水泥窯純低溫余熱發(fā)電技術(shù)評價方法的探討

2009/07/15 00:00 來源：

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　　一、前言
　　近年來，隨著我國水泥工業(yè)工藝及裝備技術(shù)得以迅速發(fā)展，數(shù)百條數(shù)千噸級新型干法水泥熟料生產(chǎn)線（簡稱水泥窯）的陸續(xù)投產(chǎn)，為水泥窯純低溫余熱發(fā)電技術(shù)及裝備的開發(fā)、推廣、應(yīng)用創(chuàng)造了市場條件。在這個背景條件下，目前國內(nèi)具有水泥窯余熱發(fā)電工程設(shè)計、技術(shù)開發(fā)能力的數(shù)家單位，推出了幾種水泥窯純低溫余熱發(fā)電的熱力循環(huán)系統(tǒng)并已在水泥工業(yè)陸續(xù)推廣應(yīng)用。自2001年至2006年，水泥行業(yè)利用國產(chǎn)設(shè)備和技術(shù)在數(shù)十條1200t/d級、2500t/d級、5000t/d級水泥窯上配套建設(shè)了裝機容量分別為2.0MW、2.5MW、3.0MW、4.5MW 、6.0MW、7.5MW、9.0MW的純低溫余熱電站，形成了國產(chǎn)成熟的水泥窯純低溫余熱發(fā)電技術(shù)及裝備，為我國水泥工業(yè)節(jié)能降耗、提高經(jīng)濟效益、形成循環(huán)經(jīng)濟提供了技術(shù)手段。
 
　　目前在開發(fā)、應(yīng)用水泥窯純低溫余熱發(fā)電技術(shù)及裝備過程當(dāng)中有許多新的情況產(chǎn)生，例如：從裝機容量上，同樣是5000t/d級的水泥窯，水泥生產(chǎn)條件、廢氣參數(shù)條件也類似,但裝機容量確有6.0MW、7.5MW、9.0MW等多種；從蒸汽參數(shù)上，有0.69～1.27MPa—280～340℃、1.57～2.47MPa-325～400℃等多種；從實際發(fā)電能力上，有的宣稱2500t/d窯裝機已達6000KW或發(fā)電功率已超過4000KW, 有的宣稱5500t/d窯發(fā)電已達9300KW等；從宣傳上，一些設(shè)計、承建單位為說明自己有先進的水泥窯純低溫余熱發(fā)電技術(shù)從而有很高的發(fā)電量，采用不報熟料熱耗、利用三次風(fēng)或其它水泥生產(chǎn)用的高溫氣體來發(fā)電、在發(fā)電機功率表上做手腳、低報熟料實際產(chǎn)量等不正當(dāng)手段進行宣傳。
 
　　由于上述新情況的產(chǎn)生，同時也由于為了規(guī)范水泥窯純低溫余熱發(fā)電技術(shù)及裝備的研究、開發(fā)、工程設(shè)計、工程建設(shè)工作，目前制定科學(xué)的水泥窯純低溫余熱發(fā)電技術(shù)評價方法是十分必要的。
 
　　二、目前水泥行業(yè)已經(jīng)推廣應(yīng)用的幾種純低溫余熱發(fā)電技術(shù)
     目前水泥行業(yè)已經(jīng)推廣應(yīng)用的幾種純低溫余熱發(fā)電技術(shù)，以蒸汽參數(shù)來分，基本上有兩類：一類為0.69～1.27MPa—280～340℃的低壓低溫系統(tǒng)，一類為1.57～2.47MPa-325～400℃的次中壓中溫系統(tǒng)。
對于0.69～1.27MPa—280～340℃的低壓低溫系統(tǒng)，其熱力系統(tǒng)構(gòu)成有如下三種模式：
 
　　其一：單壓不補汽式純余熱發(fā)電技術(shù)，見圖1。

圖1

 
　　其二：復(fù)合閃蒸補汽純余熱發(fā)電技術(shù)，見圖2。

圖2

　　其三：多壓補汽式純余熱發(fā)電技術(shù)，見圖3。

圖3

　　技術(shù)要點：利用水泥窯窯尾預(yù)熱器排出的350℃以下廢氣設(shè)置一臺窯尾預(yù)熱器余熱鍋爐（簡稱SP鍋爐）、利用水泥窯窯頭熟料冷卻機排出的400℃以下廢氣設(shè)置一臺熟料冷卻機廢氣余熱鍋爐（簡稱AQC爐）、兩臺鍋爐設(shè)置一臺蒸汽輪機、發(fā)電系統(tǒng)主蒸汽參數(shù)為0.69～1.27MPa—280～340℃。
 
