水泥生产过程需要消耗大量的能源（煤或油）和xx矿物，而这些资源是不可再生的，所以这就制约了水泥工业的可持续发展，如何降低水泥生产过程中原燃料的消耗是保证水泥工业可持续发展的xxx措施。水泥熟料煅烧过程需要较高的煅烧温度，消耗大量的xx矿石能源------煤炭（或油），以目前先进的新型干法水泥窑为例，其单位熟料烧成热耗在2900---3300kj/kg，以年产熟料50万吨规模计，每年消耗原煤约6.5万，但同时约占熟料烧成热耗30%左右的大量350℃左右的废气从窑尾和窑头收尘器排入大气，而采用余热发电技术将这部分热量回收是一种非常有效的办法，由于废气温度较低，对装备和技术的要求较高，采用纯低温余热发电国内尚未有非常成熟和成功的技术和工程，宁国水泥厂纯低温余热发电是引进日本的技术和装备。目前国内新型干法窑主要采用的是带补燃炉的余热发电技术，但这种技术和国家有关政策有冲突，使这种技术的利用受到限制。2002年我公司日产1050吨（实际1350吨）φ3.5×88m四级旋风预热器窑（SP窑）采用纯低温余热发电技术进行了技术改造，项目由天津水泥设计研究院设计，于2003年5月建成投产，项目装机容量2.5MW，设计发电能力1800kw/h，全部采用国产设备和技术，经过半年左右的运行，主要设备和整个系统都运转正常，各项技术经济指标达到设计要求。下面就我公司纯低温余热发电系统作一介绍。
1． 热力系统
系统主机为两台余热锅炉(窑头AQC锅炉和窑尾SP锅炉)和一套补汽凝汽式汽轮发电机组，装机容量为2.5MW，设计发电能力为1800kw/h。
余热来源SP（窑尾预热器）：废气流量95000Nm3/h，温度390℃（实际360℃）；AQC（冷却机）：废气流量40000Nm3/h，温度350℃。
冷却机中部设置抽风口作为AQC锅炉的取风口，通过与冷却机原抽风口之间的风门调节，保证中部抽风口的废气温度达到350℃左右，为减轻废气对AQC锅炉的磨损，在锅炉前设置了沉降室，AQC省煤器出水分三路：一路进入AQC高压汽包，一路进入AQC低压汽包，另一路进SP锅炉汽包。AQC锅炉产生的蒸气分为二路，一路由锅炉Ⅰ段产生的1.6Mpa-300℃主蒸气和SP锅炉产生的主蒸气混合后进汽轮机主进汽口，另一路由锅炉Ⅱ段产生的0.25Mpa-150℃低压蒸气进入汽轮机补汽口。
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，SP锅炉产生1.6Mpa-300℃主蒸气。两台锅炉都设计有旁路系统，当锅炉停用时水泥生产系统可正常运行。
汽轮机为补汽凝汽式汽轮机，设计能力2.5MW，原机型为3MW的抽汽凝汽式汽轮机，将原抽汽口改为补汽口。通过半年运行，该汽轮机运行可靠，对蒸汽质量适应范围大，操作较方便，缺点是补汽较难。
锅炉给水中的溶解氧是造成热力设备和管道腐蚀的主要原因，为防止和减轻氧腐蚀，必须对锅炉给水进行除氧处理，目前锅炉给水的除氧方式有热力除氧、真空除氧、化学除氧等，宁国水泥厂采用的是化学除氧方式，我公司根据系统蒸气温度和压力较低的情况，采用真空除氧方式，真空除氧是利用抽真空的方法，使水在常温下呈沸腾状态，除去水中溶解氧，其关键是在除氧器内形成和保持真空状态，所以除了利用真空泵将真空除氧器抽为真空外，系统的密闭性非常重要。目前我公司的真空除氧系统运行真空度为-0.09Mpa，水中残氧量小于0.05mg/L，运行方式为间歇式，即当补充新鲜软水时以及锅炉给水中含氧量超标时，除氧器才投入使用，所以系统运行成本较低，根据目前情况真空除氧器的运行费用约1.0元/小时。
2． 锅炉
SP、AQC两台余热锅炉是水泥窑纯低温余热发电系统中最重要的设备，锅炉是否能稳定正常运行直接影响到项目的最终效果。我公司窑头AQC锅炉、窑尾SP锅炉由我公司和杭州锅炉厂一起合作研究，并由杭州锅炉厂设计制造具有一定自主知识产权。为减少占地面积和漏风，二台锅炉都采用立式布置，废气流向自上而下。
