水泥廠余熱發(fā)電對(duì)熟料生產(chǎn)線的影響范文
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一、余熱發(fā)電投運(yùn)前后燒成系統(tǒng)運(yùn)行狀況分析
（一）燒成系統(tǒng)熱耗分析1.系統(tǒng)熱耗偏高余熱發(fā)電投運(yùn)前后，熟料燒成熱耗分別為3506.7kJ/kg和3605.8kJ/kg，燒成系統(tǒng)熱效率分別為46.39%和47.36%，均未達(dá)到GB50443-2007《水泥工廠節(jié)能設(shè)計(jì)規(guī)范》中熟料熱耗≤3178kJ/kg和燒成系統(tǒng)熱效率＞50%。系統(tǒng)熱耗偏高的主要原因有：一是當(dāng)?shù)刈匀画h(huán)境條件的影響。該公司地處海拔1300米左右的高原地區(qū)，較平原地區(qū)空氣稀薄，氧含量低，將延長(zhǎng)煤粉的著火時(shí)間、延緩燃燒速度、降低燃燒溫度，這些都將增加燒成用煤耗。同時(shí)，當(dāng)?shù)啬昶骄鶜鉁?.7℃，年平均地溫2.8℃，環(huán)境溫度低、風(fēng)力大，系統(tǒng)表面熱損失相對(duì)較高（約高10%）。物料溫度低，加熱物料需要的熱量多，從而導(dǎo)致燒成熱耗高。二是系統(tǒng)配套的是四級(jí)預(yù)熱器。一般情況下，與五級(jí)預(yù)熱器相比，四級(jí)預(yù)熱器出口廢氣溫度要高30℃～50℃，廢氣帶走熱損失多。通過(guò)系統(tǒng)熱量平衡計(jì)算，廢氣帶走熱占總支出熱的25%以上。三是篦冷機(jī)配風(fēng)和操作不當(dāng)，熱回收效率低。從主要部位氣體量、溫度及壓力可以看出，二、三次風(fēng)溫均偏低，和正常水平有著明顯的差距，冷卻機(jī)熱回收效率低于GB50443—2007《水泥工廠節(jié)能設(shè)計(jì)規(guī)范》要求≥72%的指標(biāo)。四是煤質(zhì)差、煤粉粗、水分大。從入窯煤粉工業(yè)分析可以看出，余熱發(fā)電投運(yùn)前，煅燒所采用的煤粉平均灰分高達(dá)33.03%，熱值僅為19430kJ/kg，煤質(zhì)未達(dá)到GB/T7563-2000《水泥回轉(zhuǎn)窯用煤條件》。由于灰分的存在降低了煤中可燃成分的含量，同時(shí)燃燒過(guò)程中灰分升溫吸熱消耗熱量，降低了煤的發(fā)熱量；同時(shí)灰分還可影響到煤粉的燃燒速度和燃燒溫度，不利于生產(chǎn)。另外，因煤的熱值低，使煅燒熟料的煤耗增加，窯的單位容積產(chǎn)量降低。五是系統(tǒng)漏風(fēng)較多。從預(yù)熱器C1出口氣體量及含塵量測(cè)定結(jié)果可以看出，C1出口平均氧含量在6.0%及6.1%，未達(dá)到GB50443-2007《水泥工廠節(jié)能設(shè)計(jì)規(guī)范》C1出口廢氣O2含量低于4.5%的要求，過(guò)剩空氣系數(shù)為1.519和1.485，說(shuō)明系統(tǒng)漏風(fēng)較多。2.余熱發(fā)電投運(yùn)后熱耗略有增加余熱發(fā)電投入運(yùn)行后，熟料標(biāo)煤耗略有增加（約增加3kg/t），主要原因有：一是預(yù)熱器C1出口氣體溫度從384℃提高到420℃，廢氣帶走熱增加；二是篦冷機(jī)配風(fēng)和操作不當(dāng)，使窯頭二、三次風(fēng)溫有所降低，二次風(fēng)溫從953℃降至881℃，下降了72℃；三次風(fēng)溫從806℃降至746℃，下降了60℃。篦冷機(jī)熱回收效率也從67.37%降為63.4%。三是煅燒用煤的水份高達(dá)3.58%，煤粉因在燃燒過(guò)程中蒸發(fā)水分而耗熱，降低燃燒溫度，同時(shí)延長(zhǎng)燃燒時(shí)間，當(dāng)煤粉較粗時(shí)，燃燼率低，使燒成熱耗增大。在高寒地區(qū)，一般可通過(guò)提高煤粉細(xì)度，降低煤粉水分來(lái)降低煤耗。
