一、目前國內(nèi)水泥行業(yè)生產(chǎn)線的規(guī)模，按日（d）產(chǎn)量（t）分類，有1200t/d，2500t/d，5000t/d的窯外分解窯（干法）生產(chǎn)線。這種生產(chǎn)線的熱耗由原來的1400kcal/kg（每公斤水泥熟料所耗的熱量）降至~800kcal/kg。其水泥生產(chǎn)線排出的廢熱—窯尾（SP）廢氣溫度一般在330～340℃，窯頭（AQC）廢氣溫度一般在340～360℃范圍內(nèi)。 
    
從國內(nèi)水泥行業(yè)的潛力來看，市場前景非常廣闊，僅黑龍江省內(nèi)水泥廠的規(guī)模來看，具體情況是小嶺水泥廠有1200t/d生產(chǎn)線一條，2500t/d生產(chǎn)線一條，賓州水泥廠有2500t/d生產(chǎn)線一條，牡丹江水泥廠有2500t/d生產(chǎn)線兩條，黑河有1200t/d生產(chǎn)線一條，佳木斯有1000t/d生產(chǎn)線一條，浩浪河有2000t/d生產(chǎn)線兩條等。 
    
這些水泥廠與國內(nèi)外其它水泥企業(yè)一樣，都在向節(jié)能型企業(yè)轉化升級，在這一過程中必然要對其低溫余熱采用最佳利用方法—純低溫余熱發(fā)電方法—建余熱電站，使水泥生產(chǎn)的成本進一步降低。 
    
國外先進國家在上世紀80年代其國內(nèi)的水泥生產(chǎn)裝備上發(fā)展了余熱發(fā)電技術，在當時的情況與國內(nèi)現(xiàn)在的情況及條件類似，利用低參數(shù)系列的鍋爐、汽輪機及發(fā)電機來發(fā)電。它們的余熱利用水平，按每噸水泥計算約為32kw~38.4kw。（國內(nèi)相對的發(fā)電水平一般在23kw~28kw之間）。 
    
國外的窯尾（SP）余熱鍋爐及窯頭（AQC）余熱鍋爐的技術特點是根據(jù)尾氣的溫度低的特點，其參數(shù)均為低壓（過熱蒸汽）鍋爐，鍋爐的受熱面均采用了擴展受熱面，即鰭片及翅片結構。鍋爐均立式布置，廢煙氣從鍋爐的頂部入口，下側部排出。它的水循環(huán)方式均為自然循環(huán)。窯尾的SP鍋爐的排煙溫度根據(jù)水泥工藝需要一般在220~230℃，窯頭的排煙溫度在90℃以下，充分利用了余熱，提高廢熱的利用率，其部分熱水采用閃蒸技術所產(chǎn)生的低壓蒸汽補入到汽輪發(fā)電機組中，提高了發(fā)電量。（汽輪機的汽耗小于國內(nèi)同類汽輪機組）。總之，鍋爐立式布置，并采用自然循環(huán)方式，所以其受熱面（蒸發(fā)管束）布置方式較特殊，有別于其他鍋爐廠。 

針對國內(nèi)的水泥廠（生產(chǎn)線的條件及特點）情況，所配置的鍋爐及發(fā)電機組來看較國外配置的鍋爐及發(fā)電機組水平是不一樣的。單講2500t/d機組國內(nèi)一般配3000kw機組，哈鍋同國外的相同，配4200kw機組。 
   
 二、市場預測： 
   
 在上述報告中提到僅黑龍江省的水泥企業(yè)均有這么多水泥生產(chǎn)線，到現(xiàn)在為止，一條生產(chǎn)線也沒有配置發(fā)電系統(tǒng)。根據(jù)國內(nèi)經(jīng)濟形勢的發(fā)展，從今年開始陸續(xù)要上純低溫利用發(fā)電裝置，如哈爾濱水泥廠、小嶺水泥廠、牡丹江水泥廠等等。 
   
 從2002年開始浙江省(含江蘇省)內(nèi)各個水泥企業(yè)在政府部門的協(xié)調(diào)和節(jié)約能源辦的督促下有70%廠家配置了這種設備。現(xiàn)在已有廣東、安徽、河北、河南、山東、北京等省市的水泥企業(yè)也都在策劃上純低溫余熱發(fā)電系統(tǒng)（余熱電站）。水泥行業(yè)這種技術改造約需要10～15年時間才能完成。根據(jù)以往的技術發(fā)展及歷史經(jīng)驗，水泥廠內(nèi)帶補燃鍋爐的余熱發(fā)電節(jié)能裝備的研究，在“八五”期間攻關課題完成推廣后于2002年結束推廣發(fā)展，既約經(jīng)歷了15年時間。 
    
