試論水泥窯余熱回收發(fā)電技術(shù)現(xiàn)狀、問(wèn)題及其發(fā)展

2010/07/29 00:00 來(lái)源:

水泥窯余熱發(fā)電以其良好的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益而得到快速發(fā)展,但是一些問(wèn)題一直沒(méi)有能夠很好解決,如發(fā)電量低,燒成系統(tǒng)與發(fā)電系統(tǒng)搶風(fēng)爭(zhēng)熱,以及評(píng)價(jià)指標(biāo)不夠全面等問(wèn)題。本文分析這些問(wèn)題,并探討其產(chǎn)生原因和解決的辦法:引入單位熟料能耗、單位熟料能耗成本以及余熱發(fā)、供電(火用)效率等指標(biāo);提出了加強(qiáng)熱源特性研究,發(fā)電系統(tǒng)優(yōu)化整合,追求燒成和發(fā)電整體能耗最小,發(fā)電模式多樣化以及余熱回收形式多元化等研究發(fā)展方向。......

  一、水泥窯余熱發(fā)電以其良好的經(jīng)濟(jì)性和環(huán)境效益而快速發(fā)展
  1、發(fā)展勢(shì)頭迅猛
  隨著國(guó)內(nèi)技術(shù)和設(shè)備日臻成熟,近年來(lái)新型干法水泥窯余熱發(fā)電迅速發(fā)展。據(jù)統(tǒng)計(jì)[1],到2009年底有498條新型干法熟料生產(chǎn)線余熱發(fā)電投運(yùn),總裝機(jī)容量3317MW,預(yù)計(jì)2010年底將有687條新型干法熟料生產(chǎn)線配置余熱發(fā)電系統(tǒng),裝機(jī)容量將達(dá)到4785MW。容量超過(guò)三峽電站總裝機(jī)的四分之一,而發(fā)電量超過(guò)三峽電站的三分之一。水泥余熱發(fā)電的快速發(fā)展得益于其良好的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。

  2、  經(jīng)濟(jì)效益

表1 5000t/d熟料生產(chǎn)線能源消耗情況及余熱發(fā)電影響

序號(hào)

內(nèi)容

單位

數(shù)值1

數(shù)值2

數(shù)值3

數(shù)值4

數(shù)值5

數(shù)值6

1

熟料產(chǎn)量

t/d

5625

2

熟料熱耗

kJ/kg.cl

3179

3

熟料電能消耗

kWh/t.cl

58

4

熟料發(fā)電

kWh/t.cl

42

40

38

34

30

0

 

 

kJ/kg.cl

151.2

144

136.8

122.4

108

0

5

熟料綜合能耗

kJ/kg.cl

3237

3244

3251

3265

3280

3388

6

原煤熱量

%

98.22

98.00

97.79

97.35

96.93

93.84

7

熟料電耗

%

6.45

6.44

6.42

6.39

6.37

6.16

8

熟料發(fā)電

%

-4.57

-4.44

-4.21

-3.75

-3.29

0.00

9

燃煤支出比例

%

90.40

89.33

88.28

86.26

84.33

72.21

10

發(fā)電收益比例

%

-25.19

-23.71

-22.26

-19.46

-16.79

0.00

11

輔機(jī)電耗比例

%

34.79

34.38

33.98

33.20

32.45

27.79

注:熟料發(fā)電和發(fā)電收益比例為負(fù)值,表示其與其它項(xiàng)的貢獻(xiàn)相反。

  表1為配備余熱發(fā)電系統(tǒng)的某廠5000t/d線能源消耗組成,噸熟料發(fā)電的影響,以及對(duì)水泥廠的貢獻(xiàn)。當(dāng)噸熟料發(fā)電34kWh/t.cl時(shí),發(fā)電回收電能占總能耗(電能與燃煤熱能之和)比例不大,只有3.75%,但是余熱發(fā)電可以滿足水泥廠用電的一半以上,在能源采購(gòu)成本中占有19.46%的份額,這與電能的高品位相一致。