SP锅炉的设计较有特点，为立式、机械振打、自然循环。换热管为蛇形光管，上端固定在框架上，下端呈自由状态，振打装置通过连杆对换热管定期振打，整个锅炉的振打形式为连续式，所以清灰较为均匀，同时灰斗设计合理，避免了因清灰原因而造成废气中含尘浓度过大而引起风机跳停，影响生产。该锅炉{zj1}特点的地方是采用自然循环方式，省掉了二台强制循环热水泵，降低了运行成本，提高了系统可靠性。SP锅炉目前运行状态稳定，锅炉阻力小于800Pa，废气进口温度350---360℃，出口温度230℃左右，基本达到设计目标。
AQC锅炉为立式、自然循环。冷却机废气中粉尘粘附性不强，所以不设置振打装置，同时换热管采用螺旋翅管，大大增加了换热面积，锅炉体积大幅下降，降低了投资成本。为减少漏风，AQC锅炉没有设计出灰装置，在风管底部粉尘形成一定自然堆积后，粉尘随废气一起进入电收尘。半年来AQC锅炉运行状态较好，锅炉阻力小于700Pa，废气进口温度在380℃左右，废气出口温度在90℃左右，达到设计目标。
3． 与原生产系统的结合
在原水泥生产系统中接入余热发电系统，对水泥生产系统的影响主要在以下几个方面：
（1）由于余热锅炉的接入，气体流程的系统阻力增加，排风机能力是否适用。由于废气通过余热锅炉后气体温度和含尘浓度降低，排风机的抽风量得以增加，加上水泥厂原设计一般都有一定富裕能力，所以不用更换排风机，这在我公司的改造中及国内外工程实例得到证实，如果回转窑及其它设备许可，由于排风机能力增加而提高了回转窑产量（台湾花莲水泥厂装配余热发电后，窑产提高10%），我公司余热发电投入使用后，窑尾排风机电流也有所下降。
（2）窑尾SP锅炉清灰会引起气体含尘浓度变化而导致窑尾排风机工况突变，甚至风机因气体含尘浓度过高而过载跳停。我公司由于在风管布置、灰斗设计较为合理，同时采用连续机械振打方式，气体中含尘浓度较为均匀，所以窑尾风机电流波动没有异常。
（3）窑尾SP锅炉废气出口温度应根据生料磨工艺及入磨原料水份来确定，我公司生料磨为风扫式烘干磨，磨内气体流量大，所以设计SP锅炉出口温度为225℃，一般烘干生料磨SP锅炉的出口温度在250℃以上（具体根据生料水份）。
4． 经济分析
项目总投资1500万元，设计发电能力1800KW/h，目前实际发电能力大于1800KW/h，以年发电7000小时计，每年发电量为1260×104kwh，扣除10%（实际8%）电站自用电，减少外购电1134×104kwh，电站运行成本约0.06元/kwh，外购平均电价0.48元/kwh(不含税)，每年可为企业节约电费476万元，实际运行中通过电站运行调整用电系统功率因素并使现有供配电系统损耗减少，还可节约电费，所以根据此计算三年左右就可收回项目投资。
水泥窑纯低温余热发电项目由于将废气中热能转化为电能，减少了能源消耗，废气通过余热锅炉降低了废气排放温度，减轻了对环境的热污染，具有显著的环保节能效果，所以水泥窑纯低温余热发电项目具有较好的经济效益和社会效益。
5． 结言
整个系统运行可靠，操作简易灵活，整个电站定员15人，每班操作人员仅2人，由于全部采用国产设备和技术，投资成本低，具有很好的推扩价值和前景。
水泥厂余热发电监测系统设计中几个问题
为了解决我厂扩建第二条4000t/d干法水泥生产线的用电需要，缓解当地供电紧张状况，我厂在一、二条水泥生产线水泥窑尾、窑头部分增设两台SP余热炉、两台AQC余热炉、两台补燃煤粉炉及两台1.2万kW的汽轮发电机组建成一个小型发电厂。为了保证余热发电安全监测运行的应用要求，在发电机控制室配置了国产“DAS-451”工业过程计算机监测系统。
1 计算机监测系统在水泥厂余热发电运行维护中的作用
