實(shí)現(xiàn)水泥熟料生產(chǎn)電網(wǎng)用電為零的技術(shù)途徑
在水泥生產(chǎn)過(guò)程中,能源的主要消耗為煤與電,分別反映為熱耗與電耗兩大類,其中熱耗包括由原材料烘干(烘干熱耗)、熟料煅燒消耗的熱量(燒成熱耗)和混合材烘干消耗的熱量(混合材烘干熱耗)組成,電耗包括由水泥生產(chǎn)過(guò)程中原燃料制備、熟料煅燒、水泥粉磨所消耗的電能(電耗)組成。因此實(shí)現(xiàn)水泥熟料生產(chǎn)電網(wǎng)用電為零是一項(xiàng)重要的節(jié)能課題。要實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo),需要通過(guò)水泥熟料生產(chǎn)線節(jié)電措施和余熱發(fā)電相結(jié)合來(lái)實(shí)現(xiàn),本文主要論述如何通過(guò)余熱發(fā)電來(lái)實(shí)現(xiàn)水泥熟料生產(chǎn)電網(wǎng)用電為零的途徑。
1.水泥行業(yè)余熱發(fā)電的目標(biāo)
在水泥熟料熱耗小于等于750Kcal/Kg、生料烘干廢氣溫度小于等于180℃、原煤水份小于等于12%的條件下,實(shí)現(xiàn)水泥熟料生產(chǎn)電網(wǎng)用電為零;
2.主要途徑
2.1 熟料生產(chǎn)線采用相關(guān)節(jié)電措施,做到熟料電耗小于等于52KWh(自粒度小于150mm的石灰石進(jìn)廠,到熟料入庫(kù))。
2.2 余熱電站采取如下技術(shù)措施
(1)余熱電站采用第二代雙壓余熱發(fā)電技術(shù),即采用冷卻機(jī)雙取風(fēng),蒸汽參數(shù)采用相對(duì)高壓、高溫蒸汽參數(shù)。
(2)冷卻機(jī)采用全循環(huán)風(fēng)技術(shù)。
(3)采用窯尾路放風(fēng)技術(shù),放風(fēng)率約為30%(相應(yīng)的熟料熱耗增加值不高于15.5Kcal/Kg)
(4)采用窯筒體輻射熱回收利用技術(shù)并用于發(fā)電。
通過(guò)以上措施,可實(shí)現(xiàn)余熱電站每噸熟料發(fā)電能力達(dá)到56KWh以上。下面就每項(xiàng)途徑展開分別論述。
3.第二代余熱發(fā)電技術(shù)
第二代余熱發(fā)電熱力系統(tǒng)的標(biāo)志為:系統(tǒng)主蒸汽參數(shù)采用1.27~3.43MPa--340~435℃次中壓中溫參數(shù)。通常來(lái)講,目前所采用的熱力系統(tǒng)方案一般為(基本型):系統(tǒng)主蒸汽參數(shù)采用1.27~2.29MPa--340~380℃次中壓中溫參數(shù)的補(bǔ)汽式方案,次中壓中溫蒸汽參數(shù)(蒸汽溫度可調(diào))、汽輪機(jī)兩個(gè)進(jìn)汽口的帶補(bǔ)汽熱力系統(tǒng)。
采用第二代余熱發(fā)電熱力系統(tǒng),余熱電站每噸熟料發(fā)電能力可達(dá)到38~42KWh以上。以5800t/d水泥窯熟料生產(chǎn)線(熟料熱耗730Kcal/Kg,,,窯尾預(yù)熱器出口廢氣溫度320℃,生料烘干所需廢氣溫度190℃)的余熱電站為例,熱力系統(tǒng)詳見圖K01。
圖K01(常規(guī))5800t窯余熱電站熱力系統(tǒng)圖
4.冷卻機(jī)全循環(huán)風(fēng)
4.1冷卻機(jī)循環(huán)風(fēng)原理
通常情況下,冷卻機(jī)冷卻風(fēng)為冷卻機(jī)鼓風(fēng)機(jī)直接抽取的大氣,鼓風(fēng)溫度(冷卻機(jī)冷卻空氣進(jìn)氣溫度)為環(huán)境溫度(設(shè)計(jì)計(jì)算一般取25℃)。冷卻機(jī)排出的廢氣仍為空氣,配置余熱鍋爐后,余熱鍋爐排出的廢氣與冷卻機(jī)“低溫區(qū)”直接排出的廢氣混合后進(jìn)入冷卻機(jī)廢氣收塵器,收塵器排出的廢氣經(jīng)煙囪排入大氣(廢氣溫度一般為90℃~110℃、含塵濃度一般小于50mmg/Nm3)
