六級預(yù)熱器系統(tǒng)開發(fā)的探討
2011-05-16 00:00
預(yù)熱器系統(tǒng)采用多少級最為合適是隨著人們的認(rèn)識角度和技術(shù)發(fā)展而不斷變化的。預(yù)分解系統(tǒng)從問世到上世紀(jì)八十年代前多數(shù)采用四級預(yù)熱器系統(tǒng)，由于廢氣溫度往往達到 3 8 0 ℃以上，能量的浪費和對高溫設(shè)備的要求，使得在隨后9 0年代開始大量采用五級預(yù)熱器系統(tǒng)，同時六級預(yù)熱器也在國際上主要幾家 大的水泥公司如德國伯利休斯( 德國蒂森克虜伯 ThyseenKrupp )公司， 丹麥?zhǔn)访芩构?，德國洪堡公司等研發(fā)，主要在印度等一些能源較短缺的國家采用。從上世紀(jì)9 0年代至今，印度已經(jīng)投產(chǎn)的水泥廠中有數(shù)十條生產(chǎn)線采用六級預(yù)熱器。中國只有山東的大宇泗水8 0 0 0 t／ d水泥熟料生產(chǎn)線采用伯利休斯公司的六級預(yù)熱器系統(tǒng) 。
國內(nèi)也曾一度出現(xiàn)到底采用多少級預(yù)熱器為最佳的爭論，前些年由于水泥工業(yè)規(guī)模的迅速發(fā)展 ，使得人們沒有過多地考慮這個問題 ，最近對五級預(yù)熱器出口溫度偏高，能耗仍然較高的議題又再度引起人們關(guān)注。但此次關(guān)注的重點是較為經(jīng)濟的辦法， 即用出五級預(yù)熱器的廢氣去發(fā)電。目前已經(jīng)有很多帶余熱發(fā)電的水泥廠投產(chǎn)運行，而且發(fā)電后的經(jīng)濟效益和能源再利用率都很好，越來越多的水泥工廠正在考慮上余熱發(fā)電項目。
但是是否余熱發(fā)電就是解決現(xiàn)代水泥工業(yè)廢氣余熱的最佳途徑？每個水泥廠都適合帶一個小發(fā)電廠嗎? 水泥工業(yè)自身降低能耗的潛力在哪里？帶著這些疑問，我們可以計算分 析一下，來重新反思一下我們的選擇。
六級預(yù)熱器系統(tǒng)與余熱發(fā)電的節(jié)能比較：以5000t/d規(guī)模為例，按照一般設(shè)計參數(shù)， 設(shè)5級預(yù)熱器出口 3 2 0 ℃六級預(yù)熱器出口2 8 0 ℃，氣體量均按1.5 3 m3／k g熟料，則每公斤熟料降低能耗約112kJ/kg熟料 ，增加窯尾和窯頭二套余熱鍋爐后 ，國內(nèi)目前發(fā)電量一般在32 -35 kWh/t 熟料 ， 換算后為115 -126 kJ/kg熟料 ?？鄢酂岚l(fā)電本身需要的能量，從節(jié)約能量的角度看，窯頭窯尾加余熱鍋爐發(fā)電相當(dāng)于窯尾廢氣溫度降低 5 0 -6 0 ℃所節(jié)約的能量，接近于六級預(yù)熱器節(jié)約的能量。但是由于熱力發(fā)電都是有能量損失的，最高效率也只有50％多，所以也可以說余熱發(fā)電所節(jié)約的能量相當(dāng)于窯尾廢氣溫度降100 -120 o C 所節(jié)約的能量。發(fā)電量與實際運行的廢氣溫度關(guān)系較大，廢氣溫度越高發(fā)電量越大，導(dǎo)致余熱發(fā)電的工廠并不希望廢氣溫度降低，與水泥工業(yè)的追求目標(biāo)相反 ，甚至于個別工廠有認(rèn)為抽三次風(fēng)去發(fā)電也是節(jié)能的錯誤想法 。余熱發(fā)電可以能，同時也帶來一定的利潤。當(dāng)只追求利潤的前提下，可以與火力發(fā)電廠那樣用燒煤產(chǎn)生的高溫去發(fā) 電，按照現(xiàn)在的電價，利潤毫無疑問是最大的，但這與最初的余熱發(fā)電初衷是背道而馳的，不符合國家產(chǎn)業(yè)政策， 當(dāng)然也難以獲得節(jié)能環(huán)保的最佳效果。