我厂采用的这套集运行和开发为一体的计算机监测系统是当前我国新、老发电机组采用的通用型数据采集处理系统。由于该系统方便地将大面积的、分散的控制台(盘)式的监视变为集中的CRT监视，具备了巡回检测、数据处理、越限报警、开关量变态处理、事故追忆、相关参数画面显示及报表和故障信息打印等功能，所以在发电机组启动、恢复、运行、事故原因查找及人工抄表带来的人为误差等方面，发挥了很好的作用，大大减轻了运行操作人员的负担，保证了发电运行的正常进行。
2 影响计算机监测系统发挥作用的主要障碍
由于国内一些单位竞相开发和研制，在整体设计中，还有许多不足之处，使目前有的系统还未达到常规仪表那种应用自如的程度，不能发挥出应有的作用。通过我厂发电运行过程中暴露的问题和同兄弟单位交流的情况来看，主要表现如下：
2.1 “死机”现象频繁
计算机监测系统运行中的“死机”是目前应用中常常碰到的一个难以解决的问题，偶发性“死机”是非固定性故障。“死机”后重新启动又能运行如故。“死机”原因大致归纳如下：
2.1.1 主机系统故障
目前国内应用的监测系统多为二级体系结构，国内监测上位机多为带磁盘系统的通用计算机。实践证明磁盘驱动器的故障率{zg}，对工作环境(如防尘、温度等)要求高，并需特殊的维护，有些单位设计、开发的数据采集处理系统依赖于上位机。若上位机自身的可靠性差，出现故障，将导致整个监测系统处于停滞状态。
2.1.2 前置数据采集系统(I/O子系统)故障
I/O过程通道子系统是监测计算机系统的重要组成部分。对它的设计有很高的技术性。影响其工作可靠性的因素是多方面的，如模板设计技术、抗共模干扰技术等，均可影响系统的可靠性、稳定性和测量xx度。
2.1.3 偶发性干扰
有些现场干扰脉冲源可达千伏以上，致使计算机系统误动作，程序“飞掉”造成“死机”。重者造成扫描模块损坏。
2.1.4 程序设计缺陷
设计上有缺陷的程序，可以较长时间的运行，一般不易发现。但在某种条件下，程序条件“相撞”使程序飞到不应去的地址单元或者根本不知去向。但重新启动后又能正常运行。由于“相撞”机遇很小，难以查找或难以在软件上xx。
2.2 设计方案上的错误
我厂二线1.2万kW余热发电系统仅采用一套计算机监测系统进行监测。从连续生产运行的需要，必须定期对二线水泥生产线的设备和余热发电系统的设备进行轮换停机检修。目前这一套二线共用的计算机监测系统就始终不能停机检修。长期运行，必然使故障率上升，一旦该系统损坏，二线发电和水泥生产将不同程度地受到影响。增加一套监控系统的分线改造工作必然给发电及生产带来不必要的损失。
2.3 计算机监测系统不能与发电机组同步投入运行
发电和水泥工艺流程设计的畅通是过程监测系统设计的重要保证。由于三者结合不好，加上有的开发单位技术人员在设计、安装、调试和投运的过程中经验不足，往往造成系统装置运到现场边投运边改进设计和进行调试工作，延长了系统在现场恢复与投运时间，致使系统与机组不能同步投入运行。加上现场安装、调试期间，环境不良，也给系统增加了运行故障的隐患。
2.4 灰尘对机柜中设备和模块的影响
从地下电缆安装架上直接进入机控室地面开孔处的大量信号电缆，由于是直接进入系统机柜连接在端子板上，在开孔处封填措施不得力，使地下灰尘在机柜中形成通道，直接侵入机柜内的设备和模板，成为系统故障的隐患。
由于诸如以上问题的存在，严重影响了计算机监测系统的应用和作用的发挥，影响了人们对它的信任度。因此，如何提高监测系统的可靠性和可用性，是当前从事研究开发工作的技术人员的重要研究课题，也是用户选型要关心的问题。
3 提高监测系统可靠性的技术措施
3.1 对现场安装、设计与施工提出详细具体的要求
对工程设计人员来讲，国内关于合理利用水泥窑煅烧余热发电的项目还属新技术，在项目中应用了国产计算机监测系统，并使之完善应用，确实要下一番功夫进行研究探讨。同时也由于当前监测系统尚未规范化，每个应用系统各有些特殊要求。因此，在项目设计初期，设计人员必须会同热控设计和水泥工艺设计人员一道对监测系统的设计、安装等提出详细具体的要求。
3.1.1 关于信号电缆的屏蔽与敷设