（二）系統(tǒng)分步電耗分析1.分步電耗偏高余熱發(fā)電投運(yùn)前后，噸熟料電耗分別為48.2kWh/t和45.0kWh/t，考慮海拔的影響（√（88200/101325）＝0.933）后，分別為45.0kWh/t和42.0kWh/t，仍高于GB50443-2007《水泥工廠節(jié)能設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定新建、擴(kuò)建水泥生產(chǎn)線主要生產(chǎn)工段設(shè)計(jì)指標(biāo)32kWh/t。分析主要原因有：一是高溫風(fēng)機(jī)負(fù)荷大，電耗高。該系統(tǒng)在高溫風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)選型時(shí)已經(jīng)考慮了采用余熱發(fā)電設(shè)備，所選高溫風(fēng)機(jī)銘牌為：額定風(fēng)量680000m3/h；風(fēng)機(jī)全壓9250Pa。電機(jī)額定功率2500kW。實(shí)測(cè)高溫風(fēng)機(jī)進(jìn)口風(fēng)量688813m3/h，折合262962Nm3/h；全壓9000Pa左右；功率2405kW。風(fēng)機(jī)基本達(dá)到滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，噸熟料耗電量平均達(dá)到17kWh/t，占熟料分步電耗比重較高。二是窯尾排風(fēng)機(jī)負(fù)荷大，電耗高。根據(jù)標(biāo)定期間統(tǒng)計(jì)，尾排風(fēng)機(jī)的平均小時(shí)耗電量折合噸熟料耗電達(dá)9kWh/t以上。三是篦冷機(jī)鼓風(fēng)量大，增加廢氣處理和排風(fēng)機(jī)負(fù)荷。實(shí)測(cè)篦冷機(jī)總鼓風(fēng)量折合2.46Nm3/kg，遠(yuǎn)高于第四代篦冷機(jī)的用風(fēng)量要求，不僅增加了冷卻電耗，而且因低溫段鼓入過(guò)量的冷卻風(fēng)，熟料進(jìn)一步降溫釋放出來(lái)的熱量并未被窯煅燒利用，也沒(méi)有被余熱發(fā)電利用，而是作為篦冷機(jī)廢氣排出（實(shí)測(cè)篦冷機(jī)廢氣風(fēng)管風(fēng)溫146℃，風(fēng)量132823Nm3/h，存在未被有效回收的熱量），白白增加冷卻機(jī)系統(tǒng)風(fēng)機(jī)和窯頭排風(fēng)機(jī)的電耗。同時(shí)過(guò)量的風(fēng)和粉塵將全部進(jìn)入窯頭電收塵器，從而影響窯頭廢氣處理效果。2.余熱發(fā)電投運(yùn)有利于分步電耗降低余熱發(fā)電投運(yùn)后，熟料燒成工段分步電耗降低了3.2kWh/t。主要由于廢氣經(jīng)余熱鍋爐后進(jìn)入風(fēng)機(jī)時(shí)溫度降低（比如：入高溫風(fēng)機(jī)的風(fēng)溫從384℃降為280℃，出窯頭排風(fēng)機(jī)的風(fēng)溫從199℃降為108℃），工況風(fēng)量變小，風(fēng)機(jī)負(fù)荷變小，從而使風(fēng)機(jī)電耗降低。該系統(tǒng)熟料分步電耗有較大優(yōu)化空間，可以通過(guò)降低廢氣溫度、減少系統(tǒng)漏風(fēng)、降低系統(tǒng)阻力等措施，達(dá)到節(jié)電的效果。
（三）預(yù)熱器系統(tǒng)分析國(guó)內(nèi)新型干法生產(chǎn)線單位熟料廢氣量一般在1.4Nm3/kg～1.7Nm3/kg。從預(yù)熱器C1出口氣體量及含塵量測(cè)定結(jié)果可以看出，兩次標(biāo)定C1出口廢氣量分別為1.564Nm3/kg和1.535Nm3/kg，窯尾廢氣量雖稍偏大。但是窯尾各級(jí)預(yù)熱器溫度較高，尤其C1出口，分別達(dá)384℃和420℃，導(dǎo)致工況風(fēng)量大，風(fēng)速高，使得系統(tǒng)阻力變大。經(jīng)計(jì)算，各級(jí)進(jìn)、出口風(fēng)速都在20m/s以上，C1出口風(fēng)速高達(dá)28.4m/s。如此高的進(jìn)口風(fēng)速造成了相對(duì)比較高的系統(tǒng)壓降。這是系統(tǒng)C1出口負(fù)壓達(dá)到約-7000Pa左右的重要原因。余熱發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行后，窯尾預(yù)熱器系統(tǒng)各級(jí)負(fù)壓變低、漏風(fēng)系數(shù)減少，出C1風(fēng)量略有減少。