　　上述三種技術(shù)沒有本質(zhì)的區(qū)別，共同的特點：都是利用在窯頭熟料冷卻機中部增設(shè)抽廢氣口或直接利用冷卻機尾部廢氣出口的400℃以下廢氣及窯尾預(yù)熱器排出的300～350℃的廢氣余熱；最重要的特點是采用0.69～1.27MPa-280～340℃低壓低溫主蒸汽。區(qū)別僅在于：窯頭熟料冷卻機在生產(chǎn)0.69～1.27MPa-280～340℃低壓低溫蒸汽的同時或同時再生產(chǎn)0.1～0.5MPa-飽和～160℃低壓低溫蒸汽、或同時再生產(chǎn)85～200℃的熱水；汽輪機采用補汽式或不補汽式汽輪機；復(fù)合閃蒸補汽式適用于汽輪機房與冷卻機距離較遠(yuǎn)的情況而多壓補汽式適用于汽輪機房與冷卻機距離較近的情況。
 
　　對于1.57～2.47MPa—325～400℃的次中壓中溫系統(tǒng)，其熱力系統(tǒng)構(gòu)成有如下兩種模式：
　　其一：冷卻機多級取熱純余熱發(fā)電技術(shù)，見圖4。
圖4
 
　　其二：冷卻機多級取熱及循環(huán)風(fēng)純余熱發(fā)電技術(shù)，見圖5。

圖5
 
　　技術(shù)要點：利用水泥窯窯尾預(yù)熱器排出的350℃以下廢氣設(shè)置一臺窯尾預(yù)熱器余熱鍋爐（簡稱SP鍋爐）或同時利用窯尾C2級預(yù)熱器內(nèi)筒設(shè)置過熱器；利用熟料冷卻機排出的400℃以下廢氣設(shè)置一臺熟料冷卻機廢氣余熱鍋爐（簡稱AQC爐），或者通過改變窯頭熟料冷卻機廢氣排放方式：利用熟料冷卻機排出的部分360℃以下廢氣設(shè)置一臺AQC余熱鍋爐、利用熟料冷卻機排出的部分500℃以下廢氣設(shè)置一臺熟料冷卻機廢氣余熱過熱器（簡稱ASH過熱器）；將AQC爐排出的廢氣部分或全部返回冷卻機，窯頭熟料冷卻機冷卻風(fēng)采用循環(huán)風(fēng)方式；利用兩臺鍋爐或者增設(shè)的余熱過熱器設(shè)置補汽式蒸汽輪機，發(fā)電系統(tǒng)主蒸汽參數(shù)為1.57～3.43MPa—340～435℃、補汽參數(shù)為0～0.15MPa—飽和～160℃。
 
　　三、研究、開發(fā)、應(yīng)用純低溫余熱發(fā)電技術(shù)應(yīng)注意的幾個原則性問題
　　3.1研究、開發(fā)、應(yīng)用水泥窯純低溫余熱發(fā)電技術(shù)應(yīng)遵循的基本原則
　　水泥窯純低溫余熱發(fā)電技術(shù)是以節(jié)能降耗從而降低水泥生產(chǎn)成本為目的，它的內(nèi)涵是：將水泥生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的并且水泥生產(chǎn)過程本身已不能再利用的余熱回收從而轉(zhuǎn)化為電能的技術(shù)，因此，研究、開發(fā)、應(yīng)用水泥窯純低溫余熱發(fā)電技術(shù)應(yīng)遵循的基本原則：不影響水泥生產(chǎn)、不增加水泥熟料熱耗及電耗、不改變水泥生產(chǎn)用原燃料的烘干熱源、不改變水泥生產(chǎn)的工藝流程及設(shè)備。
 