  當(dāng)噸水泥熟料發(fā)電量由34kWh/t.cl提高到42kWh/t.cl時(shí),發(fā)電對(duì)熟料的能源采購(gòu)成本貢獻(xiàn)將由19.46%提高到25.19%,可見(jiàn)改善余熱發(fā)電性能,提高發(fā)電的重要性和必要性。表2為某配置余熱發(fā)電的5000t/d水泥熟料生產(chǎn)線能源實(shí)際消耗狀況及其核算。

  投資余熱發(fā)電,一半3~4年可回收投資。據(jù)估算[2],2008年水泥行業(yè)余熱發(fā)電全年利潤(rùn)總額285億元,創(chuàng)造的經(jīng)濟(jì)效益約33億元,占總行業(yè)利潤(rùn)總額的11.6%。

  3、  環(huán)境效益明顯
  水泥余熱發(fā)電的環(huán)境效益主要體現(xiàn)在二個(gè)方面,首先以電力形式回收余熱,實(shí)現(xiàn)SO2、CO2、NOx等氣體的排放;其次由于回收水泥部分余熱量,直接減少了排入環(huán)境的熱量,減少了熱污染。

  水泥窯利用余熱發(fā)電滿足生產(chǎn)線供電需求,相當(dāng)于減少了發(fā)電燃煤,減少了燃煤產(chǎn)生的SO2、CO2、NOx等有害氣體的對(duì)大氣的污染。2008年水泥行業(yè)利用余熱發(fā)電量按71億kWh計(jì)[2],則全年減排CO2707萬(wàn)噸,SO221萬(wàn)噸,NOx11萬(wàn)噸,粉塵193萬(wàn)噸。

  同時(shí),水泥廢氣經(jīng)過(guò)余熱發(fā)電回收部分熱量,排入大氣熱量減少,少向環(huán)境排放約15%的窯頭和窯尾總余熱。

  二、存在的問(wèn)題
  水泥余熱發(fā)電對(duì)于水泥生產(chǎn)貢獻(xiàn)良多,經(jīng)濟(jì)和環(huán)境成效顯著,但也存在一些問(wèn)題,主要表現(xiàn)在:

  1、  發(fā)電量高低差異明顯
  余熱發(fā)電系統(tǒng)可以隨熟料生產(chǎn)線運(yùn)轉(zhuǎn)而運(yùn)轉(zhuǎn),即與熟料幾乎保持同步,可靠性高。但負(fù)荷率較低,一般在60~80%之間。考慮到余熱發(fā)電機(jī)組沒(méi)有燃燒系統(tǒng),同時(shí)發(fā)電不受電網(wǎng)調(diào)度限負(fù)荷,按能力發(fā)電,故與電力行業(yè)燃煤發(fā)電機(jī)組比較,差距明顯。

某水泥廠能源消耗狀況

序號(hào)

內(nèi)容

單位

數(shù)值

1

熟料產(chǎn)量

t/d

5625

2

燃料熱耗

kJ/kg.cl

3179

3

原煤熱值

kJ/kg

25962

4

原煤消耗

t/d

28.70

5

燃煤耗量

t/t.cl

0.12

6

熟料發(fā)電

kWh/t.cl

34.00

7

 

kJ/kg.cl

122.40

8

熟料電能消耗

kWh/t.cl

58.00

9

 

kJ/kg.cl

208.80

10

熟料綜合能耗

kJ/kg.cl

3265

11

原煤消耗

%

97.35

12

熟料電耗

%

6.39

13

熟料發(fā)電

%

3.75

14

熟料綜合能耗

%

100.00

15

燃煤?jiǎn)蝺r(jià)

元/t

800

16

電價(jià)

