煤矸石制磚在煅燒過程中有大量的熱量，隨著排風機而排出窯外，主要是煙氣余熱和產(chǎn)品冷卻余熱。據(jù)調(diào)查，燒結(jié)磚生產(chǎn)中的余熱總量約占其燃料消耗總量的30%-60%，可回收利用的余熱資源約為余熱總資源的40%左右。這部分熱量目前除摻入部分冷風降溫到125℃左右用來烘干磚坯外，基本上未得到有效利用。這些熱風在其高溫段煙氣溫度達400℃，平均溫度可達200℃左右，是很好的穩(wěn)定低溫熱源，具有利用余熱發(fā)電的潛力，若在全國推廣，將具有廣闊的市場前景。

從本文開始，將重點分析中國余熱發(fā)電技術(shù)的現(xiàn)狀，未來的發(fā)展?jié)摿Γ约八媾R的問題與障礙。為項目后續(xù)的余熱發(fā)電可行性分析奠定基礎(chǔ)。

第一部分 中國余熱發(fā)電產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀

1、基本概念

1.1余熱發(fā)電

余熱是在一定經(jīng)濟技術(shù)條件下，在能源利用設(shè)備中沒有被利用的能源，也就是多余、廢棄的能源。它包括高溫廢氣余熱、冷卻介質(zhì)余熱、廢汽廢水余熱、高溫產(chǎn)品和爐渣余熱、化學反應(yīng)余熱、可燃廢氣廢液和廢料余熱以及高壓流體余壓等七種。根據(jù)調(diào)查，各行業(yè)的余熱總資源約占其燃料消耗總量的17%~67%，可回收利用的余熱資源約為余熱總資源的60%。

余熱的回收利用途徑很多。一般說來，綜合利用余熱最好;其次是直接利用;第三是間接利用(產(chǎn)生蒸汽用來發(fā)電)。依據(jù)余熱介質(zhì)的不同，其合理利用順序如下：

(1)余熱蒸汽的合理利用順序是：①動力供熱聯(lián)合使用;②發(fā)電供熱聯(lián)合使用;③生產(chǎn)工藝使用;④生活使用;⑤冷凝發(fā)電用。

(2)余熱熱水的合理利用順序是：①供生產(chǎn)工藝常年使用;②返回鍋爐及發(fā)電使用;③生活用。

(3)余熱空氣的合理利用順序是：①生產(chǎn)用;②暖通空調(diào)用;③動力用;④發(fā)電用。

鑒于此，在工業(yè)上，余熱一般優(yōu)先供生產(chǎn)自用，當有剩余時，雖然直接利用(如暖通空調(diào)用或動力用)對能源的利用率要更高一些，但限于暖通空調(diào)用量較小且季節(jié)變化較大的特點，以及作為動力用要求負荷相對穩(wěn)定的特點，該種利用方式具有一定的局限性。更多地，則是選擇采用余熱發(fā)電的技術(shù)對能源進行回收利用。

所謂余熱發(fā)電技術(shù)，就是利用生產(chǎn)過程中多余的熱能轉(zhuǎn)換為電能的技術(shù)。余熱發(fā)電不僅節(jié)能，還有利于環(huán)境保護。余熱發(fā)電的重要設(shè)備是余熱鍋爐。它利用廢氣、 廢液等工質(zhì)中的熱或可燃質(zhì)作熱源，生產(chǎn)蒸汽用于發(fā)電。由于工質(zhì)溫度不高，故鍋爐體積大，耗用金屬多。用于發(fā)電的余熱主要有：高溫煙氣余熱，化學反應(yīng)余熱，廢氣、廢液余熱，低溫余熱(低于200℃)等。

1.2 余熱發(fā)電應(yīng)用的行業(yè)