二、低溫余熱發(fā)電系統(tǒng)分析
（一）余熱發(fā)電情況該公司6MW純低溫余熱發(fā)電由于地區(qū)缺水，采用風(fēng)冷系統(tǒng)。發(fā)電熱源分別來(lái)自窯頭篦冷機(jī)余熱及出窯尾預(yù)熱器廢氣。標(biāo)定期間平均每小時(shí)發(fā)電量為4133kWh，電站自用電量432kWh，自用電率為10.45%，平均噸熟料發(fā)電量為28.6kWh/t。
（二）余熱鍋爐熱回收情況根據(jù)標(biāo)定結(jié)果，窯系統(tǒng)抽去用于發(fā)電的總熱量為66762+138845=205607MJ/h。實(shí)際用于發(fā)電的總熱量為82007MJ/h，其中AQC爐51120MJ/h、PH爐30847MJ/h。即說(shuō)明余熱通過(guò)余熱鍋爐轉(zhuǎn)換后只有約40%的熱量得到了有效利用，鍋爐系統(tǒng)熱損失較大。分析主要原因有：一是該公司窯頭廢氣排風(fēng)量大，風(fēng)溫高，說(shuō)明窯頭篦冷機(jī)廢氣中尚有一定的余熱回收潛力。建議該公司適當(dāng)加大余熱風(fēng)量，減少篦冷機(jī)廢氣排放量，以提高窯頭AQC爐的熱回收量。二是實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，該公司PH爐進(jìn)風(fēng)的溫度較高（420℃），單位熟料的廢氣量也較大，但是PH爐出風(fēng)溫度達(dá)280℃，廢氣帶走熱量多，另外加上PH爐系統(tǒng)漏風(fēng)較為嚴(yán)重，故使其熱回收效率只有22.2%。
三、結(jié)論與建議
從前述分析可以得出：1.高寒地區(qū)水泥熟料生產(chǎn)線配套余熱發(fā)電系統(tǒng)投運(yùn)，不影響熟料產(chǎn)質(zhì)量。因高寒地區(qū)大氣壓強(qiáng)小、空氣稀薄、環(huán)境溫度低，熟料燒成系統(tǒng)工況風(fēng)量較大，系統(tǒng)阻力較高，熱損失較大，與平原地帶相比，系統(tǒng)熱耗和熟料分步電耗均較高。2.余熱發(fā)電投運(yùn)后，熟料燒成熱耗（標(biāo)煤耗）略有增加，建議加強(qiáng)窯系統(tǒng)操作人員和余熱發(fā)電操作人員的協(xié)調(diào)配合，穩(wěn)定生產(chǎn)。3.余熱發(fā)電投運(yùn)后，可降低窯頭排風(fēng)機(jī)、窯尾高溫風(fēng)機(jī)和尾排風(fēng)機(jī)的入口風(fēng)溫，從而降低風(fēng)機(jī)工況風(fēng)量，有利于降低燒成系統(tǒng)分步電耗。4.在滿足原燃料烘干的前提下，適當(dāng)降低PH鍋爐出口氣體溫度（一般在200℃～220℃）和篦冷機(jī)廢氣排放量和排放溫度，同時(shí)加強(qiáng)余熱鍋爐維護(hù)，確保鍋爐熱回收效率，從而提高余熱利用量和余熱發(fā)電量。5.高寒地區(qū)因水資源短缺，余熱發(fā)電采用風(fēng)冷系統(tǒng)，噸熟料發(fā)電量為28.6kWh，自用電率為10.45%，具有優(yōu)化操作提升發(fā)電量的空間。6.余熱發(fā)電投運(yùn)后，因廢氣經(jīng)過(guò)余熱鍋爐后有部分粉塵沉降，同時(shí)溫度降低，有利于降低進(jìn)入收塵器的粉塵濃度和工況風(fēng)量，從而提高收塵器收塵效果，有利于廢氣達(dá)標(biāo)排放。因此，水泥熟料生產(chǎn)線配套余熱發(fā)電，是真正的“綠色”生產(chǎn)。
作者：王新英單位：河北省建筑材料工業(yè)設(shè)計(jì)研究院