　　3.2對水泥生產(chǎn)影響的控制：水泥窯配套建設(shè)余熱電站，原則上要求不影響水泥生產(chǎn)，但由于在一條完整的熟料生產(chǎn)線窯頭、窯尾各串接相應(yīng)的余熱鍋爐，因此，余熱電站對水泥生產(chǎn)不產(chǎn)生任何影響是不可能的。根據(jù)已投產(chǎn)的余熱電站實際生產(chǎn)運行情況，對于遵循上述原則配套建設(shè)的余熱電站，投入運行后對水泥生產(chǎn)的影響主要集中在如下幾個方面：
 
　　（1）窯尾高溫風(fēng)機：在窯尾SP鍋爐漏風(fēng)控制、結(jié)構(gòu)設(shè)計、受熱面配置、清灰設(shè)計、除灰設(shè)計、廢氣管道設(shè)計合適的條件下，電站投入運行后，窯尾高溫風(fēng)機負(fù)荷將有所降低，這種影響是正面的。
 
　　（2）增濕塔：將隨著電站的投入或解出調(diào)整噴水量，直至停止或全開噴水。
 
　?。?）生料磨及煤磨：隨著電站的投入或解出，烘干廢氣溫度將產(chǎn)生較大幅度的變化，需要根據(jù)烘干廢氣溫度的變化調(diào)整烘干廢氣量或磨的運行方式。
 
　　（4）窯尾電收塵：如果窯尾采用電收塵，電站投入運行后對其收塵效果總是有影響的，只是由于地區(qū)不同、配料不同、燃料不同或其它條件不同，對收塵效果的影響程度不同。但當(dāng)窯尾采用袋收塵時，電站投入運行對提高收塵效果是有顯著作用的。
 
　?。?）窯頭電收塵器：電站投入運行后，窯頭電收塵器工作溫度大為降低，粉塵負(fù)荷也相應(yīng)降低。
 
　　（6）窯系統(tǒng)操作：由于窯系統(tǒng)增加了兩臺余熱鍋爐，而余熱鍋爐廢氣不但取自還要送回水泥窯系統(tǒng)，因此勢必需要增加窯系統(tǒng)窯頭、窯尾、廢氣處理、生料粉磨、煤制備系統(tǒng)的操作環(huán)節(jié)。
 
　　對水泥窯生產(chǎn)造成的上述幾方面的影響，綜合起來為兩個方面：一是增加了水泥窯生產(chǎn)的操作環(huán)節(jié)（例如：隨著電站的投入、運行和解出，水泥窯需調(diào)整窯尾高溫風(fēng)機、增濕塔噴水、生料磨及煤磨、窯頭排風(fēng)機等系統(tǒng)的運行參數(shù)；二是如果窯尾采用電收塵，電站投入運行后對其收塵效果總是有或大或小的影響。
 
　　對水泥窯生產(chǎn)造成的影響應(yīng)當(dāng)而且必須控制在上述范圍以內(nèi)，在目前水泥熟料燒成工藝技術(shù)及設(shè)備、純低溫余熱發(fā)電熱力循環(huán)系統(tǒng)配置技術(shù)及設(shè)備條件下，為了提高發(fā)電量而采用抽取三次風(fēng)或窯頭罩等高溫風(fēng)、生料或燃料烘干改用燃燒燃料而將原來用于烘干的廢氣用于發(fā)電等措施都是不可取的。采用這些措施，表面上增加了發(fā)電量，實際不但不會有助于水泥生產(chǎn)綜合能耗的降低，反而由于熟料熱耗的增加會使水泥生產(chǎn)綜合能耗增加（當(dāng)水泥廠建設(shè)余熱電站不是以節(jié)能為主要目的，在一公斤標(biāo)準(zhǔn)煤的價格與一度電的購電價格之比小于0.7的條件下，采用這些措施可以增加水泥生產(chǎn)綜合效益）。
 