元/ kWh

0.65

17

燃煤支出

元/t.cl

97.96

18

發(fā)電收益

元/t.cl

-22.10

19

輔機(jī)電耗支出

元/t.cl

37.70

20

綜合能源支出

元/t.cl

113.56

21

燃煤支出比例

%

86.26

22

發(fā)電收益比例

%

-19.46

23

輔機(jī)電耗比例

%

33.20

   發(fā)電量低,不僅發(fā)電低于目標(biāo)值或保證值,而且小于裝機(jī)容量。

  目前噸熟料發(fā)電量大多在30~38 kWh/t.cl之間,有些更低些。如5000t/d的熟料生產(chǎn)線,

  普遍裝機(jī)為9或10MW,實(shí)際熟料生產(chǎn)量一般高于名義產(chǎn)量10%以上,按5600t/d計(jì)算,則保證發(fā)電功率為7.933MW;而相當(dāng)部分機(jī)組最大發(fā)電小于7.5MW,按平均發(fā)電計(jì)算7kW計(jì)算,則發(fā)電為30kWh/t.cl,如果按平均發(fā)電6.5MW計(jì)算,則27.9kWh/t.cl,與理論計(jì)算值38~42 kWh/t.cl,比較尚有較大的差距。

  發(fā)電高低差異原因有三:

  第一發(fā)電水泥余熱熱源差別。以5000t/d熟料生產(chǎn)線為例,由于熟料配比、燃煤的因素,生料預(yù)熱器出口煙氣溫度具有一定差值,通常在330~300℃之間,甚至更低;而煙氣量也不同,有些高達(dá)37萬(wàn)Nm3,有些只有31.5萬(wàn)Nm3;而生料粉磨系統(tǒng)不同,烘干所需的煙氣溫度也不完全相同,綜合以上因素,相同標(biāo)稱產(chǎn)量的熟料生產(chǎn)線提供的余熱發(fā)電可利用熱能可以相差30%。表3為有關(guān)因素對(duì)對(duì)余熱發(fā)電量影響的評(píng)估表,其中以熟料特性和燒成系統(tǒng)影響為大。

  如果由于可利用熱能不足而使發(fā)電低,無(wú)法滿足設(shè)置的裝機(jī)容量,則顯然設(shè)備閑置,造成浪費(fèi),相應(yīng)維護(hù)費(fèi)用升高。如5000t/d熟料生產(chǎn)線可利用熱能只能滿足6.5~7MW,按7.5MW而不是9MW配置發(fā)電機(jī)組,簡(jiǎn)單計(jì)算,相差16.7%的裝機(jī)容量和相應(yīng)的投資,而如果按7MW配置機(jī)組,則相差更大,為22.2%。

  第二,技術(shù)能力存在差異。換言之各服務(wù)商在熱源利用,發(fā)電系統(tǒng)擬合,設(shè)備選型,平面布置等方面存在區(qū)別和差異,不僅造成發(fā)電量差異,而且也將直接對(duì)投資、設(shè)備性能、可靠性以及維護(hù)等諸多方面產(chǎn)生影響,此外運(yùn)營(yíng)維護(hù)人員也亦參差不齊。

  第三,運(yùn)營(yíng)商差異。有些企業(yè)把關(guān)較好,而有些不是以技術(shù)方案、性價(jià)比、實(shí)力等為重要考察要素,而是單純以報(bào)價(jià)、以報(bào)出噸熟料發(fā)電量來(lái)評(píng)判服務(wù)商,并作為招標(biāo)的依據(jù),如此出現(xiàn)發(fā)電量低等問(wèn)題就不足為奇了。

表3 影響余熱發(fā)電量因素評(píng)估

序號(hào)

影響因素

影響參數(shù)

發(fā)電影響

1

生料磨系統(tǒng)

SP爐出口溫度

一般

2

分離器特性

SP爐入口溫度

SP爐煙氣量

一般

3

熟料燒成系統(tǒng)性能

AQC爐入口溫度

較大

AQC爐空氣量

較大

4

篦冷機(jī)性能

AQC爐空氣量

較大

AQC爐空氣溫度

一般

5

生料特性

AQC爐空氣溫度

AQC爐空氣量

一般

SP爐煙氣量

較大

6

實(shí)際產(chǎn)量

以上各參數(shù)

較大

  2、簡(jiǎn)單追求噸熟料發(fā)電量或噸熟料熱耗
  部分水泥企業(yè)片面追求發(fā)電量,并以噸熟料發(fā)電量指標(biāo)的高低評(píng)判發(fā)電服務(wù)商。而部份服務(wù)商為迎合水泥企業(yè)的意愿,在廢氣取氣點(diǎn)上做文章,手段主要是與二三次風(fēng)爭(zhēng)風(fēng)搶熱或利用其它高溫?zé)崮堋F浣Y(jié)果是可能發(fā)電量提高了,但是單位熟料熱耗也提高了。

