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

1、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.cl1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。目前在新型十法線純低溫余熱發(fā)電項目中， 有的在帶四級預(yù)熱器的十法窯上建設(shè)，噸熟料發(fā)電量達到33.07 kW.h/t.cl；有的在帶五級預(yù)熱器的十法窯建設(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

2、，因此，有人認為 應(yīng)建設(shè)帶四級預(yù)熱器的十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)熱器十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

3、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 N m3/kg.cl的漏風(fēng)、過?？諝狻Ⅺ}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(fēng)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

4、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=375C，平均熱耗：3768 kJ/kg.cl，熟料燒成煤耗：129 kg/t.c l1五級預(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=364,600N m3/h，溫度:T5=350C4，平均熱耗：3011 kJ/kg.cl，熟料燒成煤耗:103 k g/t.cl,窯尾煙氣成分如表1：煙氣成分CO2O 2N2HO2%30.44.358.37.03余熱發(fā)

5、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 230C。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:375C煙氣焓為H375、230C煙氣焓為H230。則375C的廢煙氣通過SP余熱鍋爐排放出230C煙氣,可以利用的煙氣熱量 為： H4= Q4 (H375-H230) =8205X104 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n 4=2

6、3% 5,則窯尾廢氣可利用余熱純低溫發(fā)電量為：P4=A H4n 4/3600 = 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：350C煙氣焓H350和230C煙氣焓H230。則可以利用的煙氣熱量為： H5= Q5 (H350-H230) =6880X104 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n 5=21% 5，則窯尾廢氣可利用余熱純低溫發(fā)電量 為：P5=A H5n 5/3600 = 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=

7、129 kg標煤/t.cl。艮P：b4X5000/24 = 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。艮P：b5X5000/24 = 21458kg 標準煤/h計算出的具體數(shù)據(jù)見表2。表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)電量單位萬Nm3CC104kJ/h%kw四級預(yù)熱器35.833752308205235242五級預(yù)熱器36.4635023068802140133.3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：2

8、6875-21458 = 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。表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%kwkg/t.clkgg標準煤 /kwhg標準煤/kw四級預(yù)熱 器8205235242129268754407356五級預(yù)熱 器688021401310321458差值1229265417帶四級預(yù)熱器與帶五級預(yù)熱器的新型十法窯相比，其多耗煤與多發(fā)電之比 為：5417/1229=4407

9、g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：唐金泉.預(yù)分解回轉(zhuǎn)窯的火用分析.當(dāng)代水泥，1991(1).