信号电缆的敷设对数据采集处理系统的测量精度、系统稳定性和可靠性均有重要影响。应按架空分层的原则进行敷设，动力电缆敷设于最上层，依次下来是电气控制、热控控制，{zd2}层为仪表信号电缆。电力电缆与信号电缆间应保证有30cm以上距离。{zh0}用隔板隔离，而且避免平行走线。对模拟信号，特别是毫伏级低电平信号应采用带绝缘层的屏蔽双绞线。所有信号线的屏蔽层采用一点接地方案。为了节省投资，开关量信号可采用KVV控制电缆双绞线敷设。
3.1.2 机控室信号电缆的引入
大量的数据采集信号电缆，从地下电缆安装架上通过地面开孔处进入机控室连接到系统中间端子柜上。要求地面开孔处距离中间端子柜约2～3m。这样由地面开孔进入的灰尘不致于在中间端子柜中直接形成风道。2～3m的地上通道不仅可以缓冲地下灰尘的侵入，又可使数采系统有散热通风的空间。地面开孔处要求采用阻燃封填措施，中间端子柜下部要采用滤尘网措施，使机柜内保持良好的清洁度。
3.1.3 信号分类与连线要求
发电厂信号源可分为模拟量与开关量两大类。模拟量输入信号包括热电偶信号、热电阻信号、电气信号及变送器信号等。开关量信号包括中断开关量、一般开关量和脉冲量等。
(1)热电偶信号
对数据采集系统而言，接地式屏蔽热电偶是{zj0}信号输入方式。不接地的浮动热电偶应将其屏蔽层接地，并选择合适地点将热电偶负端接地。这样使共模信号电流流到屏蔽层内，从而抑制噪声的产生。在与模拟表共存的系统里，热电偶应采用双支型，使数据采集和模拟仪表用的热电偶信号分设。可采用就地冷端箱补偿方式，冷端箱至热电偶间用补偿导线连接。冷端箱至计算机用带绝缘层的屏蔽双绞线。采用测试安装于冷端箱内热敏元件，再经计算机补偿到各点的方法进行冷端补偿。冷端箱体采用导热绝缘材料，箱体内导热，使温度分布均匀。箱体外绝缘性要好。
(2)热电阻(RTD)信号
RTD直接电阻信号，要求双支型，与模拟仪表分设，信号传输线为三线制。
(3)变送器信号
对于Ⅱ型表和Ⅲ型表输出的电流信号，一般可与模拟表合用，但对二线制1151GP压力变送器，在不设电源分配器的情况下，必须使数据采集系统的取样电阻串联于公用电源的负端。
(4)开关量信号
为隔离现场和避免强电控制回路因检修或误操作引入计算机系统，开关量信号可设中间继电器进行隔离。
3.1.4 关于地线
监测装置的接地系统是抑制噪声，防止干扰，使系统安全可靠工作的重要保证。要求设置专用地线网，其接地电阻不超过2Ω。
3.1.5 供电系统
计算机监测系统应使用不间断的，不受其它影响的独立的供电系统。即选用有高频滤波、稳压、隔离、无触点切换等措施的不间断电源UPS，以确保在事故发生瞬时仍能有效地监控。
3.2 数据采集通道装置设计与安装的可靠性技术措施
3.2.1 关于功能模块的自诊断
测量、扫描功能模块要选择对因地电位的不同引起的共模干扰和对工频串模干扰有一定范围的抑制功能的产品。一般功能模块的实时在线诊断最简单易行的方法是进行在线的读、写操作检验，定时的访问诊断。对A/D转换器的工作状态应能实时跟踪，当诊断出其工作不正常时，能及时地向处理机汇报并报告故障源。
3.2.2 数据采集通道系统的自诊断和自恢复
为解决和克服偶发性“死机”现象，仅有一般的“看门狗”是不够的，还应有硬件的系统诊断与自恢复功能，即建立程序运行监视程序。在线诊断出运行程序“死锁”或“飞掉”时，无论系统处于什么状态，都能自动重新启动程序运行。同时给出“死机”的故障指示和报警。若短时间内累计“死机”次数较多，则易引起维修人员注意，及时排除故障源。
3.2.3 模拟量输入信号预处理与信号互连技术
工业现场通常都存在由于强磁场机械的开闭，因信号传输中靠近动力电缆受到的干扰，不希望出现的热电偶效应，大地电位差等原因造成的噪声干扰源。系统设计者必须采取信号预处理措施和采用合理的信号连接技术将噪声限制到容许的范围内，以使数据采集处理装置能适应各种工艺环境。
