新型干法水泥熟料生產(chǎn)線四級和五級預(yù)熱器純低溫余熱發(fā)電分析

中信重型機械公司 彭 巖 王新建 · 2006-05-19 00:00 留言

摘要   通過對帶四級和五級預(yù)熱器的新型干法水泥窯排放的煙氣量、煙氣溫度、純低溫余熱發(fā)電量以及噸熟料煤耗的定性分析和定量計算,對比國家公布的火電標準煤耗,從理論上闡明了帶五級預(yù)熱器的干法水泥生產(chǎn)線純低溫余熱發(fā)電能源利用率高于帶四級預(yù)熱器的水泥生產(chǎn)線,解答了帶四級與五級預(yù)熱器的新型干法水泥純低溫余熱發(fā)電的優(yōu)劣困惑。
主題詞: 干法水泥   余熱發(fā)電  能源利用率  預(yù)熱器

1 概述
    近年來,國內(nèi)水泥工業(yè)的建設(shè)規(guī)模和技術(shù)水平都有較大的進步,尤其是帶預(yù)分解窯的新型干法窯得到了快速發(fā)展,水泥熟料熱耗從帶四級預(yù)熱器的3768 kJ/kg.cl[1]降低到帶有五級預(yù)熱器的3011kJ/kg.cl。在熱耗下降的同時,仍然有大量的中低溫余熱沒有被充分利用,純低溫余熱發(fā)電技術(shù)可以合理利用水泥生產(chǎn)過程中排放的大量中、低溫余熱資源。目前在新型干法線純低溫余熱發(fā)電項目中,有的在帶四級預(yù)熱器的干法窯上建設(shè),噸熟料發(fā)電量達到33.07 kW.h/t.cl [2];有的在帶五級預(yù)熱器的干法窯建設(shè),噸熟料發(fā)電量28 kW.h/t.cl。帶四級預(yù)熱器的比帶五級預(yù)熱器的干法窯噸熟料純低溫余熱發(fā)電量多,因此,有人認為應(yīng)建設(shè)帶四級預(yù)熱器的干法窯并配套純低溫余熱發(fā)電系統(tǒng),甚至提出把五級預(yù)熱器改為四級預(yù)熱器以提高噸熟料發(fā)電量。水泥廠純低溫余熱發(fā)電是為了單純增加發(fā)電量還是為了充分利用廢氣余熱?如何評價不同水泥廠純低溫余熱發(fā)電系統(tǒng)?又如何結(jié)合水泥煅燒技術(shù)和發(fā)電技術(shù)以提高能源利用率?……本文通過對帶四級預(yù)熱器和帶五級預(yù)熱器干法窯的純低溫余熱發(fā)電分析,提出了作者自己的觀點,供水泥廠純低溫余熱發(fā)電關(guān)注者參考。