在鋼鐵、石油化工、建材、水泥、制糖等行業(yè)中，生產(chǎn)廠家具有大量低品位余熱，包括低品位煙氣、蒸汽和熱水等，這些熱量品位低、數(shù)量大、分布較散，基本不能為生產(chǎn)再利用。各行業(yè)專家及有關(guān)科研機構(gòu)為了有效回收可資利用的余熱資源，進一步就余熱回收發(fā)電領(lǐng)域進行積極的探索、研究，相繼開發(fā)出了純低溫余熱發(fā)電技術(shù)及相配套的汽輪機研發(fā)、設(shè)計、應(yīng)用技術(shù)，可使發(fā)電機增加25%的發(fā)電量。該技術(shù)能夠?qū)⑵髽I(yè)中大量的低品位廢熱集中發(fā)電，進一步提高企業(yè)能源的利用率，為各種類型企業(yè)節(jié)能環(huán)保開辟了一條新路。目前，已經(jīng)投入運營或立項研究的余熱發(fā)電技術(shù)主要包括(但不限于)如下行業(yè)：

(1)水泥行業(yè)余熱發(fā)電技術(shù)

(2)焦化行業(yè)焦爐尾氣余熱回收發(fā)電技術(shù)

(3)鋼鐵行業(yè)轉(zhuǎn)爐余熱發(fā)電技術(shù)

(4)鋼鐵行業(yè)燒結(jié)余熱發(fā)電技術(shù)

(5)建材行業(yè)浮法玻璃線余熱發(fā)電技術(shù)

(6)石化行業(yè)余熱發(fā)電技術(shù)

2.水泥行業(yè)余熱利用現(xiàn)狀

2.1 水泥行業(yè)余熱發(fā)展歷程

我國水泥窯余熱發(fā)電大致經(jīng)歷了中空窯高溫余熱發(fā)電、預(yù)熱器及預(yù)分解窯帶補燃爐中低溫余熱發(fā)電、預(yù)熱器及預(yù)分解窯低溫余熱發(fā)電三個發(fā)展階段。

在20世紀50～70年代由于我國國民經(jīng)濟對水泥需求量的增加和電力供應(yīng)緊張，為我國水泥窯余熱發(fā)電的發(fā)展創(chuàng)造了條件，使水泥窯余熱發(fā)電技術(shù)經(jīng)歷了第一個發(fā)展時期，70年代末80年代初完成了對日偽時期建設(shè)的余熱發(fā)電窯的技術(shù)改造，并新建了若干條余熱發(fā)電窯。80年代末至90年代初，在解決了余熱鍋爐所存在的許多重大技術(shù)問題和難題后，噸熟料余熱發(fā)電量大于170kWh，運行成本0.08～0.12元/kWh，標志著我國中空窯余熱發(fā)電技術(shù)達到了一個新的水平，為原有中空余熱發(fā)電窯進行技術(shù)改造和新建一批類似生產(chǎn)線打下了良好的基礎(chǔ)。

到90年代初，我國水泥工業(yè)以發(fā)展新型干法工藝為主。但由于國家對水泥的需求增加而電力供應(yīng)緊張局面一時難于緩解，余熱發(fā)電窯仍然有生存及發(fā)展的條件，主要以節(jié)能降耗、提高余熱發(fā)電量、緩解供電不足的矛盾為目標，經(jīng)歷了第二個發(fā)展階段。“八五”國家重大科技攻關(guān)課題“帶補燃爐低溫余熱發(fā)電技術(shù)及裝備的研究開發(fā)”的完成，以及在工程上的成功應(yīng)用，形成了完整的綜合利用電站的系統(tǒng)技術(shù)和裝備，在充分回收利用水泥生產(chǎn)線低溫余熱的同時，配設(shè)環(huán)保型的循環(huán)流化床鍋爐，燃用發(fā)熱量小于3000kcal/kg以下的劣質(zhì)煤(煤矸石)進行發(fā)電或熱電聯(lián)供，循環(huán)流化床鍋爐所產(chǎn)生灰渣全部回用于水泥生產(chǎn)。既為企業(yè)帶來顯著的經(jīng)濟效益，同時還具有顯著的社會和環(huán)境效益，使我國水泥窯余熱利用上了一個新水平。上述技術(shù)的發(fā)展均以提高發(fā)電量，緩解電力供應(yīng)不足為主要目的，為我國水泥工業(yè)的發(fā)展作出了重要貢獻。