三、哈鍋余熱鍋爐研制的現(xiàn)狀： 
   
 哈鍋在上世紀70年代開始已經(jīng)研制水泥行業(yè)的余熱鍋爐，從低壓到中壓，蒸發(fā)量在5t/h至25t/h的鍋爐。 
在“八五”期間，同天津水泥設計研究院、魯南水泥廠、哈爾濱鍋爐廠，共同完成了“水泥廠內(nèi)帶補燃鍋爐余熱發(fā)電裝備的研究”的科技攻關課題，使水泥廠的余熱利用水平有了較大的提高，并獲得了國家頒發(fā)的重大科技成果獎。在當時哈鍋推廣的這一系列產(chǎn)品有：牡丹江水泥廠、湖北葛洲壩水泥廠、河南七里崗水泥廠、浙江錢潮水泥廠、河南澠池水泥廠、福建永定水泥廠、冀東水泥廠、欒縣水泥廠、太行水泥廠等企業(yè)。在這一過程中，對用于純低溫余熱發(fā)電技術系統(tǒng)中的AQC鍋爐、SP鍋爐有了研制的技術基礎。 
   
 哈鍋工程公司按哈鍋業(yè)務劃分與委托，承擔對水泥的純低溫余熱鍋爐技術的研制工作，并確定了對純低溫綜合利用余熱鍋爐的選型原則： 
    新型干法窯外分解水泥生產(chǎn)的廢氣排放溫度一般在250℃～400℃之間，煙氣量一般在10×104～30×104Nm3/h之間。 
   
 例如，某水泥廠2500t/d水泥生產(chǎn)線的篦冷機所排出的廢氣量約Vr=165300 Nm3/h，溫度約380℃左右，相當于廢氣中含Q1=20431080Kcal/h的熱量，這一熱量相當于700t/d中空回轉窯的窯尾所排放廢氣的總熱量Q2（廢氣量約71593 Nm3/h，溫度約850℃），先假設該水泥廠另有一水泥生產(chǎn)線存在廢氣源排放點，其排煙溫度為850℃，當熱量Q2= Q1時，評價其二者的熱能回收價值。 
   
 假設二個廢氣氣源點的壓力均是常壓，且接近于理想氣體，取環(huán)境溫度To=25℃，計算它們各自所含的火用 
E1=Q1(1-LnT1 T2)=Q1(1-   298   653-298Ln653 298)=Q1×0.3037 
E2=Q2(1-   To   T1-ToLnT1 T2)=Q2(1-   298   123-298Ln1123  298)=Q2×0.64796 
    
可見雖然二者的熱量相等，但其火用的含量E2是E1的一半還多，所以熱量Q1和熱量Q2相比，熱量Q1的回收價值和潛力不如熱量Q2所以在熱量Q2的情況下回收廢熱（余熱），應該采用次中壓或中壓鍋爐產(chǎn)生較高品質(zhì)的蒸汽，然后用作動力或發(fā)電，熱量Q1只能用來預熱鍋爐給水或制成熱水鍋爐用作采暖或制冷。 
    
上述的分析法是火用平衡的分析法。根據(jù)熱力學第二定律，確認自然過程具有方向性和不可逆性，亦即實際自然界發(fā)生的熱過程都是不可逆過程，這就給種種形式的能量之間相互轉換規(guī)定了限制，因而各種形式的能量轉換成有用功（火用）的能力是不同的，也即各種形式能量中的火用含量部分是不同的，火用是能量中能夠轉換成有效功的那部分能量。針對舉例工廠的實際情況及其附屬裝備（如汽輪發(fā)電機組）的實際能力，確定這臺余熱鍋爐（AQC余熱鍋爐）為次中壓鍋爐，即生產(chǎn)工作壓力為

2.45MPa，額定蒸汽溫度為350℃±5℃的上段（蒸發(fā)段）和生產(chǎn)部分給鍋爐給水加熱、部分供閃蒸汽用的下段（熱水段）的結構形式。 
   
 AQC余熱鍋爐在設計工況下，煙氣流量為165300Nm3/h，煙氣溫度為380℃，AQC余熱鍋爐排煙溫度約為110℃，其他參數(shù)如下： 
 
 哈鍋工程公司早在上世紀九十年代中末期年開始，尤其到2002年，已同天津水泥工業(yè)設計研究院，南京水泥工業(yè)設計研究院，都進行了技術合作，并取得了一定的成效，在2005年3月17日杭州會議（峰會）——純低溫余熱技術研討會后，研制出具有哈鍋特色的余熱鍋爐產(chǎn)品，為水泥廠的節(jié)能降耗做出了主要貢獻。 
  