  恰恰相反,有些企業(yè)不斷追求噸熟料熱耗的降低,和沒(méi)有配置余熱發(fā)電系統(tǒng)時(shí)一樣。如某水泥廠,熟料熱耗下降了15 kJ/kg.cl,但是余熱發(fā)電也由7000~8000kW降到了4000~4500kW。

  這兩種現(xiàn)象具有一定的普遍性,均追求局部效益,而未考慮整體,有失偏頗,不可取。余熱發(fā)電作為水泥熟料生產(chǎn)系統(tǒng)的子系統(tǒng),其與燒成系統(tǒng)在目標(biāo)本質(zhì)上是統(tǒng)一的,需要服從于總能耗最小原則,而局部最優(yōu)不一定整體最優(yōu)。

  3、重視發(fā)電量而忽視供電量
  眾所周知,有三個(gè)考察火力發(fā)電站經(jīng)濟(jì)性的指標(biāo),發(fā)電煤耗、供電煤耗和自用電率,這三者并不獨(dú)立,由發(fā)電煤耗和廠用電率決定了供電煤耗,供電煤耗為機(jī)組或發(fā)電站能源利用水平的衡量指標(biāo),既用于不同機(jī)組之間用能評(píng)判,也用于同一機(jī)組綜合評(píng)判,企業(yè)、行業(yè)用其進(jìn)行比較和統(tǒng)計(jì)。

  類似地,余熱發(fā)電站在強(qiáng)調(diào)發(fā)電量時(shí)不能忽略自用電,衡量發(fā)電站貢獻(xiàn)的是向外界提供了多少電能,而不是發(fā)了多少電能。事實(shí)上,有些供應(yīng)商選擇一些能耗高價(jià)格低的設(shè)備,發(fā)電站自用電量升高,當(dāng)然供電量下降。因此,噸熟料供電量比噸熟料發(fā)電更全面,考核和統(tǒng)計(jì)更合適。

  4、以噸熟料發(fā)電量評(píng)價(jià)余熱發(fā)電系統(tǒng)不夠全面
  噸熟料發(fā)電量由于簡(jiǎn)單和直觀而被大量使用,但其難以實(shí)現(xiàn)不同生產(chǎn)線間發(fā)電系統(tǒng)比較,也難以較好反映發(fā)電系統(tǒng)的完善程度。籠統(tǒng)的說(shuō)噸熟料發(fā)電高,則“發(fā)得好”,噸熟料發(fā)電低,則“發(fā)得不好”,則又不夠全面。

  規(guī)模相當(dāng)?shù)乃嗑€,所配置余熱發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電量差別很大,如5000t/d線,有些發(fā)電8500kW,有些只有7000kW,差別明顯。如果單純以噸熟料發(fā)電來(lái)說(shuō)二者相差明顯,似乎高下立判。前已述及,對(duì)相同熟料生產(chǎn)能力的不同生產(chǎn)線,所配置的SP鍋爐可利用熱能,可能相差30%。對(duì)于本例,如果發(fā)電7000kW的機(jī)組可利用熱能比8500kW的機(jī)組低20%,則應(yīng)是7000kW機(jī)組“發(fā)得好”,所以噸熟料指標(biāo)難以全面衡量熱能利用狀況。

  眾所周知,余熱發(fā)電受可利用余熱質(zhì)量的影響非常大,其次與發(fā)電系統(tǒng)的技術(shù)水平和運(yùn)行維護(hù)相關(guān)。關(guān)于可利用余熱資源的質(zhì)量,對(duì)窯頭余熱,可用兩個(gè)參數(shù)即可利用熱空氣量和溫度表示;對(duì)于窯尾余熱,可以以C1筒出口溫度和煙氣量,以及高溫風(fēng)機(jī)入口需要煙氣溫度等三個(gè)參數(shù)基本決定,如果更準(zhǔn)確些,則需要增加煙氣分組。余熱資源與熟料性質(zhì)和配比、燃煤性質(zhì),燒成工藝,生料和燃煤粉磨系統(tǒng)配置,實(shí)際熟料產(chǎn)量,熟料燒成等系統(tǒng)的運(yùn)行維護(hù)水平,以及其它要素的影響,這些要素為非發(fā)電系統(tǒng)本身要素。各因素及其影響相對(duì)大小見(jiàn)表3。

