新型干法水泥熟料生產(chǎn)線四級(jí)和五級(jí)預(yù)熱器純低溫余熱發(fā)電分析
1 概述
近年來(lái),國(guó)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(jìn)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(jí)預(yù)熱器的3768 kJ/kg.cl[1]降低到帶有五級(jí)預(yù)熱器的3011kJ/kg.cl。在熱耗下降的同時(shí),仍然有大量的中低溫余熱沒(méi)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(guò)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(xiàng)目中,有的在帶四級(jí)預(yù)熱器的干法窯上建設(shè),噸熟料發(fā)電量達(dá)到33.07 kW.h/t.cl [2];有的在帶五級(jí)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(jí)預(yù)熱器的比帶五級(jí)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(rèn)為應(yīng)建設(shè)帶四級(jí)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(jí)預(yù)熱器改為四級(jí)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?cè)黾影l(fā)電量還是為了充分利用廢氣余熱?如何評(píng)價(jià)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(guò)對(duì)帶四級(jí)預(yù)熱器和帶五級(jí)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(diǎn),供水泥廠純低溫余熱發(fā)電關(guān)注者參考。
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(jì)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(jí)預(yù)熱器與五級(jí)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(jí)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(jì)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(guò)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(jí)預(yù)熱器排煙溫度高于五級(jí)預(yù)熱器,根據(jù)純低溫余熱發(fā)電熱量利用效率的計(jì)算,不難計(jì)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(jí)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(jì)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(jì)算,不難計(jì)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(jí)預(yù)熱器和五級(jí)預(yù)熱器的煤耗
根據(jù)四級(jí)預(yù)熱器熱耗3768 kJ/kg.cl 折算成煤耗 b4=129 kg標(biāo)煤/t.cl。
即:b4×5000/24=26875kg標(biāo)準(zhǔn)煤/h
根據(jù)五級(jí)預(yù)熱器熱耗為3011 kJ/kg.cl 折算成煤耗 b5=103 kg標(biāo)煤/t.cl。
即:b5×5000/24=21458kg標(biāo)準(zhǔn)煤/h
計(jì)算出的具體數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。
項(xiàng)目 |
煙氣量 |
SP進(jìn)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(wàn)Nm3 |
℃ |
℃ |
104kJ/h |
% |
kw |
四級(jí)預(yù)熱器 |
35.83 |
375 |
230 |
8205 |
23 |
5242 |
五級(jí)預(yù)熱器 |
36.46 |
350 |
230 |
6880 |
21 |
4013 |
項(xiàng)目 |
可利用熱量 |
熱量利用率 |
估計(jì)發(fā)電量 |
燒成煤耗 |
生產(chǎn)線每小時(shí)耗標(biāo)準(zhǔn)煤 |
多耗煤與多耗電之比 |
國(guó)家公布的火電標(biāo)準(zhǔn)煤耗 |
單位 |
104kJ/h |
% |
kw |
kg/t.cl |
kg |
g標(biāo)準(zhǔn)煤/kwh |
g標(biāo)準(zhǔn)煤/kw |
四級(jí)預(yù)熱器 |
8205 |
23 |
5242 |
129 |
26875 |
4407 |
356 |
五級(jí)預(yù)熱器 |
6880 |
21 |
4013 |
103 |
21458 | ||
差值 |
|
|
1229 |
26 |
5417 |
煤/kwh ,遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于國(guó)家公布的火電標(biāo)準(zhǔn)煤耗:356g標(biāo)準(zhǔn)煤/kwh 。
由此可以看出,四級(jí)預(yù)熱器窯雖然增加了發(fā)電量,但同時(shí)也增加了煤耗,增加煤耗量與增加發(fā)電量之比遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于國(guó)家公布的火電標(biāo)準(zhǔn)煤耗表明,四級(jí)預(yù)熱器窯的能源利用效率比五級(jí)預(yù)熱器窯低。五級(jí)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(yùn)行時(shí)的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益明顯大于四級(jí)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(lái)說(shuō),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(duì)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(xiàng)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(diǎn)考查其能量利用效率而不是噸熟料發(fā)電量。
2五級(jí)預(yù)熱器窯在純低溫余熱發(fā)電方面比四級(jí)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?cè)黾影l(fā)電量而減少預(yù)熱器級(jí)數(shù),把五級(jí)預(yù)熱器窯改為四級(jí)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(lái),降低水泥窯能耗,減少排煙損失,提高能源利用率。
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