將冷卻機(jī)廢氣收塵器排出的部分90℃~110℃--50mmg/Nm3廢氣(一般為總廢氣量的70%以上 )再回入冷卻機(jī)鼓風(fēng)機(jī)入口取代部分環(huán)境空氣(即:提高冷卻機(jī)鼓風(fēng)溫度)
通過(guò)冷卻機(jī)全循環(huán)風(fēng)系統(tǒng),余熱電站的發(fā)電量可增加12~15%。以5800t/d水泥熟料生產(chǎn)線(熟料熱耗730Kcal/Kg,,,窯尾預(yù)熱器出口廢氣溫度320℃,生料烘干所需廢氣溫度190℃)的余熱電站為例,熱力系統(tǒng)詳見圖K02。
圖K02(循環(huán)風(fēng))5800t窯余熱電站熱力系統(tǒng)圖
冷卻機(jī)循環(huán)風(fēng)系統(tǒng)實(shí)例圖
冷卻機(jī)循環(huán)風(fēng)系統(tǒng)實(shí)例圖
4.2 采用循環(huán)風(fēng)的范圍
由于冷卻機(jī)高溫區(qū)直接冷卻高溫熟料,為了保證熟料質(zhì)量,高溫區(qū)熟料需要急冷,因此,高溫區(qū)不宜采用循環(huán)風(fēng)。
適于采用循環(huán)風(fēng)的范圍:冷卻機(jī)的“次高溫區(qū)”、“中溫區(qū)”、“低溫區(qū)”-----即冷卻機(jī)產(chǎn)生用于發(fā)電的廢氣區(qū)域的循環(huán)風(fēng)-----稱為“冷卻機(jī)全循環(huán)風(fēng)”。
4.3 冷卻機(jī)采用全循環(huán)風(fēng)時(shí)的注意事項(xiàng)
(1)考慮冷卻機(jī)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度,風(fēng)室內(nèi)傳動(dòng)裝置、各類傳感器等對(duì)溫度達(dá)要求,冷卻機(jī)鼓風(fēng)溫度一般不高于80℃(需將冷卻機(jī)廢氣收塵器排出的90℃~110℃--50mmg/Nm3廢氣與部分環(huán)境空氣混合至不高于80℃)。
(2)冷卻機(jī)鼓風(fēng)機(jī):需要更換冷卻機(jī)鼓風(fēng)機(jī),更換范圍為冷卻機(jī)“次高溫區(qū)”、“中溫區(qū)”、“低溫區(qū)”所對(duì)應(yīng)的鼓風(fēng)機(jī),具體更換臺(tái)數(shù)及更換后的風(fēng)機(jī)參數(shù)需根據(jù)冷卻機(jī)總圖、篦板布置圖及鼓風(fēng)機(jī)配置圖核算確定。
(3)冷卻機(jī)風(fēng)室:需要考慮風(fēng)室風(fēng)溫達(dá)到80℃左右(當(dāng)窯頭收塵器故障時(shí)也可能有粉塵)時(shí),風(fēng)室內(nèi)傳動(dòng)裝置、各類傳感器等的適應(yīng)性。
4.4 冷卻機(jī)采用全循環(huán)風(fēng)后的廢氣參數(shù)變化
(1)用于窯尾燃料燃燒的三次風(fēng)參數(shù)不變。
(2)用于窯頭燃料燃燒的二次風(fēng)參數(shù)不變。
(3)冷卻機(jī)排出的總廢氣溫度提高40~50℃。
(4)冷卻機(jī)出料溫度升高增加值不超過(guò)10℃。
4.5 效果
將未采用循環(huán)風(fēng)前冷卻機(jī)排入大氣的90℃~110℃廢氣的70%以上回收并用于發(fā)電,在減少?gòu)U氣排放、減少大氣污染的基礎(chǔ)上,視冷卻機(jī)、環(huán)境空氣溫度情況,余熱發(fā)電能力可提高12%以上(或每噸熟料發(fā)電能力提高4.5KWh以上----環(huán)境空氣溫度越低,余熱發(fā)電能力提高的幅度越大)。
5.窯尾旁路放風(fēng)
5.1 旁路放風(fēng)的定義