  對(duì)給定的水泥生產(chǎn)線,如具有相同的噸熟料發(fā)電量,由于自用電不同,對(duì)外的供電也將不同,所以“發(fā)得好”固然重要,但是“供得好”更重要。

  以噸熟料發(fā)電評(píng)判余熱發(fā)電系統(tǒng),不科學(xué),不完整,難以準(zhǔn)確全面比較不同發(fā)電系統(tǒng),因?yàn)槠涫茉S多余熱發(fā)電系統(tǒng)之外的因素影響。考察評(píng)價(jià)余熱發(fā)電系統(tǒng),應(yīng)摒棄除非發(fā)電系統(tǒng)要素,從發(fā)電系統(tǒng)本身出發(fā)。當(dāng)然投資的差異,也會(huì)對(duì)發(fā)電系統(tǒng)產(chǎn)生影響。

  需要說(shuō)明,噸熟料發(fā)電量這一指標(biāo)以其簡(jiǎn)單直觀而具有固有的優(yōu)勢(shì),可以使用在同一條線的不同方案比較,以及同一條線的不同時(shí)間段發(fā)點(diǎn)狀況的比較,也可以用在各水泥廠的統(tǒng)計(jì)以及行業(yè)統(tǒng)計(jì)。

  三、水泥余熱發(fā)電的發(fā)展方向
  1、  加大研究力度,提高對(duì)熱源特性的把握
  水泥窯余熱發(fā)電系統(tǒng)負(fù)荷率不高,一般為裝機(jī)的60~80%之間,考慮到余熱發(fā)電機(jī)組沒(méi)用燃燒系統(tǒng),同時(shí)沒(méi)有調(diào)度限負(fù)荷,而是按能力發(fā)電,因此與電力系統(tǒng)火電機(jī)組比較,差距明顯。其原因較多,但莫過(guò)于對(duì)熱源特性認(rèn)識(shí)掌握不足,有照葫蘆畫(huà)瓢之嫌。一些水泥發(fā)電服務(wù)商開(kāi)展了篦冷機(jī)工作特性研究,在此基礎(chǔ)上對(duì)不同AQC鍋爐取熱方式進(jìn)行了不同優(yōu)化,等等,但是從整個(gè)行業(yè)來(lái)看,仍然需要加強(qiáng)繼續(xù)努力,加強(qiáng)在下列方面的研究工作:

  1)  篦冷機(jī)工作特性的研究;
  2)  AQC鍋爐不同取風(fēng)方式對(duì)篦冷機(jī)影響的研究;
  3)  懸浮預(yù)熱器出口煙氣量和煙氣溫度的影響因素研究;
  4)  余熱鍋爐和燒成系統(tǒng)的能量耦合和優(yōu)化研究。

  2、熟料燒成和余熱發(fā)電作為一個(gè)整體,通過(guò)用能協(xié)調(diào)優(yōu)化,追求整體能耗最小
  余熱發(fā)電對(duì)水泥熟料生產(chǎn)為較新的系統(tǒng),為水泥熟料生產(chǎn)的必要配置和附屬系統(tǒng),回收熟料燒成余熱,降低水泥熟料能耗。因此,簡(jiǎn)單追求熟料燒成熱耗或余熱發(fā)電量都有失偏頗,更不用說(shuō)水泥燒成和余熱發(fā)電爭(zhēng)風(fēng)搶熱,甚至完全對(duì)立了。