2 帶四級預(yù)熱器和五級預(yù)熱器的新型干法水泥窯廢氣情況
    對于純低溫余熱發(fā)電來說,相同產(chǎn)量的新型干法水泥生產(chǎn)線,不論是帶有四級預(yù)熱器還是帶有五級預(yù)熱器的水泥生產(chǎn)線,其窯頭篦冷機的廢氣量與廢氣溫度并無多大差別,其主要區(qū)別在于第一級預(yù)熱器出口廢氣溫度、廢氣量以及整個水泥生產(chǎn)線的耗煤量。根據(jù)國內(nèi)新型干法水泥生產(chǎn)的情況,窯尾煙氣量可達1.5-1.9 Nm3/kg.cl(煤粉燃燒后產(chǎn)生的理論煙氣量為0.8-1.2 Nm3/kg.cl、0.2-0.4 Nm3/kg.cl的漏風、過剩空氣、鹽類分解、自由水蒸發(fā)、高嶺土脫水、空氣帶入含濕量等)[3]。四級預(yù)熱器窯由于少了一級預(yù)熱器,其漏風量比五級預(yù)熱器窯有所減少,窯尾預(yù)熱器煙氣量也對應(yīng)減少。
    在符合新型干法水泥生產(chǎn)工藝要求的條件下,綜合國內(nèi)不同水泥生產(chǎn)廠的情況,不失一般性,假定下列具體數(shù)據(jù)進行分析:
    四級預(yù)熱器相關(guān)參數(shù):按照5000t/d 水泥熟料生產(chǎn)線常規(guī)配置的設(shè)備,窯尾煙氣量為1.72 Nm3/kg.cl,則四級預(yù)熱器出口煙氣的流量為:Q4=358,300Nm3/h,溫度:T4=375℃,平均熱耗:3768 kJ/kg.cl,熟料燒成煤耗:129 kg/t.cl[1]
    五級預(yù)熱器相關(guān)參數(shù):同樣按照5000t/d 水泥熟料生產(chǎn)線常規(guī)配置的設(shè)備,窯尾煙氣量為1.75 Nm3/kg.cl,則五級預(yù)熱器出口煙氣的流量為:Q5=364,600Nm3/h,溫度:T5=350℃[4],平均熱耗:3011 kJ/kg.cl,熟料燒成煤耗:103 kg/t.cl, 窯尾煙氣成分如表1:
                             表1   窯尾煙氣成分

煙氣成分

CO2

O2

N2

H2O

%

30.4

4.3

58.3

7.0

3 余熱發(fā)電量分析
3.1余熱發(fā)電量計算
    由于烘干原料的需要,余熱發(fā)電利用后的窯尾預(yù)熱器煙氣的排放溫度假定為230℃。四級預(yù)熱器與五級預(yù)熱器干法水泥窯窯頭廢氣發(fā)電量基本相同,在此只比較窯尾預(yù)熱器余熱發(fā)電量。
四級預(yù)熱器   根據(jù)煙氣溫度、煙氣成分以及擬排放的煙氣溫度計算出煙氣焓:375℃煙氣焓為H375、230℃煙氣焓為H230 。
    則375℃的廢煙氣通過SP余熱鍋爐排放出230℃煙氣,可以利用的煙氣熱量為:ΔH4= Q4 (H375-H230)=8205×104 kJ/h
    由于四級預(yù)熱器排煙溫度高于五級預(yù)熱器,根據(jù)純低溫余熱發(fā)電熱量利用效率的計算,不難計算出SP余熱鍋爐吸收的熱量轉(zhuǎn)換為電能的效率約為η4=23%[5],則窯尾廢氣可利用余熱純低溫發(fā)電量為:P4=ΔH4η4/3600=5242 kw
    五級預(yù)熱器  根據(jù)煙氣溫度與煙氣成分以及擬排放的煙氣溫度計算出煙氣焓:350℃煙氣焓H350和230℃煙氣焓H230 。則可以利用的煙氣熱量為:
ΔH5= Q5 (H350-H230) =6880×104 kJ/h
    根據(jù)純低溫余熱發(fā)電熱量利用效率的計算,不難計算出SP余熱鍋爐吸收的熱量轉(zhuǎn)換為電能的效率約為η5=21%[5],則窯尾廢氣可利用余熱純低溫發(fā)電量為: P5=ΔH5η5/3600=4013 kw
3.2 四級預(yù)熱器和五級預(yù)熱器的煤耗
    根據(jù)四級預(yù)熱器熱耗3768 kJ/kg.cl 折算成煤耗 b4=129 kg標煤/t.cl。
    即:b4×5000/24=26875kg標準煤/h
    根據(jù)五級預(yù)熱器熱耗為3011 kJ/kg.cl 折算成煤耗 b5=103 kg標煤/t.cl。
    即:b5×5000/24=21458kg標準煤/h
    計算出的具體數(shù)據(jù)見表2。