我們在這方面發(fā)揚原有的技術長處的同時，積極引進消化國外同行業(yè)的先進技術，使鍋爐產(chǎn)品的性能質(zhì)量、運行質(zhì)量更加完善。 
    以下是我們按上述余熱鍋爐的選型原則，所設計制造的窯頭及窯尾余熱鍋爐簡圖及設計參數(shù)： 
2500t/d水泥線用余熱鍋爐SP爐的參數(shù)（HG-F6285-SP）： 
總煙氣量：180000～195000Nm3/h 
入鍋爐煙溫：V′=～350℃ 
出鍋爐煙溫：V″=～220℃ 
鍋爐工作壓力：Pe=1.35MPa 
蒸汽溫度：tn=320℃ 
鍋爐蒸發(fā)量：D=20t/h 
2500t/d水泥線窯頭用余熱鍋爐AQC爐的參數(shù)（HG-F11000-AQC）： 
總煙氣量：80000～100000Nm3/h 
入鍋爐煙溫：V′=250～360℃ 
出鍋爐煙溫：V″=90～100℃ 
鍋爐工作壓力：Pe=1.35MPa 
蒸汽溫度：tn=310～320℃ 
鍋爐產(chǎn)汽量：D=7.5～8t/h 
熱水段：進水水溫：56℃ 
        出水水溫：180℃ 
        通水量：28t/h 

5000t/d水泥線窯頭用余熱鍋爐AQC爐的參數(shù)（HG-F28000-AQC）： 
總煙氣量：220000～240000Nm3/h 
入鍋爐煙溫：V′=360～380℃ 
出鍋爐煙溫：V″=90～100℃ 
鍋爐工作壓力：Pe=1.27MPa 
蒸汽溫度：tn=330℃ 
鍋爐產(chǎn)汽量：D=25t/h 
熱水段：進水水溫＜90℃ 
        出水水溫150℃ 
        通水量：54t/h 
5000t/d水泥線用余熱鍋爐SP爐的參數(shù)（HG-F9500-SP）： 
總煙氣量：～340000Nm3/h 
入鍋爐煙溫：V′=～330℃ 
出鍋爐煙溫：V″=～220℃ 
鍋爐工作壓力：Pe=1.27MPa 
蒸汽溫度：tn=～300℃ 
水給溫度：tgs=～150℃ 
鍋爐蒸發(fā)量：D=28.4t/h 
    四、國外先進國家對水泥上的余熱利用技術早在上世紀80年代開始研究開發(fā)，并應用于水泥廠上。它的總體余熱利用效率及噸熟料發(fā)電水平遠高于國內(nèi)水平。我們引進技術的重點：一是總體（水泥廠）熱力分析及熱平衡方法；二是余熱鍋爐的結構、布置方式等；三是高效的閃蒸器；四是汽輪機技術。在這一過程中已同南京水泥院和天津水泥院合作，掌握水泥廠熱力分布情況，進而進行合理的熱力分析及平衡計算，確定關鍵設備的技術參數(shù)。 
   
 五、對水泥廠而言，以2500t/d線為例，按國內(nèi)水平，余熱電站初投資約為2300萬元（人民幣）包括土建等用，按國外合作后的余熱電站的初投資約為2940萬元（人民幣）。國內(nèi)水泥廠目前建設電站約用2-3年收回全部初期投資，同國外合作后按其模式建的余熱電站約用1.8～2.5年回收初期投資。 
我們引進和合作開發(fā)的技術要點主要是水泥廠的總體布置。熱力分析及熱平衡方法，余熱鍋爐（AQC,SP）,閃蒸器，汽輪機等技術。 
    
針對水泥廠純低溫余熱綜合利用，按照前述火用平衡法的原則，在目前的窯尾及窯頭的廢氣溫度的前提下，所設計的余熱鍋爐的介質(zhì)為水的時候，完全能夠產(chǎn)出低參數(shù)的蒸汽來發(fā)電。 
   
 在不久的將來，水泥行業(yè)的生產(chǎn)工藝進一步發(fā)展，水泥生產(chǎn)的熱耗進一步降低，水泥生產(chǎn)線的窯頭及窯尾所排出的廢氣溫度進一步降低至270℃時，所配置的余熱鍋爐（以水為介質(zhì)時）只能制成熱水鍋爐或采暖或制冷，另一方面其后（窯頭、窯尾）所配置的余熱鍋爐的介質(zhì)采用低沸點的（有機或無機）液體時，配以特殊（介質(zhì)）的汽輪發(fā)電機來發(fā)電，使鍋爐排出溫度低于90℃或更小，使余熱利用率進一步提高。這一技術和領域的開發(fā)與涉足，符合國家長期科技開發(fā)規(guī)劃，符合建立和諧社會的需要，是再生能源、循環(huán)經(jīng)濟、提高能源利用效率，利國利民，提高企業(yè)經(jīng)濟效益的主要途徑，必須下功夫抓好，并加以推進落實。