將窯內(nèi)產(chǎn)生的廢氣自窯尾煙室抽出部分,抽出的廢氣不再回入窯系統(tǒng)(包括分解爐、預(yù)熱器、生料系統(tǒng))的措施稱為“旁路放風(fēng)”。
自窯尾煙室抽出的廢氣量與窯內(nèi)產(chǎn)生的總廢氣量之比稱為“旁路放風(fēng)率”
5.2 旁路放風(fēng)的目的
旁路放風(fēng)的主要目的是通過(guò)放風(fēng)將窯尾煙室含有濃度較高鉀、鈉、氯等廢氣和粉塵排出生產(chǎn)系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)燒成系統(tǒng)的穩(wěn)定和正常運(yùn)行,生產(chǎn)高品質(zhì)的低堿水泥熟料,或者擴(kuò)大低價(jià)原、燃料來(lái)源。
而通過(guò)旁路放風(fēng)系統(tǒng)排出的高溫廢氣可通過(guò)余熱回收系統(tǒng)生產(chǎn)蒸汽用于發(fā)電,增加余熱電站的發(fā)電量。
5.3 旁路放風(fēng)對(duì)窯系統(tǒng)的影響
根據(jù)放風(fēng)率不同,采用窯尾旁路放風(fēng)系統(tǒng)后,窯系統(tǒng)下列參數(shù)將發(fā)生變化:
(1)分解爐內(nèi)煤燃燒氧濃度有所提高;
(2)二次風(fēng)參數(shù):風(fēng)量增加、風(fēng)溫略有降低;
(3)三次風(fēng)參數(shù):風(fēng)量增加、風(fēng)溫略有降低;
(4)分解爐需補(bǔ)充空氣;
(5)入冷卻機(jī)熟料殘?zhí)剂浚河擅縆g熟料7~10g降低為3~5g;
(6)熟料熱耗:有所增加。通?;蚶碚撚?jì)算來(lái)講,旁路放風(fēng)自窯尾煙室放出多少熱量,窯尾分解爐即需補(bǔ)充多少熱量(相應(yīng)增加燃料喂入量),但根據(jù)已投產(chǎn)的多條旁路放風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)行結(jié)果,當(dāng)旁路放風(fēng)率小于30%時(shí),因旁路放風(fēng)增加的窯系統(tǒng)燃料入量(熟料熱耗):不高于通常理論計(jì)算增加燃料喂入量的40%。
5.4 旁路放風(fēng)余熱發(fā)電
利用旁路放風(fēng)系統(tǒng)排出的高溫廢氣可通過(guò)余熱回收系統(tǒng)生產(chǎn)蒸汽用于發(fā)電,增加余熱電站的發(fā)電量,不同的放風(fēng)率,發(fā)電值增加不同。以5800t/d水泥熟料生產(chǎn)線(熟料熱耗730Kcal/Kg,,,窯尾預(yù)熱器出口廢氣溫度320℃,生料烘干所需廢氣溫度190℃)余熱電站為例,熱力系統(tǒng)詳見圖K03。
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圖K03(旁路放風(fēng))5800t窯余熱電站熱力系統(tǒng)圖
窯尾旁路放風(fēng)系統(tǒng)實(shí)例圖
5.5 旁路放風(fēng)的效果
(1)熟料強(qiáng)度及堿當(dāng)量的變化:28天強(qiáng)度提高2MPa以上(3天強(qiáng)度降低2MPa以下),堿當(dāng)量降低30%以上(在窯尾不放風(fēng)時(shí)熟料堿當(dāng)量大于1.0及入窯生料中氯離子大于0.01%的條件下)。
(2)可利用低品位原燃料,或可擴(kuò)大原燃料來(lái)源(降低燃料、原料成本)。
(3)解決窯尾煙室、分解爐、預(yù)熱器等結(jié)皮堵塞問(wèn)題。
(4)為利用水泥窯處理垃圾且不影響熟料產(chǎn)質(zhì)量創(chuàng)造基本條件。
(5)降低窯尾預(yù)熱器廢氣SO2、NOx濃度及脫銷運(yùn)行成本。
(6)提高余熱電站發(fā)電能力:在旁路放風(fēng)率為10%~30%時(shí),發(fā)電能力可增加15%~35%(或每噸熟料發(fā)電能力增加4.5KWh~12.5KWh)。