2 四級預(yù)熱器和五級預(yù)熱器余熱發(fā)電量對比

項目

煙氣量

SP進口溫度

SP出口溫度

可利用熱量

鍋爐吸熱轉(zhuǎn)換為電能的效率

估算發(fā)電量

單位

Nm3

104kJ/h

%

kw

四級預(yù)熱器

35.83

375

230

8205

23

5242

五級預(yù)熱器

36.46

350

230

6880

21

4013

3.3 結(jié)果分析
    從計算結(jié)果及表3中可以看出:
    四級預(yù)熱器比五級預(yù)熱器每小時多耗煤:26875-21458=5416.7kg標準煤/h
   每小時四級預(yù)熱器與五級預(yù)熱器純低溫余熱發(fā)電差值:P4-P5=1229 kwh。
  

3四級預(yù)熱器和五級預(yù)熱器余熱發(fā)電能量利用對比

項目

可利用熱量

熱量利用率

估計發(fā)電量

燒成煤耗

生產(chǎn)線每小時耗標準煤

多耗煤與多耗電之比

國家公布的火電標準煤耗

單位

104kJ/h

%

kw

kg/t.cl

kg

g標準煤/kwh

g標準煤/kw

四級預(yù)熱器

8205

23

5242

129

26875

4407

356

五級預(yù)熱器

6880

21

4013

103

21458

差值

 

 

1229

26

5417

    帶四級預(yù)熱器與帶五級預(yù)熱器的新型干法窯相比,其多耗煤與多發(fā)電之比為:5417/1229=4407g標準煤/kwh ,遠遠大于國家公布的火電標準煤耗:356g標準煤/kwh 。
    由此可以看出,四級預(yù)熱器窯雖然增加了發(fā)電量,但同時也增加了煤耗,增加煤耗量與增加發(fā)電量之比遠遠大于國家公布的火電標準煤耗表明,四級預(yù)熱器窯的能源利用效率比五級預(yù)熱器窯低。五級預(yù)熱器窯投資雖然有所增加,發(fā)電量減少;但煤耗量的減少更為明顯,其運行時的經(jīng)濟效益和環(huán)境效益明顯大于四級預(yù)熱器窯。
    不同的純低溫余熱發(fā)電技術(shù)、熱力參數(shù)的熱力系統(tǒng),SP余熱鍋爐吸收的熱量轉(zhuǎn)換為電能的效率可能多少有些差別,一般來說,排放的廢氣溫度越高,SP鍋爐產(chǎn)生的蒸汽溫度越高,轉(zhuǎn)換為電能的效率也越高,但對應(yīng)水泥窯熱耗也大幅增加,本文所選效率數(shù)值不失一般性,即使某項目效率數(shù)值與此有差異,但只要是和本文同樣的可比條件,所得結(jié)論仍然相同。
4 結(jié)論
    1 水泥窯純低溫余熱發(fā)電應(yīng)重點考查其能量利用效率而不是噸熟料發(fā)電量。
    2五級預(yù)熱器窯在純低溫余熱發(fā)電方面比四級預(yù)熱器窯更能提高能源利用率、降低能耗。
    3 不能為了單純增加發(fā)電量而減少預(yù)熱器級數(shù),把五級預(yù)熱器窯改為四級預(yù)熱器窯更是得不償失,應(yīng)把水泥煅燒技術(shù)與純低溫余熱發(fā)電技術(shù)結(jié)合起來,降低水泥窯能耗,減少排煙損失,提高能源利用率。

參考文獻:
[1]唐金泉.預(yù)分解回轉(zhuǎn)窯的火用分析.當代水泥,1991(1).
[2]肖燕.4000t/d生產(chǎn)線純低溫余熱發(fā)電系統(tǒng)的建設(shè)與應(yīng)用.中國水泥,2004(3)
[3]劉志江,新型干法水泥技術(shù).北京.中國建材工業(yè)出版社,2005.
[4]胡觀利,黃勸根,殷東良.淺談水泥窯中低溫余熱發(fā)電業(yè)主所關(guān)心的問題.水泥工程,2003(4)
[5]彭巖,姚敏娟.現(xiàn)代水泥窯純低溫余熱發(fā)電熱量利用分析.中國水泥,2005(5)

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