     配置余熱發(fā)電后,必然對(duì)水泥熟料燒成產(chǎn)生影響。窯頭鍋爐的阻力使頭排風(fēng)機(jī)電耗增大,窯頭鍋爐的降溫使頭排風(fēng)機(jī)電耗減小,窯頭鍋爐設(shè)置而使漏風(fēng)增加。在窯尾,煙氣由增濕塔改走余熱鍋爐,無(wú)疑阻力增大,漏入空氣量增多,但是不用噴水。凡此種種,必然影響頭排風(fēng)機(jī)和高溫風(fēng)機(jī)工作,影響其電耗。同時(shí)窯頭鍋爐和二三次風(fēng)等存在爭(zhēng)風(fēng)搶熱現(xiàn)象。所有這些影響,在招標(biāo)和設(shè)計(jì)中均應(yīng)予以充分考慮。

  同時(shí)余熱發(fā)電系統(tǒng)的本身用電需要引起重視,再設(shè)計(jì)和考核中應(yīng)納入其中。

  所以,對(duì)于配置了余熱發(fā)電的水泥熟料燒成系統(tǒng),理應(yīng)考察熟料生產(chǎn)總體能耗,包括燃煤消耗,輔機(jī)電耗(或水泥生產(chǎn)電耗)和余熱發(fā)電回收電能,三者的代數(shù)和最小,即包括熟料生產(chǎn)系統(tǒng)綜合能耗最小。但對(duì)企業(yè),單位熟料能源采購(gòu)費(fèi)用最小也很重要。

  1)單位熟料綜合能耗
  單位綜合能耗Eintg定義為

  其中Wxons為包括余熱發(fā)電系統(tǒng)在內(nèi)的熟料生產(chǎn)系統(tǒng)電耗,kW;
    Wwrhg為余熱發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電功率,kW;
   (或者Wxons為不包括發(fā)電系統(tǒng)的熟料生產(chǎn)電耗,kW;Wwrhg為余熱發(fā)電系統(tǒng)供電功率,kW)
    Gcl為單位時(shí)間內(nèi)的熟料產(chǎn)量,kg/s
    Q為單位熟料生產(chǎn)所消耗燃煤具有的熱能,kW。

    (其中Gcoal為單位時(shí)間內(nèi)消耗原煤量,kg/s,Qnet為燃煤低位發(fā)熱量,kj/kg。)

  2)  單位熟料能源購(gòu)置費(fèi)用

  其中α為購(gòu)電成本,元/kWh;
    β為原煤成本,元/t
  其它參數(shù)同上。

  3、加強(qiáng)熱力系統(tǒng)配置和優(yōu)化的研究
  多年來(lái),多家水泥窯余熱發(fā)電技術(shù)和設(shè)備服務(wù)商做了大量的研究工作,不論是在系統(tǒng)優(yōu)化,余熱鍋爐和汽輪機(jī)開(kāi)發(fā),以及參數(shù)優(yōu)化和選擇,這些工作有力推動(dòng)了水泥余熱發(fā)電快速發(fā)展,但同時(shí)由于市場(chǎng)的快速發(fā)展,在一定程度上也影響研究工作的更深入發(fā)展,所以有必要在以下方向繼續(xù)做好進(jìn)一步的研究:

  1)AQC鍋爐和SP鍋爐的協(xié)調(diào);
  2)AQC鍋爐熱量利用方式優(yōu)化;
  3)SP鍋爐與懸浮預(yù)熱器熱量?jī)?yōu)化;
  4)給水除氧系統(tǒng)優(yōu)化;
  5)循環(huán)冷卻系統(tǒng)優(yōu)化。

  4、科學(xué)規(guī)范余熱發(fā)電評(píng)價(jià)指標(biāo)
  余熱發(fā)電系統(tǒng)設(shè)置,必然會(huì)對(duì)水泥燒成系統(tǒng)產(chǎn)生影響,除了使水泥廠外購(gòu)電減少的積極影響外,對(duì)窯頭除塵器、頭排風(fēng)機(jī)、煤磨、燒成、高溫風(fēng)機(jī)和生料研磨等環(huán)節(jié)都會(huì)產(chǎn)生作用。

