水泥厂协同燃煤电厂的余热回收新设计
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在工业过程中，大部分输入能量作为废热损失，进行废热回收具有重要意义。水泥生产是能源密集型工业过程之一，回转水泥窑产生的废气整体热损失占总能量输入的30%以上。近年来，针对水泥厂的余热回收开发、评估和优化已经提出了几种解决方案。然而，很少有研究提出将水泥厂的余热回收系统（WHRS）与其他高效热力系统（尤其是燃煤电厂）相结合探究其益处。
华北电力大学Gang Xu教授团队将干法水泥厂的WHRS与超临界燃煤电厂相结合，开发出一种与燃煤电厂高度集成的新型WHRS，将水泥厂的废热用于燃煤电厂蒸汽循环，显著提高了发电效率和净热效率。
该设计回收水泥厂旋风预热器废气和熟料冷却器排放空气中的热能，用于部分加热燃煤电厂的给水，可以节省一些用于给水加热的抽汽，该部分抽汽可以继续驱动汽轮机发电（被视为WHRS的功率输出）。因此，从水泥窑尾气中捕获的热能被送入燃煤电厂的蒸汽循环，获得了更多的净功率，具有更高的余热利用效率。此外，集成后不需要传统水泥厂的WHRS组件，从而降低了WHRS的资本和运营成本。另外，一旦水泥窑的负荷变低，WHRS产生的净功率减少，而燃煤电厂效率可以继续保持相对较高。即使在水泥厂停产的情况下，燃煤电厂也可以无需WHRS继续工作。研究人员基于5000吨/天的水泥厂和350 MW燃煤电厂进行了能源分析、㶲分析和经济分析，比较了新型WHRS与传统WHRS的性能。结果表明，新型WHRS的发电效率和净热效率分别提高了18.11%和8.11%，燃煤电厂汽轮机的功输出增加了16.31 MW，总发电量增加了7.15 MW。当假设燃煤电厂的总㶲损失为常数时，新型WHRS的总㶲损失减少了6.75 MW。因此，净总㶲输出（电）增加了6.75 MW，新型WHRS的发电㶲效率和系统㶲效率分别显著提高了38.91%和28.90%。当采用一体化设计时，新型WHRS的总资金成本减少813.1万美元，年收入增加411.8万美元。新型WHRS的动态投资回收期减少了2.03年，净现值增加了 4171.5万美元。结果表明，从热力学和经济学的角度来看，这种新颖的设计都是有利的。
该项研究创新地将水泥厂的WHRS与燃煤电厂高度集成，探讨了性能提升的根本原因，并评估了技术经济效益，为增强燃煤发电和水泥厂的能量协同利用提供了新的解决方案和理论及技术指导。相关研究成果发表在《Energy》。
文献来源：Heng Chen, Yihan Wang, Liuming An, et al. Performance evaluation ofa novel design for the waste heat recovery of a cement plant incorporating acoal-fired power plant. Energy, 2022,DOI: 10.1016/j.energy.2022.123420.
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