采用六級預(yù)熱器或余熱發(fā)電對工藝線的影響：由于窯尾出余熱鍋爐的廢氣溫度230 ℃或以下 ，廢氣在增濕塔內(nèi)的噴水量大大下降，假如采用電收塵器，廢氣的比電阻很難滿足電收塵的要求，收塵效果將達不到預(yù)期目標(biāo)，即使廢氣通過生料磨烘干生料同時增濕后入電收塵器也達不到很好的效果，因為廢氣溫度低只能噴少量水降溫后入磨烘干原料，并增濕廢氣后入電收塵器，廢氣含水量比3 0 0多度高溫氣體入增濕塔增濕降至2 0 0 ℃左右溫度再入磨后的水分小 。再者，磨機不開的時候也是必須達到環(huán)保要求的，此時采用余熱發(fā)電統(tǒng)的廢氣入電收塵器是很難達到環(huán)保要求的，因此當(dāng)采用余熱發(fā)電時，窯尾廢氣必須采用袋收塵器，出余熱發(fā)電的廢氣在增濕塔內(nèi)再適當(dāng)噴水降溫入袋收塵器，可確保達到環(huán)保要求。
目前窯尾采用袋收塵器的工廠越來越多，這個問題較容易解決。同樣的問題，當(dāng)采用六級預(yù)熱器后，出窯尾系統(tǒng)的廢氣問題為280℃或更低 ，噴水量也比出五級預(yù)熱器系統(tǒng)的廢氣少較多，對采用電收塵器的情況也是不利的，但比余熱發(fā)電時的情況好得多。
對選擇磨機的影響：在原料水分較小的時候，生料磨機的選擇基本不受余熱發(fā)電的影響。但當(dāng)原料水分較大時，采用球磨機就會受到入磨廢氣溫度不夠而烘干能力不足的影響 。此時就需要采用立磨，由于通過立磨的風(fēng)量大 ，一般情況可以所有的廢氣均通過立磨，烘干能力在原料水分較高時仍能滿足要求，但是當(dāng)原料水分很高，比如綜合水分在7％左右以上，那么采用余熱發(fā)電就有可能不能滿足烘干原料的要求，或者為了確保烘干物料，人為提高出余熱鍋爐的廢氣溫度，影響余熱發(fā)電的發(fā)電量。如果采用六級預(yù)熱器， 廢氣溫度相對高些，還可以滿足原料烘干，但原來水分更高時，六級預(yù)熱器出口的廢氣溫度也有可能滿
足不了烘干要求，但還可 以引窯頭廢氣余熱來烘干原料或者采用向一、二級預(yù)熱器分料來調(diào)節(jié)出口溫度 。也就是說采用六級預(yù)熱 器對選擇磨機的影響相對少些。由于我國的水泥原料大部分較干燥 ，采用立磨的情況下大多數(shù)情況下二者基本都能滿足烘干物料的要求 。
對窯尾采用管道噴水新技術(shù)的影響：采用六級預(yù)熱器系統(tǒng)后，由于廢氣溫度下降到2 8 0 ℃左右 ，生料磨不開時，采用管道噴水降溫至2 0 0 ℃以下入袋收塵器是完全有可能的 ； 當(dāng)生料磨開時， 管道噴水降至所需溫度入磨 。這樣系統(tǒng)可以省去增濕塔以及輔助設(shè)備， 廢氣處理系統(tǒng)變得相對簡單和經(jīng)濟，顯然是既節(jié)能又省錢的方案。采用余熱發(fā)電后，雖然出余熱鍋爐的廢氣溫度更低，但由于需要考慮余熱鍋爐與窯系統(tǒng)不同步運行時的情況，此時需要考慮出五級預(yù)熱器3 2 0 ℃的溫度增濕降溫到 2 0 0 ℃以下的增濕塔， 或者需要效率更高的管道噴水系統(tǒng)。另外由于一般來說原來的管道位置被余熱發(fā)電占據(jù)，管道形狀彎曲和容積受到影響，在余熱鍋爐旁路管道上加噴水系統(tǒng)難度比較大些。所以采用六級預(yù)熱器對管道噴水更能適應(yīng)。