某熟料實(shí)際產(chǎn)量6300t/d水泥窯-30%旁路防風(fēng)入窯生料及放風(fēng)系統(tǒng)各點(diǎn)灰的化學(xué)成分見下表:
5.4 存在的問(wèn)題
(1)由于旁路放風(fēng)帶出的灰量較大,且灰中鉀、鈉、氯等有害物濃度較高,因此,灰的處理方式需要根據(jù)各工廠實(shí)際情況確定。
(2)目前灰的處理方式一般有幾種:1)不考慮熟料降堿時(shí)將灰回入窯系統(tǒng)、2)將灰作為混凝土基材、3)將灰作為道路基材、4)制磚。
(3)旁路放風(fēng)投入后為了實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)目標(biāo),窯系統(tǒng)操作方式需要在本公司指導(dǎo)下進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。
(4)旁路放風(fēng)放出的廢氣中氮氧化物、SO2濃度較高(一般高于排放標(biāo)準(zhǔn)),因此,一般需要為旁路放風(fēng)廢氣單獨(dú)設(shè)置脫硫、脫銷裝置(通常情況下,旁路放風(fēng)脫硫、脫銷裝置投運(yùn)后,窯尾預(yù)熱器排出的廢氣之脫硫、脫銷裝置可以停運(yùn)----需根據(jù)旁路放風(fēng)率、各工廠實(shí)際情況確定)
6.窯筒體輻射熱回收利用
回轉(zhuǎn)窯筒體外表面溫度大部分介于250-380℃之間,每平方米筒體外表面每小時(shí)總輻射熱損失在2500~8200Kcal左右。由于窯筒體處于懸空旋轉(zhuǎn)且前后竄動(dòng)狀態(tài)、表面溫度相對(duì)較低且必須不影響窯的生產(chǎn)、檢修及筒體溫度檢測(cè),因此回收窯筒體外表面熱損失技術(shù)難度較大。
我公司為了回收窯筒體輻射熱,自2005年起進(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn)研究,從初期的只能生產(chǎn)熱水(用于生活用熱、冬季供暖、夏季空調(diào)),到可以生產(chǎn)蒸汽并用于發(fā)電,先后用了近10年時(shí)間,期間積累了豐富的設(shè)計(jì)、制造、安裝、運(yùn)行維護(hù)窯筒體輻射熱回收裝置(系統(tǒng))經(jīng)驗(yàn),達(dá)到了“回收窯筒體輻射熱并用于發(fā)電”的目的。
根據(jù)我公司經(jīng)驗(yàn),利用水泥窯散熱帶、燒成帶、過(guò)渡帶、加熱帶等輻射熱,可生產(chǎn)的蒸汽參數(shù)為:壓力0.2~0.4MPa、飽和溫度~180℃;根據(jù)水泥窯的規(guī)格及可設(shè)置輻射熱回收裝置的部位,生產(chǎn)的蒸汽量在1.5t/h~4.0t/h,發(fā)電能力在100~370KW。
窯筒體輻射熱回收裝置實(shí)例圖(實(shí)驗(yàn)裝置,生產(chǎn)熱水)
窯筒體輻射熱回收裝置實(shí)例圖(蒸汽)
7.綜合說(shuō)明
水泥熟料生產(chǎn)如采用以上措施,可完全實(shí)現(xiàn)水泥熟料生產(chǎn)電網(wǎng)用電為零的目標(biāo)。
以5800t/d水泥熟料生產(chǎn)線(熟料熱耗730Kcal/Kg,,,窯尾預(yù)熱器出口廢氣溫度320℃,生料烘干所需廢氣溫度190℃)余熱電站為例,熱力系統(tǒng)詳見圖K04、K05。
圖K04(旁路放風(fēng)+循環(huán)風(fēng))5800t窯余熱電站熱力系統(tǒng)圖
圖K05(旁路放風(fēng)+循環(huán)風(fēng)+窯筒體)5800t窯余熱電站熱力系統(tǒng)圖
編輯:俞美玲
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