　　3.3準(zhǔn)確的余熱發(fā)電技術(shù)發(fā)電能力指標(biāo)
　　目前對于余熱發(fā)電技術(shù)發(fā)電能力指標(biāo)，大家往往只注意每噸熟料發(fā)電量，而很少注意相關(guān)因素對發(fā)電量的影響，這是目前產(chǎn)生許多新情況的主要原因。對于水泥窯純余熱發(fā)電，影響噸熟料發(fā)電量的因素很多，如：熟料熱耗（涉及窯頭、窯尾廢氣溫度等）；熟料形成熱（涉及生料配料成份）；原料、燃料烘干所需要的廢氣溫度、廢氣量（涉及可用于發(fā)電的余熱量）；電站熱力系統(tǒng)構(gòu)成方式及蒸汽參數(shù)（涉及發(fā)電系統(tǒng)循環(huán)效率）；熟料實際產(chǎn)量和規(guī)模（涉及鍋爐、汽輪機等設(shè)備效率）；廢熱取熱方式（涉及對窯生產(chǎn)及熟料熱耗的影響）等等。
 
　　由于影響余熱發(fā)電能力的上述因素,加之這些因素在實際生產(chǎn)中的復(fù)雜性，僅采用噸熟料余熱發(fā)電量來評價純低溫余熱發(fā)電技術(shù)是不科學(xué)、不完整、不準(zhǔn)確的，不能全面代表純低溫余熱發(fā)電技術(shù)水平。因此，根據(jù)目前的情況，研究、確定水泥窯純低溫余熱發(fā)電技術(shù)的評價方法既是必要的,條件也是成熟的而且也是急需的。
 
　　四、水泥窯純低溫余熱發(fā)電技術(shù)的評價方法初探
　　盡管影響余熱發(fā)電能力的因素較多也比較復(fù)雜，但水泥熟料煅燒過程及純低溫余熱發(fā)電必定都是熱工過程，因此，研究、確定出全面、科學(xué)、準(zhǔn)確的純低溫余熱發(fā)電技術(shù)評價方法是可能的。本文提出的評價方法是初步的，僅供同行討論、參考，其由如下二部分構(gòu)成：
 
　　第一部分:實用部分,即“每公斤熟料熱耗－噸熟料余熱發(fā)電量”。
　　目前水泥行業(yè)已經(jīng)習(xí)慣用噸熟料余熱發(fā)電量來做為衡量余熱發(fā)電技術(shù)水平的指標(biāo)，因此，評價方法中保留這個指標(biāo)是必要的。但由于噸熟料余熱發(fā)電量沒有考慮熟料熱耗、熟料形成熱、原燃料烘干所需廢氣溫度及廢氣量等因素對發(fā)電量的影響，因此，為了考慮影響余熱發(fā)電量的主要因素即熟料熱耗對余熱發(fā)電能力的影響，應(yīng)改為采用“每公斤熟料熱耗－噸熟料余熱發(fā)電量”(仍簡稱“噸熟料余熱發(fā)電量”)這一指標(biāo)來評價。盡管如此，由于這個指標(biāo)仍然沒有考慮熟料形成熱、原燃料烘干所需廢氣溫度及廢氣量對發(fā)電能力的影響，對于這個指標(biāo):
 
　　(1)在建設(shè)余熱電站之前比較、確定余熱電站技術(shù)方案時，在熟料產(chǎn)量、熟料熱耗、用于發(fā)電的廢氣參數(shù)(廢氣溫度、廢氣量、含塵濃度等，下同)、用于原燃料烘干的廢氣參數(shù)條件都相同的條件下，采用“噸熟料余熱發(fā)電量”來對不同的余熱電站技術(shù)方案進行評價是準(zhǔn)確、可靠的；
 
　　(2)對于已投產(chǎn)的余熱電站，采用“噸熟料余熱發(fā)電量”來對余熱電站及水泥窯自身進行綜合考核同樣也是準(zhǔn)確、可靠的；
 
　　(3)對于已投產(chǎn)的不同水泥窯間的余熱電站進行比較:當(dāng)熟料產(chǎn)量、熟料熱耗、用于發(fā)電的廢氣參數(shù)、用于原燃料烘干的廢氣參數(shù)等生產(chǎn)條件大體相同的條件下，采用“噸熟料余熱發(fā)電量”進行比較是相對準(zhǔn)確、可靠的。當(dāng)上述生產(chǎn)條件差別較大，如:一條窯的熟料熱耗是750×4.1868kj/kg，而另一條窯為780×4.1868kj/kg；或一條窯的生料烘干廢氣溫度為200℃，而另一條窯為230℃時，采用“噸熟料余熱發(fā)電量”進行比較則是不準(zhǔn)確、不可靠的。
 