隨著人們節(jié)能和環(huán)保意識的提高，世界上單純以余熱利用為目的的預(yù)熱器及預(yù)分解窯低溫余熱發(fā)電在80年代初有了較大發(fā)展，其水泥窯廢氣溫度為350℃左右、熟料熱耗為2900～3300kJ/kg，所配套的純低溫余熱發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電能力為每噸熟料30～40kW，這對水泥企業(yè)資源綜合利用，提高經(jīng)濟效益具有重大意義。該項技術(shù)的應(yīng)用，既可降低水泥的生產(chǎn)成本，提高企業(yè)的經(jīng)濟效益，又可以為國家節(jié)約大量的電能，減少環(huán)境污染，具有廣闊的推廣應(yīng)用前景。

2.2 純低溫水泥余熱發(fā)電行業(yè)現(xiàn)狀

純低溫余熱發(fā)電是完全利用余熱，無外加熱源的發(fā)電系統(tǒng)，即利用出預(yù)熱器350℃的煙氣余熱產(chǎn)生低壓過熱蒸汽，并將出篦冷機的煙氣出口前移，以獲得350℃左右的煙氣，可產(chǎn)生飽和熱水和低壓過熱蒸汽。該系統(tǒng)的特點是系統(tǒng)簡單，便于管理。

在國內(nèi)，經(jīng)過十幾年的開發(fā)、研究和若干實際工程投產(chǎn)運行，對于水泥窯余熱發(fā)電來講，純低溫余熱發(fā)電技術(shù)無論是熱力循環(huán)系統(tǒng)還是設(shè)備(國產(chǎn)化)都已成熟可靠，尤其是補汽式汽輪機的研制成功，使我國余熱發(fā)電技術(shù)及裝備除了汽輪機本體效率比日本略低外，總體上的技術(shù)水平已經(jīng)趕上國際先進工業(yè)國家，為我國眾多的不同窯型水泥生產(chǎn)廠提供了可供選擇的余熱發(fā)電技術(shù)及裝備。

水泥行業(yè)純低溫余熱發(fā)電屬于中國最為先進、推廣最為成功的余熱發(fā)電技術(shù)。其利用AQC窯頭余熱鍋爐和SP窯尾余熱鍋爐分別對水泥窯的窯頭和窯尾的廢氣余熱進行回收，加熱給水產(chǎn)生低溫蒸汽沖動汽輪發(fā)電機組作功發(fā)電。目前對應(yīng)于水泥生產(chǎn)線的生產(chǎn)能力，通常配置容量如下：

(1) 1300t/d級水泥生產(chǎn)線純低溫余熱電站(余熱發(fā)電容量1.5MW——低壓不補汽)

(2) 2500t/d級水泥生產(chǎn)線純低溫余熱電站(余熱發(fā)電容量3.0MW——低壓不補汽)

(3) 5000 t/d級水泥生產(chǎn)線純低溫余熱電站(余熱發(fā)電容量6.0MW——低壓不補汽)此外，杭州易達公司專利設(shè)計方案，采用次中壓參數(shù)設(shè)計，發(fā)電容量將在現(xiàn)有基礎(chǔ)上提高20%～30%。水泥窯余熱發(fā)電裝置利用水泥窯排煙余熱，發(fā)電時不影響水泥熟料的生產(chǎn)，也不需要額外的補燃燃料，是安全可靠的余熱發(fā)電技術(shù)。水泥余熱發(fā)電工程造價約為7000～8000元/kWh，投資回收期通常為3～4年。

3.焦炭行業(yè)余熱利用現(xiàn)狀

焦化工藝在生產(chǎn)過程中將產(chǎn)生大量溫度約達到1000℃的煙氣，在未被利用之前，直接通過煙囪排放，一方面造成了熱污染，另一方面也浪費了大量能源。鑒于此，2005年，聯(lián)合國工業(yè)發(fā)展組織(UNIDO)為促進中國的環(huán)保和節(jié)能降耗工作，以山西省焦化企業(yè)為試點推廣焦爐尾氣發(fā)電項目，選定高平興高焦化有限公司和太原港源焦化有限公司2家為試點焦化企業(yè)，并取得成功。

