力，而是否能夠實現(xiàn)這個發(fā)電能力，主要取決于余熱鍋爐。

　　將水泥窯廢氣余熱轉換為蒸汽和熱水同時要適應水泥窯生產(chǎn)的波動，余熱鍋爐必須有足夠的換熱面積也即要有足夠的換熱管子或者說鍋爐重量，而且鍋爐總重量中：鍋爐內換熱管子等受壓換熱件應大于53%，其它梁、柱、樓梯、平臺等非換熱受壓件應不大于47%。如果鍋爐重量配置不夠，電站實際發(fā)電能力是不可能達到設計計算發(fā)電能力的。

　　對于實際熟料產(chǎn)量為5000t/d的水泥窯余熱電站：
　　當采用第二代技術方案，汽輪機進汽參數(shù)為2.29Mpa－370℃時，實際設計計算發(fā)電功率為8480KW，電站全套鍋爐重量需1291噸以上；

　　當采用第一代技術方案，汽輪機進汽參數(shù)為0.689～1.27Mpa－312～315℃時，實際設計計算發(fā)電功率為6980～7280KW，電站全套鍋爐重量需886～921噸以上。

　　對于已經(jīng)投產(chǎn)的5500t/d水泥窯余熱電站：
　　利用第一代技術建設的余熱電站，實際設計計算發(fā)電能力為7520～8130KW，一條窯全套鍋爐重量約需1000噸。但由于余熱鍋爐實際配置重量只有820～900噸，因此電站實際運行發(fā)電能力只有6500～7150KW，沒有達到應該達到的實際設計計算發(fā)電能力。也就是說，利用第一代技術建設的余熱電站達不到實際設計計算發(fā)電能力的根本原因之一是鍋爐換熱面積或者說鍋爐重量配置不夠。

　　產(chǎn)生這個問題的原因有兩種可能：一是由于電站設計或工程總承包單位沒有鍋爐設計經(jīng)驗所致；二是由于水泥生產(chǎn)廠沒有對鍋爐配置對工程總承包單位提出詳細要求，而工程總承包單位為了降低工程造價（應注意：鍋爐重量每減少1噸，設備費、安裝費等造價合計將減少1.4萬元以上）有意而為之。

　　不幸的是，在筆者參與的招標或投標工程項目中，從未有水泥生產(chǎn)廠對余熱鍋爐換熱面積配置提出過任何要求。

　　1.3關于余熱鍋爐熱效率問題
　　電站設計或工程總承包單位通常會向水泥生產(chǎn)廠解釋：由于我們的余熱鍋爐換熱效率高，因此鍋爐配置的換熱面積相對較少，相應的鍋爐重量就輕。

　　這種解釋往往容易取得水泥生產(chǎn)廠的認可。但對于水泥窯廢氣：一方面，由于粉塵含量太大，同時為不增加或少增加水泥生產(chǎn)線原有風機的負荷而使鍋爐廢氣阻力也即鍋爐內的廢氣流速受到限制，因此，雖然鍋爐結構形式不同，但其換熱管的換熱效率是相差很小的，相應的鍋爐換熱面積數(shù)量和鍋爐重量也很?。ㄒ话阍?%以內）；另一方面，水泥窯余熱鍋爐出口廢氣還要用于水泥生產(chǎn)，因此對水泥窯余熱鍋爐來講，通常所說的鍋爐熱效率也是沒有意義的。

　　對水泥窯余熱鍋爐來講，衡量余熱鍋爐的技術指標一般是：鍋爐出口廢氣溫度、鍋爐漏風率、鍋爐廢氣阻力、爐墻外護板溫度、鍋爐換熱面積（鍋爐重量）等。

　　1.4關于電站的改造性問題
　　水泥生產(chǎn)工藝是一條直線，由于這個特點，水泥生產(chǎn)線可以分段改造，也即提產(chǎn)改造的余地很大。但對于電站，由于發(fā)電工藝是一個封閉的圓圈，再加上汽輪機及發(fā)電機設備不能提產(chǎn)改造的限制，因此，一旦電站建成投產(chǎn)后對其提產(chǎn)改造的可能性是沒有的（當然，由于某臺設備或某個工藝環(huán)節(jié)有問題使電站達不到設計能力時對有問題的設備或某個工藝環(huán)節(jié)的整改除外）。因此，對于水泥生產(chǎn)廠，因水泥窯余熱發(fā)電技術還在發(fā)展之中，確定余熱電站技術方案時應十分慎重。   