　　對于熟料熱耗對發(fā)電能力的影響：根據(jù)研究及實際生產(chǎn)情況，一般來講，當(dāng)熟料熱耗增加或減少7～8Kcal/Kg時，噸熟料余熱發(fā)電量也響應(yīng)增加或減少1kwh以上。也就是說，余熱電站每多發(fā)1kwh電，窯系統(tǒng)將多消耗1～1.12Kg標(biāo)準(zhǔn)煤的燃料（這種結(jié)果，間接說明了采用提高熟料熱耗增加發(fā)電量的辦法是浪費能源的不可取的辦法）。
 
　　第二部分:理論部分，即混合熱效率(簡稱熱效率)
　　如前所述，水泥窯純低溫余熱發(fā)電技術(shù)的內(nèi)涵是將水泥生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的并且水泥生產(chǎn)過程本身已不能再利用的余熱回收從而轉(zhuǎn)化為電能，因此，采用理論上的“混合熱效率”(既不是絕對熱效率，也不是相對熱效率)來對不同的純低溫余熱發(fā)電技術(shù)的熱量轉(zhuǎn)換效果進行評價是科學(xué)、準(zhǔn)確、可靠的，可以消除熟料熱耗、熟料形成熱、原燃料烘干所需廢氣參數(shù)、電站熱力系統(tǒng)構(gòu)成方式及蒸汽參數(shù)、熟料實際產(chǎn)量和規(guī)模、廢熱取熱方式等因素的影響。
 
　　(1)定義：水泥窯純低溫余熱系統(tǒng)熱效率是指可用于發(fā)電的水泥窯總余熱量轉(zhuǎn)化為電能的比例，其數(shù)學(xué)表達式為：
　　　熱效率η=
發(fā)電功率D×860×4.1868
可用于發(fā)電的總余熱量∑Qi
 
　　(2)物理意義：
　　發(fā)電功率D：即是余熱發(fā)電系統(tǒng)輸出功率，單位為kw
　　可用于發(fā)電的總余熱量∑Qi由以下幾部分組成，即
　　∑Qi=QSP+QAQC+Qtt+Qgt，
 
　　①Q(mào)SP為可用于發(fā)電的窯尾廢氣余熱，其計算方法為：
　　Qsp=Vzs(Tjs·Ctjs-Ths·Cths)+Vys·(Cths·Ths-135×1.42)
　　式中：Qsp—為可用于發(fā)電的窯尾總廢氣熱量，KJ/h
　　Vzs—窯尾預(yù)熱器排出的總廢氣量，Nm3/h
　　Tjs—窯尾預(yù)熱器排出的廢氣平均溫度，℃
　　Ctjs—對應(yīng)于Tjs的窯尾廢氣比熱，KJ/Nm3·℃
　　Ths—物料烘干所需要的廢氣平均溫度，℃
　　Cths—對于應(yīng)Ths的窯尾廢氣比熱，KJ/Nm3·℃
　　Vys—扣除物料烘干所需窯尾廢氣量后剩余的窯尾廢氣量,Nm3/h
　　135—扣除物料烘干所需窯尾廢氣量后剩余的窯尾廢氣進入電收塵器允許的最低溫度，135℃
　　1.42—對應(yīng)于135℃的窯尾廢氣比熱，1.42KJ/Nm3·℃
 
　　②QAQC為可用于發(fā)電的窯頭廢氣余熱，其計算方法為:
　　QAQC=VZA·TjA·CtjA
　　式中：QAQC—可用于發(fā)電的窯頭總廢氣余熱量，KJ/h
　　　　　VZA—電站不投入運行時（或電站投產(chǎn)前）冷卻機總排入大氣的廢氣量，Nm3/h
　　　　　TjA—電站不投入運行時（或電站投產(chǎn)前）冷卻機總排入大氣的廢氣平均溫度，℃
　　　　　CtjA—對應(yīng)于TjA的冷卻機排入大氣廢氣比熱，KJ/Nm3·℃
 