  如前面所分析的,水泥企業(yè)終極追求為燒成綜合能耗最低或燒成能源購(gòu)置費(fèi)用最低。而對(duì)獨(dú)立的余熱發(fā)電系統(tǒng),該如何全面評(píng)價(jià)呢?顯然噸熟料發(fā)電、發(fā)電熱效率等均不夠完整,難以全面評(píng)價(jià)或衡量其用能效果,也難以對(duì)不同水泥余熱發(fā)電裝置間進(jìn)行比較。為此,應(yīng)引入發(fā)電(火用)效率、自用電和供電(火用)效率等三個(gè)指標(biāo)。

  1)  發(fā)電效率
  對(duì)于確定參數(shù)的廢熱,其單位最大做功能力可以用熱力學(xué)參數(shù)來(lái)表示,回收得到能量即發(fā)電量占可利用廢熱的百分比定義為發(fā)電效率,發(fā)電效率表示了系統(tǒng)對(duì)余熱的利用充分程度,可衡量余熱發(fā)電系統(tǒng)和裝置性能,即該系統(tǒng)的電能轉(zhuǎn)換能力。系統(tǒng)效率為:

  其中Wgen為通過(guò)發(fā)電系統(tǒng)獲得的,即發(fā)電量;
    Ex為發(fā)電系統(tǒng)可利用的外界總。

  效率與熱效率η的關(guān)系為

  其中E為系統(tǒng)可利用的總能量,其由Ex和無(wú)用能En兩部分組成;
  λ為能質(zhì)系數(shù),表示在可利用的總能量E中,可以轉(zhuǎn)化為功即的部分所占份額。

  2)自用電率
  余熱發(fā)電系統(tǒng)發(fā)出的電能,其中的少量被自己消耗,對(duì)外輸送電能減少,以自用電率p表示發(fā)電系統(tǒng)自消耗的電能Wcons占所發(fā)出電能Wgen的百分?jǐn)?shù);

  3)供電效率
  以供電效率表示發(fā)電系統(tǒng)向外界提供的電能占發(fā)電系統(tǒng)可用能的百分比。以效率能夠全面評(píng)價(jià)余熱發(fā)電系統(tǒng)電能轉(zhuǎn)換程度。

  以上三個(gè)指標(biāo)中,自用電率的計(jì)算簡(jiǎn)單直觀,而發(fā)電效率和供電效率稍抽象,比自用電率和熱效率計(jì)算稍復(fù)雜,在火力發(fā)電行業(yè),由于普遍使用煤炭發(fā)電,熱效率大致足夠,所以效率沒(méi)有被大量推廣使用,只在某些必要的分析過(guò)程使用。但對(duì)于余熱發(fā)電系統(tǒng),熱效率的局限較突出,所以為了全面評(píng)價(jià)和比較不同熱源的不同發(fā)電系統(tǒng)有必要推廣使用效率。

  5、余熱發(fā)電模式多樣化
  先余熱發(fā)電均為常規(guī)模式,即水和水蒸氣的朗肯循環(huán)。無(wú)疑,由于水和水蒸氣價(jià)格低廉,無(wú)毒無(wú)污染以及在高位區(qū)段良好的性能而被廣泛采用。但是水泥循環(huán)發(fā)電效率較低,這是由于水泥的工程熱物理特性所決定的,由于水的臨界溫度低而臨界壓力高,同時(shí)在環(huán)境溫度下飽和壓力很低,而在低壓下飽和溫度較高,等等,所以目前水蒸氣朗肯最高的循環(huán)效率也只有40%左右,而余熱發(fā)電系統(tǒng)的循環(huán)效率則更低,所以開(kāi)發(fā)適合發(fā)電的新工質(zhì),特別是低溫發(fā)電工質(zhì),受到普遍的重視,近數(shù)十年來(lái),利用有機(jī)工質(zhì)朗肯系統(tǒng)發(fā)電,以及其它形式發(fā)電的研究工作正在逐漸展開(kāi),主要為HFC-245fa、R123、R113等工質(zhì)。除了單一工質(zhì)循環(huán),采用混合工質(zhì)如氨水混合物的Klina循環(huán),充分利用各工質(zhì)的熱力學(xué)特性,為另一個(gè)研究方向,據(jù)報(bào)道,已在低溫工業(yè)廢熱回收發(fā)電和地?zé)岚l(fā)電方面獲得一定的應(yīng)用[3]。而且國(guó)內(nèi)有關(guān)大專院校,以及技術(shù)服務(wù)公司已開(kāi)始研究或引進(jìn)相關(guān)技術(shù)。