　　目前，絕大多數(shù)水泥生產(chǎn)廠都沒有研究或注意這個問題。

　　1.5關于余熱電站的考核驗收
　　水泥窯余熱發(fā)電是寄生于水泥熟料生產(chǎn)的被動發(fā)電，其實際發(fā)電能力取決于水泥窯生產(chǎn)情況。在此條件下，余熱電站的設計計算發(fā)電能力及發(fā)電裝機容量是在設定的環(huán)境溫度狀態(tài)下，根據(jù)水泥窯實際生產(chǎn)統(tǒng)計情況或通過對水泥窯進行熱工標定所取得的廢氣條件進行設計計算確定的。由于水泥的生產(chǎn)受市場（熟料產(chǎn)量）、原料、燃料、設備狀態(tài)、操作人員水平的影響，因此，水泥窯實際生產(chǎn)的波動性是很大的，或者說：電站建成投產(chǎn)后具備對電站進行考核驗收時，水泥窯的實際廢氣條件及環(huán)境溫度不可能與設計計算發(fā)電能力時采用的實際廢氣條件及環(huán)境溫度完全相吻合，為了能夠確認電站是否達到或超過了各項設計考核指標，為與電站設計及工程總承包單位進行工程結算創(chuàng)造條件，需要確定嚴密的電站各項設計考核指標根據(jù)實際的熟料產(chǎn)量、窯頭窯尾廢氣量及廢氣溫度、原燃料烘干廢氣條件、環(huán)境溫度的修正辦法。

　　對于水泥生產(chǎn)廠來講，這個各項設計考核指標修正辦法應在確定電站技術方案或選擇電站設計、工程總承包單位時確定，否則：一方面電站很難進行考核驗收，另一方面水泥生產(chǎn)廠不能掌握電站實際應達到的發(fā)電能力。如果電站未能達到設計考核指標，由于電站運行受水泥生產(chǎn)的制約條件太多，而水泥生產(chǎn)廠又不一定能夠深入了解掌握水泥生產(chǎn)各種制約條件對電站實際生產(chǎn)運行造成的實際影響（而設計或總承包單位會很清楚這種影響），也就不能確定設計或總承包單位存在的問題和應承擔的責任，電站考核驗收時除運轉時間這個指標外，其它指標往往也就不了了之了，最終受損失的必定是水泥生產(chǎn)廠。

　　電站投產(chǎn)后達不到修正后的各項設計考核指標，如果是設計或總承包單位沒有經(jīng)驗造成的，應該是可以理解的。當電站采取總承包方式時，如果總承包單位為了降低工程造價而有意為之，而水泥生產(chǎn)廠又沒有確定嚴密的電站各項設計考核指標修正辦法，水泥生產(chǎn)廠同樣也不能確定總承包單位存在的問題和應承擔的責任，這是利用第一代技術建設的余熱電站達不到實際設計計算發(fā)電能力的又一個根本原因。

　　1.6關于對余熱電站運行情況進行考察時應注意的問題
　　水泥生產(chǎn)廠在確定余熱電站方案、選擇設計或總承包單位時，一般都對已經(jīng)投入運行的余熱電站進行考察，這是非常必要的。為了得到電站運行實際情況，考察過程中除一般考察項目外重點應注意如下問題：

　?。?）水泥窯余熱電站實際運行過程中的發(fā)電功率波動是很大的，因此考察時可以不注重電站控制室顯示的發(fā)電功率（此發(fā)電功率是瞬時的，沒有實際意義而且是容易做手腳的----目前做手腳的現(xiàn)象很嚴重），應盡量了解清楚電站及水泥窯日總發(fā)電量及熟料產(chǎn)量（最好是能得到連續(xù)幾天的電站及水泥窯日總發(fā)電量及熟料產(chǎn)量報表）。