　?、跶tt為用于發(fā)電的窯胴體廢熱熱量，單位為KJ/h。
　　對于窯胴體廢熱熱量，目前有部分水泥廠進行了部分回收，但未用于發(fā)電，其它絕大部分水泥廠都未回收。當(dāng)將窯胴體廢熱熱量回收并用于發(fā)電時，計算發(fā)電系統(tǒng)熱效率應(yīng)按實際回收的窯胴體廢熱熱量計算。
 
　　④Qqt為用于發(fā)電的其它熱量，單位為KJ/h。
　　對于不同的余熱發(fā)電技術(shù)或不同的水泥廠，其用于發(fā)電的熱量除前述廢熱熱量外，有可能還利用其它熱量，如：為了多發(fā)電，利用窯的部分二次風(fēng)或三次風(fēng)，這樣勢必增加熟料熱耗，因此應(yīng)將熟料增加的熱耗或抽取的用于發(fā)電的二次風(fēng)，三次風(fēng)熱量計入發(fā)電用熱量；
 
　　為了多發(fā)電，改變物料烘干方式：將原本用于烘干的廢氣全部用于發(fā)電而改變物料烘干熱源，即或者改用燃燒燃料的方法烘干物料，或者用其它方法烘干物料。但無論采用何種方式，應(yīng)將物料烘干所用的熱量計入發(fā)電用熱量。
 
　　水泥生產(chǎn)線因配套建設(shè)余熱電站所增加的其它能源消耗，換算為熱量后均應(yīng)計入發(fā)電用熱量。
 
　　(3)應(yīng)用舉例：
　　例一：一條熟料產(chǎn)量為5500t/d的水泥窯，熱耗小于3140KJ/kg。生料烘干采用窯尾廢氣，廢氣參數(shù)為：353600Nm3/h---210℃；煤烘干采用冷卻機廢氣，廢氣參數(shù)為：30000Nm3/h---290℃；窯尾預(yù)熱器排出的廢氣參數(shù)353600Nm3/h---330℃，窯頭冷卻機扣除煤烘干所需廢氣后排入大氣的廢氣參數(shù)310000Nm3/h---290℃；僅利用窯頭、窯尾廢氣余熱配套余熱電站。
 
　　當(dāng)電站分別采用2.29Mpa—380℃、0.98Mpa—310℃主蒸汽參數(shù)時，熱效率計算結(jié)果如下：
 
主蒸汽參數(shù)
0.98MPa-310℃
2.29MPa-380℃
窯尾廢氣余熱
預(yù)熱器排出的廢氣參數(shù)
353600Nm3/h-330℃
353600Nm3/h-330℃
生料烘干所需廢氣參數(shù)
353600Nm3/h-210℃
353600Nm3/h-210℃
用于發(fā)電的窯尾廢氣熱量Qsp
6504.36×104KJ/h
6504.36×104KJ/h
窯頭廢氣余熱
冷卻機排入大氣廢氣參數(shù)
310000Nm3/h-290℃
310000Nm3/h-290℃
用于發(fā)電的窯頭廢氣熱量QAQC
11837.57×104KJ/h
11837.57×104KJ/h
用于發(fā)電的總廢熱量
18341.93×104KJ/h
18341.93×104KJ/h
熟料熱耗
3140KJ/kg
3140KJ/kg
發(fā)電機功率D
7800KW
8880KW
熱效率η
15.3%
17.42%
噸熟料發(fā)電量
3140KJ/kg ---34KWh
3140KJ/kg ---38.7KWh
 
　　例二：一條熟料產(chǎn)量為5500t/d的水泥窯，熱耗小于3140KJ/kg。生料烘干采用窯尾廢氣，廢氣參數(shù)為：272000Nm3/h---270℃；煤烘干采用冷卻機廢氣，廢氣參數(shù)為：30000Nm3/h---290℃；窯尾預(yù)熱器排出的廢氣參數(shù)353600Nm3/h---330℃，窯頭冷卻機扣除煤烘干所需廢氣后排入大氣的廢氣參數(shù)310000Nm3/h---290℃；利用窯頭、窯尾廢氣余熱配套余熱電站。
 