  作為常規(guī)水和水蒸氣工質(zhì)發(fā)電的必要補(bǔ)充,開(kāi)展有機(jī)熱工質(zhì)以及其它形式的發(fā)電技術(shù)研究,開(kāi)發(fā)適合水泥余熱,以及其它余熱的發(fā)電工質(zhì)、技術(shù)和設(shè)備,對(duì)于我們這樣的資源不足,而工業(yè)規(guī)模龐大和種類繁多的大國(guó)很有必要。

  6、余熱回收利用形式多樣化
  目前水泥廠的余熱利用基本都是采用余熱發(fā)電。無(wú)疑,由于電力的清潔,傳輸便捷和發(fā)電系統(tǒng)的相對(duì)成熟,以電力形式回收余熱通常具有較大的優(yōu)勢(shì)。其實(shí)余熱利用可以有多種形式,且各有所長(zhǎng),并非華山自古一條道。除了發(fā)電,可以制冷,采暖,同時(shí)部分余熱可以考慮被水泥生產(chǎn)工藝直接回收,各種利用形式也可以互補(bǔ)或存在,而事實(shí)上有些單位正在進(jìn)行有價(jià)值的研究和嘗試,且效果明顯。

  四、結(jié)論
  1、水泥窯余熱發(fā)電以其良好的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益而獲得快速發(fā)展。

  2、水泥窯余熱發(fā)電成效顯著,但問(wèn)題不少,突出表現(xiàn)在由于種種原因而使發(fā)電遠(yuǎn)小于裝機(jī)容量,沒(méi)有充分挖掘余熱資源,或余熱不足造成投資浪費(fèi);以及簡(jiǎn)單追求噸發(fā)電或水泥熟料熱耗,沒(méi)有把二者作為整體,追求整體利益最大;同時(shí)對(duì)余熱發(fā)電系統(tǒng)的評(píng)價(jià)也不夠全面和完整。

  3、為了水泥窯余熱發(fā)電系統(tǒng)的更好發(fā)展,需要加強(qiáng)對(duì)于熱源特性、熱力系統(tǒng)優(yōu)化和熱源優(yōu)化方面的研究工作,充分挖掘和優(yōu)化利用余熱資源。

  4、發(fā)電效率、自用電率、供電效率等指標(biāo),能夠客觀全面而有效的衡量余熱發(fā)電系統(tǒng)的完善程度。

  5、水泥余熱發(fā)電為水泥熟料生產(chǎn)的子系統(tǒng),與熟料燒成等系統(tǒng)組成熟料生產(chǎn)系統(tǒng),追求水泥熟料綜合熱耗或噸水泥熟料能源成本最小或最滿意,為配置余熱發(fā)電的熟料生產(chǎn)系統(tǒng)目標(biāo)。

  6、通過(guò)完善水和水蒸氣朗肯循環(huán)余熱發(fā)電系統(tǒng),引入其它模式余熱發(fā)電系統(tǒng),余熱利用多樣化,以及協(xié)調(diào)燒成和余熱發(fā)電用能等手段,降低水泥熟料生產(chǎn)消耗,追求配置余熱發(fā)電的水泥熟料生產(chǎn)企業(yè)收益最大化。

 

參考文獻(xiàn)
  [1]曾學(xué)敏.與共和國(guó)共鑄輝煌——水泥行業(yè)余熱發(fā)電事業(yè)發(fā)展報(bào)告,中國(guó)水泥,2009.10 18~22
  [2]曾學(xué)敏.余熱發(fā)電再創(chuàng)輝煌,中國(guó)水泥網(wǎng)
  http://www.chinacements.com/news/2009/3-24/C173029625.htm
  [3]丁力.Kalina循環(huán)及其在電站中的應(yīng)用,熱能動(dòng)力工程,1998.11

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2024-09-20 17:25:14