窯頭余熱的利用問題：假如采用六級預(yù)熱器系統(tǒng)，窯尾再進行余熱發(fā)電的意義變得不大， 在沒有余熱發(fā)電的情況下，窯頭的廢氣余熱利用需要進一步考慮，一是進一步提高冷卻機的熱效率 ，提高二、 三次風(fēng)溫和降低熟料溫度，正常情況下出冷卻機的廢氣溫度應(yīng)該在2 5 0 ℃左右；二是當(dāng)原料水分較高時，將窯頭廢氣引到窯尾去烘干原料，但這種情況往往需要加大設(shè)備規(guī)格，否則廢氣量太大不能充分進入設(shè)備；三是考慮其它用途，如已經(jīng)有一些工廠利用窯頭廢氣余熱來烘干礦渣等混合材，并取得了成功，采用的工藝主要是相對低溫的廢氣( 250 ℃左右) 與混合材的懸浮態(tài)傳熱 ，這種思 路可能是正確的，值得嘗試 ，但這種高效率的烘干設(shè)備有待于進一步開發(fā)研究。另外還可以考慮用窯頭熱風(fēng)作為窯燃燒的一次風(fēng)及冷卻用風(fēng)等來進一步利用廢熱。
當(dāng)然在采用六級 預(yù)熱 器系統(tǒng)的前 提下再采用余熱發(fā)電的技術(shù)繼續(xù)回收熱量仍然存 在一定空間，只是窯尾的發(fā)電量肯定要受到一定影響，但隨著余熱發(fā)電技術(shù)的不斷提高，也存在這種可能性。
開發(fā)六級預(yù) 熱器 的必要性和可行性：不管余熱發(fā)電技術(shù)發(fā)展如何，應(yīng)用如何，畢竟水泥工業(yè)自身節(jié)能環(huán)保是第一位的，很明顯用旋風(fēng)預(yù)熱器對流換熱直接降低廢氣溫度來節(jié)能 的效率是大大高于通過一個復(fù)雜的發(fā)電系統(tǒng)來節(jié)能的效率的，由于節(jié)能和經(jīng)濟等原因，國際上采用六級預(yù)熱器技術(shù)的工廠也越來越多，尤其是能源較短缺的一些國家和缺水的國家國外幾大水泥公司都有六級預(yù)熱器的技術(shù)并都有較多工程的業(yè)績，可以認(rèn)為這項技術(shù)是先進 的和有發(fā)展前景的，而且目前窯尾普遍采用袋收塵器，噴水增濕降溫的目的變成只是為了降溫，不存在噴水增濕不夠入電收塵器比電阻不合適的問題。這也為采用六級預(yù)熱器鋪平了一個道路，雖然六級預(yù)熱器比五級預(yù)熱器的塔架要高，但通過對每級預(yù)熱器的局部優(yōu)化，使六級預(yù)熱器的實際高度比我們預(yù)想的降低10-15m還是有可能的，國外文獻也有能降低六級預(yù)熱器高度的報道，因此總高度也不比現(xiàn)有的五級預(yù)熱器高很多。另外在采用六級預(yù)熱器后，由于出口溫度降到280 ℃左右，對管道噴水無增濕塔系統(tǒng)非常有利，只需降低80 ℃以上的溫度 即可達到入袋收塵器的要求，當(dāng)生料磨開時噴水量可以很少或不需要噴水。按生料磨不開時計算噴水量可以節(jié)省三分之一左右， 每噸水泥熟料用水量大約從120 kg降到 80 kg 。目前國外采用六級 預(yù)熱器很多 ，技術(shù)上很成熟國內(nèi)也有一個國外進口六級預(yù)熱器水泥廠的先例，大量推廣六級預(yù)熱器的時間已經(jīng)成熟，天津水泥工業(yè)設(shè)計研究院正在加緊六級 預(yù)熱器研發(fā)工作，在六級預(yù)熱器配置新一代預(yù)分解系統(tǒng)和第四代冷卻機及短窯的情況下，系統(tǒng)設(shè)計 優(yōu)化后，窯系統(tǒng)熱耗小于2926 k J／k g熟 料甚至更小是沒有問題 的，完全可以達到國際先進水平。
結(jié)論：六級預(yù)熱器能夠進一步降低水泥燒成熱耗 ，節(jié)約104.5 -125.4 kJ/kg熟料熱耗 ， 同時可以降低窯尾管道噴水難度并節(jié)約噴水量三分之一左右 ，對節(jié)能節(jié)水是很有利的。六級預(yù)熱器作為一種選擇，適合于原料水分不是很高的工廠，尤其對能源和水資源較短缺的國家是一種較好的選擇，開發(fā)應(yīng)用前景良好。
—— 來源：水泥技術(shù) 2007年 第四期
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