(1)信号滤波
通常采用在模拟量输入通道的输入端加RC低通滤波器可以取得很好的效果。但要注意滤波常数太大，将影响系统对实际过程变化的响应，限制了单个通道速率的提高。
(2)过压保护
在滤波器的输入端加上过压保护线路，可防止维修人员因误动作串入高压而损坏元器件。
(3)断偶检查
模拟量输入信号，特别是热电偶信号应具有断线检查功能，以防采集处理非信号源信号，同时也为排除故障信号源提供方便。
(4)信号连接技术
模拟量输入信号种类及数量繁多，现场输入信号情况各不相同。必须有一套信号连接技术以适应各种工况场合。
单端输入方式：对于那些相距数据采集装置较近;信号源分布比较集中且只能引出一根信号线和一根公共地线;或者每个信号源可引出二根信号线的场合，都可采用单端输入方案。此方案可以节省采样通道设备。但信号传输线不宜太长，否则串模干扰将使测量精度受影响。
差动输入方式：差动输入为二级切换方式，可提高共模抑制能力和测量精度。但采样开关设备比单端多一倍。
伪差动输入方式：该方式较好地克服了单端输入的缺点，兼有差动输入的优点。适用于共模电压不太大，信号源至少可引出二根公共地线或二根信号源的场合。
三线采样方式：对于信号源分散、不能共地、信号源之间的地电位差大的场合需考虑三线切换方式。信号地线的切换，切换了信号源地之间的通路，使共模电压仅与采样开关的击穿电压有关。采样开关一般采用干簧继电器，共模电压可达几十伏以上，但受继电器动作速度影响，采样速度一般在100点/s以下。
全隔离方式：在信号源间共模干扰极强的场合，应采取信号源间及与计算机间都进行隔离的方案，一般用变压器作隔离元件，工艺较复杂，费用高。
3.2.4 装置内部的地线
装置内部应设置两块浮置地线板：计算机逻辑地和计算机保护地。前者内联数据采集装置的逻辑电源地，外联专用接地网。后者为设备屏蔽保护，外联厂房地。
对余热发电窑的几个问题的探讨
摘要:
1 余热锅炉。
卧式余热锅炉达不到设计产汽量，余热发电量普遍较低。笔者认为主要是锅炉内部废气温度场的实际分布与锅炉设计时所设想的温度场分布相差太大，使锅炉相当一部分换热面收不到设计预想的换热效果，如增大换热面积，可增大产汽量（立式锅炉能很好地解决这个问题）。
余热锅炉在不同的废气温度下传热系数变化规律及锅炉内质实际温度变化对传热温差的影响，使锅炉的实际运行往往与设计条件存在着差距，不同程度地影响余热回收甚至严重影响锅炉产汽量。
2 汽轮电机组。
为实现350℃以下纯低温废气余热发电，国内尚需解决多级低参数混压进汽式汽轮机组的设计、制造及供货问题。
3 关于水泥生产工艺技术与余热发电技术的结合问题
水泥生产工艺技术与余热发电技术有机结合起来以寻求{zj0}节能效果及{zj0}投资效益。以下三方面有待共同研究探讨：
1）水泥窑窑尾废气温度的{zj0}控制范围。
2）窑头熟料冷却机能否与余热锅炉结合起来做成一体，即机炉一体化。如果不能，篦冷机余风温度控制在佬范围是{zj0}的。
3）将水泥生产设备的节电技术、余热发电技术、水泥生产技术切实有机地结合起来，无论是余热发电窑、预热器窑还是预分解窑实现xx以余热进行发电并满足水泥厂全厂用电的目的，真正实现水泥生产的低能耗、高效益的相关技术问题。
4 同规模的余热发电窑与预分解窑的能耗水平及经济效益比较
同规模的余热发电窑与预分解窑间的综合能耗相当；而经济效益只要煤电比价（每千克标准煤价格与每度外购电综合电价之比）小于1.25，则余热发电窑的经济效益总是高于预分解窑。
5 预分解窑采用余热发电技术经济分析
对于预分解窑，无论其规模多大或是几级预热器。采用余热发技术（补热发电时，补燃量应适当），总是有节能效果的，而当煤电比价小于0.7，只要能将余热全部回收关用于发电，则无论采用何种余热发电技术，经济上都是合算的。
6 对于预分解窑，只要补燃量适当，带补燃锅炉的发电技术的节能效果优于纯余热发电技术。