　　當(dāng)電站分別采用2.29Mpa—380℃、0.98Mpa—310℃主蒸汽參數(shù)時，熱效率計算結(jié)果如下：
 
主蒸汽參數(shù)
0.98MPa-310℃
2.29MPa-380℃
窯尾廢氣余熱
預(yù)熱器排出的廢氣參數(shù)
353600Nm3/h-330℃
353600Nm3/h-330℃
生料烘干所需廢氣參數(shù)
272000Nm3/h-270℃
272000Nm3/h-270℃
扣除生料烘干所需窯尾廢氣量后剩余的窯尾廢氣參數(shù)
81600Nm3/h-270℃
81600Nm3/h-270℃
用于發(fā)電的窯尾廢氣熱量Qsp
5085.27×104KJ/h
5085.27×104KJ/h
窯頭廢氣余熱
冷卻機排入大氣廢氣參數(shù)
310000Nm3/h-290℃
310000Nm3/h-290℃
用于發(fā)電的窯頭廢氣熱量QAQC
11837.57×104KJ/h
11837.57×104KJ/h
用于發(fā)電的總廢熱量
16922.84×104KJ/h
16922.84×104KJ/h
熟料總熱耗
3140KJ/kg
3140KJ/kg
發(fā)電機功率D
7000KW
8040KW
熱效率η
14.9%
17.1%
噸熟料發(fā)電量
3140KJ/kg—30.5KWh
3140KJ/kg—35.1KWh
 
　　例三：一條熟料產(chǎn)量為5500t/d的水泥窯，生料烘干采用窯尾廢氣，廢氣參數(shù)為：353600Nm3/h---210℃；煤烘干采用冷卻機廢氣，廢氣參數(shù)為：30000Nm3/h---290℃；窯尾預(yù)熱器排出的廢氣參數(shù)353600Nm3/h---330℃，窯頭冷卻機扣除煤烘干所需廢氣后排入大氣的廢氣參數(shù)310000Nm3/h---290℃；利用窯頭、窯尾廢氣余熱同時抽取窯三次風(fēng)35000Nm3/h--900℃配套余熱電站，因抽取三次風(fēng)熟料熱耗由3140KJ/kg升至3360KJ/kg。
 
　　當(dāng)電站分別采用2.29Mpa—380℃、0.98Mpa—310℃主蒸汽參數(shù)時，熱效率計算結(jié)果如下：
 
主蒸汽參數(shù)
0.98MPa-310℃
2.29MPa-380℃
窯尾廢氣余熱
預(yù)熱器排出的廢氣參數(shù)
353600Nm3/h-330℃
353600Nm3/h-330℃
生料烘干所需廢氣參數(shù)
353600Nm3/h-210℃
353600Nm3/h-210℃
用于發(fā)電的窯尾廢氣熱量Qsp
6504.36×104KJ/h
6504.36×104KJ/h
窯頭廢氣余熱
冷卻機排入大氣廢氣參數(shù)
310000Nm3/h-290℃
310000Nm3/h-290℃
用于發(fā)電的窯頭廢氣熱量QAQC
11837.57×104KJ/h
11837.57×104KJ/h
抽取的三次風(fēng)熱量
抽取的三次風(fēng)參數(shù)
35000Nm3/h-900℃
35000Nm3/h-900℃
用于發(fā)電的三次風(fēng)熱量
5063.04×104KJ/h
5063.04×104KJ/h
因抽取三次風(fēng)增加熟料熱耗
220KJ/kg
220KJ/kg
用于發(fā)電的總廢熱量
23404.97×104KJ/h
23404.97×104KJ/h
熟料總熱耗
3360KJ/kg
3360KJ/kg
發(fā)電機功率D
9175KW
10455KW
熱效率η
14.11%
16.08%
噸熟料發(fā)電量
3360KJ/kg—40KWh
3360KJ/kg—45.6KWh
 
　　五、評價方法的應(yīng)用
　　5.1評價方法應(yīng)用分析
　　從評價方法的構(gòu)成、熱效率的物理意義及所舉三個實例計算結(jié)果來看：
　　（1）對于同一條水泥窯，發(fā)電用熱熱源相同，當(dāng)發(fā)電熱力循環(huán)系統(tǒng)采用不同的主蒸汽參數(shù)時，參數(shù)越高熱效率越高，相應(yīng)地噸熟料余熱發(fā)電量也越高。這說明：根據(jù)熱源溫度的不同，實現(xiàn)熱量根據(jù)其溫度進行梯級利用的原理對提高余熱發(fā)電能力的重要性；
 