總體而言，焦炭行業(yè)余熱利用較水泥行業(yè)余熱利用發(fā)展要較為緩慢，也未象水泥行業(yè)余熱利用形成規(guī)?；彤a(chǎn)業(yè)化，只是進入到21世紀后逐步發(fā)展，但限于認識和投資等因素，項目建設(shè)速度較為緩慢。在全國范圍內(nèi)，山西省內(nèi)焦化企業(yè)相對較多，對應(yīng)在該領(lǐng)域內(nèi)也較全國其他地域發(fā)展較快，已經(jīng)有一部分企業(yè)余熱利用項目建成投產(chǎn)，經(jīng)濟效益和社會效益良好。以年產(chǎn)60萬噸的焦化企業(yè)為例，其可配套建設(shè)2×12MW余熱電站項目，工程投資約為1.2~1.3億元人民幣，投資回收期約為3年。

對于已經(jīng)建成投產(chǎn)的裝機容量占可供利用資源裝機容量的比例現(xiàn)在還無從得知，但山西省政府于2008年6月就關(guān)于對山西省焦化企業(yè)煙氣(余熱)利用情況進行摸底調(diào)查，預(yù)計近期會有調(diào)查結(jié)果。

焦炭行業(yè)煙氣余熱利用其技術(shù)方案基本同水泥行業(yè)，配置余熱鍋爐(熱交換器)+汽輪發(fā)電機組。

4.鋼鐵行業(yè)余熱利用現(xiàn)狀

燒結(jié)礦余熱回收技術(shù)，用空氣冷卻熱燒結(jié)礦(燒結(jié)設(shè)計規(guī)范中要求生產(chǎn)冷燒結(jié)礦)，高溫空氣使鍋爐產(chǎn)生高壓和中壓蒸汽，再進行發(fā)電，低溫空氣可以用于熱風燒結(jié)。而煉鋼轉(zhuǎn)爐中通過安裝汽化冷卻煙道，構(gòu)成蒸汽發(fā)生系統(tǒng)，可產(chǎn)生飽和蒸汽用于發(fā)電。

目前，該兩類余熱利用方式包括濟南鋼鐵、昆明鋼鐵、馬鞍山鋼鐵等在內(nèi)的多個鋼鐵企業(yè)都已經(jīng)付諸實施，并取得了良好的收益。經(jīng)測算，該類余熱發(fā)電項目單位造價在6500元人民幣/kWh，項目投資回收期為2.5~4年。鋼鐵工業(yè)領(lǐng)域低溫余熱發(fā)電的市場約合150億元，而該行業(yè)的余熱發(fā)電真正實施則是從2005年以后陸續(xù)有企業(yè)建設(shè)并投產(chǎn)，因此，于鋼鐵行業(yè)而言，其余熱發(fā)電尚處于起步和推廣階段，其技術(shù)也在逐步完善和提高的階段。相信在不久的將來，隨著技術(shù)的成熟和市場的完善鋼鐵行業(yè)余熱發(fā)電也將迎來一個發(fā)展的高峰。

5.浮法玻璃生產(chǎn)余熱利用技術(shù)現(xiàn)狀

目前，國內(nèi)的平板玻璃行業(yè)大多采用浮法玻璃生產(chǎn)技術(shù)，一條500t/d的浮法玻璃生產(chǎn)線的煙氣余熱一般可生產(chǎn)飽和蒸汽7~8t/h，目前這些余熱蒸汽主要用于冬季采暖，其他時間除極少量蒸汽用來加熱重油外，大量蒸汽白白浪費掉，為此，廣州市瑞溥能源環(huán)保科技有限公司在多年研發(fā)飽和蒸汽發(fā)電技術(shù)的基礎(chǔ)上，開發(fā)出適合浮法玻璃生產(chǎn)線用的余熱發(fā)電技術(shù)，每千瓦的投資僅需人民幣4000元，投資回收期約1年，其經(jīng)濟效益和社會效益十分顯著。