　　（2）窯尾預熱器出口廢氣溫度對實際發(fā)電能力影響很大，如：對于5000t/d級水泥窯，采用不同的技術方案時，窯尾預熱器廢氣溫度每生高1℃，電站發(fā)電功率將增加40～48KW；對于2500t/d級水泥窯，則窯尾預熱器廢氣溫度每生高1℃，電站發(fā)電功率增加21～25KW。因此考察時應注意了解窯尾預熱器出口廢氣溫度，并且應盡量將窯控制室顯示的預熱器出口廢氣溫度與電站控制室顯示的預熱器出口廢氣溫度加以比對（同樣，電站控制室顯示的預熱器出口廢氣溫度也是容易做手腳的）。

　?。?）窯頭熟料冷卻機AQC余熱鍋爐及窯尾SP余熱鍋爐出口廢氣溫度及鍋爐廢氣阻力。

　?。?）鍋爐實際重量。

　　（5）電站自用電率。

　　2.目前已投產(chǎn)的余熱電站實際發(fā)電情況
　　至2008年底，全國水泥行業(yè)有263條水泥窯已投產(chǎn)或即將投產(chǎn)純低溫余熱電站，在這些電站中：85條窯采用的是第二代水泥窯純低溫余熱發(fā)電技術(以下簡稱“第二代技術”)，178條窯采用的是第一代水泥窯純低溫余熱發(fā)電技術(以下簡稱“第一代技術”)。

　　按燃燒燃料的火力發(fā)電廠以汽輪機主蒸汽壓力區(qū)分為低壓、次中壓、中壓、高壓、亞臨界、臨界、超臨界、超超臨界的方式，對于水泥窯純低溫余熱發(fā)電技術中“第一代技術”及“第二代技術”區(qū)分如下：

　　第一代技術：無論是單壓循環(huán)系統(tǒng)還是雙壓循環(huán)系統(tǒng)或復合閃蒸系統(tǒng)，凡是汽輪機主進汽壓力小于或者等于1.27Mpa、主進汽溫度小于或者等于330℃的水泥窯純低溫余熱發(fā)電技術，均稱為第一代技術。

　　第一代技術的發(fā)電能力實際設計計算指標：當窯尾預熱器廢氣溫度為320～330℃時噸熟料發(fā)電量為28～35KWh/t。

　　第二代技術：無論是單壓循環(huán)系統(tǒng)還是雙壓循環(huán)系統(tǒng)或復合閃蒸系統(tǒng)，凡是汽輪機主進汽壓力大于1.57Mpa、主進汽溫度大于340℃的水泥窯純低溫余熱發(fā)電技術，均稱為第二代技術。

　　第二代技術的發(fā)電能力實際設計計算指標：當窯尾預熱器廢氣溫度為320～330℃時噸熟料發(fā)電量為38～45KWh/t。

　　筆者于2008年10月至2009年5月，對國內已投產(chǎn)的水泥窯純低溫余熱電站的實際發(fā)電情況進行了詳細調查和了解，對幾個典型的電站發(fā)電情況進行了統(tǒng)計,調查統(tǒng)計結果見表1及表2。

表1. 利用第二代技術建設的余熱電站實際發(fā)電情況

表2. 利用第一代技術建設的余熱電站實際發(fā)電情況

　　根據(jù)上述典型電站實際發(fā)電情況，對于利用第一代技術建設的余熱電站，其實際發(fā)電能力為：當窯尾預熱器廢氣溫度為320～350℃時噸熟料發(fā)電量22～33KWh/t。到目前為止，全部的第一代技術余熱電站還沒有達到：當窯尾預熱器廢氣溫度為320～330℃時噸熟料發(fā)電量28～35KWh/t的實際設計計算指標要求。

　　對于利用第二代技術建設的余熱電站，其實際發(fā)電能力為：當窯尾預熱器廢氣溫度為320～340℃時噸熟料發(fā)電量為37～45KWh/t。到目前為止，全部的第二代技術余熱電站基本達到：當窯尾預熱器廢氣溫度為320～330℃時噸熟料發(fā)電量為38～45KWh/t的實際設計計算指標要求。