　　(2)對于同一條水泥窯，發(fā)電用熱熱源不相同但主蒸汽參數(shù)相同時，熱源溫度越高，噸熟料余熱發(fā)電量也越高，但電站熱效率越低。這說明：利用水泥窯生產(chǎn)本身可以回用的高溫?zé)崃縼硖岣咚喔G的發(fā)電量，雖然發(fā)電量可以提高，但節(jié)能效果確降低，因此是不能提倡的；
 
　　(3)對于同一條水泥窯，發(fā)電用熱熱源相同但物料所需烘干熱源溫度不同時，烘干所需熱源溫度越高，噸熟料余熱發(fā)電量越低，電站熱效率也越低。這說明：從噸熟料余熱發(fā)電量、電站熱效率兩個方面來評價，物料烘干對發(fā)電能力的影響基本是相同的；
 
　　(4)對于不同水泥窯配套建設(shè)的余熱電站，由于發(fā)電用熱熱源不相同、采用的余熱發(fā)電技術(shù)不同，電站熱效率只能說明用于發(fā)電的熱量轉(zhuǎn)換為電能的比例不同，但不能說明實際發(fā)電功率的不同。
 
　　5.2評價方法的應(yīng)用
　　如上所述，單一的“噸熟料余熱發(fā)電量”或“熱效率”都不能完整、準(zhǔn)確的反映水泥窯純低溫余熱發(fā)電技術(shù)的實際情況，本文提出的評價方法在于綜合采用“噸熟料余熱發(fā)電量”及“熱效率”，其應(yīng)用方法如下：
 
　　(1)在建設(shè)余熱電站之前比較、確定余熱電站技術(shù)方案時，單純從節(jié)能角度來講，對于不同的余熱電站技術(shù)方案：如果用于發(fā)電的熱源相同，則選擇“熱效率”高的方案(相應(yīng)的“噸熟料余熱發(fā)電量”也是高的)；如果用于發(fā)電的熱源不相同，仍應(yīng)選擇“熱效率”高的方案(相應(yīng)的“噸熟料余熱發(fā)電量”不一定是高的)，而如果“噸熟料余熱發(fā)電量”同時也是高的，更應(yīng)當(dāng)選擇此方案。
 
　　(2)對于已投產(chǎn)的余熱電站，采用單一的“噸熟料余熱發(fā)電量”或“熱效率”來對余熱電站及水泥窯自身進行綜合考核都是準(zhǔn)確、可靠的；
 
　　(3)對于已投產(chǎn)的不同水泥窯間的余熱電站進行比較:如果某余熱電站，不但“熱效率”高，同時“噸熟料余熱發(fā)電量”也高，則說明其余熱電站的技術(shù)水平是高的；如果某余熱電站“熱效率”高“噸熟料余熱發(fā)電量”低，則相對于另一套“熱效率”低“噸熟料余熱發(fā)電量”高的余熱電站來講，“熱效率”高的余熱電站的技術(shù)水平要高于“熱效率”低的；
 
　　(4)對于“熱效率”：由于水泥窯純低溫余熱電站的熱源溫度較低，其“熱效率”也就相對較低。對于帶有五級預(yù)熱器的新型干法窯來講，純低溫余熱電站的“熱效率”一般在13～20%之間(大型火電站則在38～45%之間)。由于基數(shù)低，即使“熱效率”只有微小的變化，對發(fā)電能力也將產(chǎn)生較大的影響，因此，水泥窯純低溫余熱電站應(yīng)當(dāng)極力追求提高“熱效率”，直至追求到提高百分之零點二，甚至是提高百分之零點一，這對水泥窯純低溫余熱電站有重要意義。
 
　　六、結(jié)語
　　本文僅對水泥窯純低溫余熱發(fā)電技術(shù)水平的評價方式進行了探討，提出了初步的評價方法，目的在于提供給同行進行討論或參考并力促相關(guān)管理部門盡早制定出完整、科學(xué)、準(zhǔn)確的水泥窯純低溫余熱發(fā)電技術(shù)的評價方法。由于筆者接觸范圍及技術(shù)水平所限，文中的某些觀點可能有不當(dāng)之處，敬請同行諒解。

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2024-09-21 13:49:29