对水泥窑低温余热发电问题评述.docVIP

对水泥窑低温余热发电问题评述 作者：李小莉, 刘东莱 单位:浙江中材工程设计研究院有限公司 [2009-3-24]关键字:余热发电-方案评价 摘要:水泥窑低温余热发电系统的方案优劣,?不能单纯采用“吨熟料发电量”这一个指标。文章详细分析了原料磨种类、原料水分、烘干气体温度、煤磨位置、增湿塔位置、预热器级数对发电量的影响,?以及为追求高发电量而影响原水泥生产线正常运行的诸多不利状况。在此基础上,?作者对行业内存在热点问题进行了相关的剖析。 　　0 前言 　　当前, 全国水泥行业利用预热器和冷却机的低温余热进行余热发电的技术, 正如火如荼地得到普遍应用和推广。采用这项技术, 不可避免地会对原有工艺流程、设备布置、风机参数带来影响; 另一方面, 原料磨、煤磨的形式, 预热器的级数和增湿塔的位置等等, 也影响到发电量。 ? 　　我们认为单纯采用“吨熟料发电量(kWh/t)”指标进行发电量和方案的对比是不科学、不准确的,不能全面反映方案的优越性。因工艺流程、设备选型和配置不同时会产生不同的热焓量。本文拟从工艺设计观点出发, 结合实际生产和设计中碰到的问题, 论述低温余热发电系统中热能转换为电能的各项影响因素, 以及热耗与发电量的关系。 ? 　　我们知道, 发电系统有单压不补气、多压补气及复合闪蒸技术方案, 但三种模式并无本质区别,都是利用出预热器320~380 及出冷却机350 左右的废气组成低压低温、或中压中低温系统, 吨熟料发电量在32~40 kWh/t 之间。本文仅以单压不补气系统为基准进行方案比较和分析论述, 供参考。 ? 　　1 生料磨采用立磨, 入磨物料水分对余热发电系统的影响 　　从目前一般宣传资料看, 出SP 炉的气体温度标明在230~250 之间。应当说, 出SP 炉的温度,是与生料磨选型及原料平均水分有关的。只有当选用立磨、辊压机终粉磨及筒辊磨(HORO 磨) 粉磨生料, 且入磨平均水分在4%~4.5%时, 出SP 炉的气体温度才能控制在230~250 之间。 　　为提高烘干效率, 立磨要维持风环处有一定风速, 以满足磨内提升悬浮物料的要求; 同理, 辊压机终粉磨中的V 型选粉机及筒辊磨也需要一定的风量。根据传热基本公式, 气体传给物料的热量q ( 4.18 kJ/kg) 随入磨物料水分[w(H2O)] 的增大而提高, 即qw(H2O)∝Vct。由于风量V 基本为一常数( 折成标况下约为1~1.3 m3/kg) , 因此入磨热风温度t 与原料水分w(H2O)成正向关系。 　　以立磨为例, 根据热平衡计算可以求出水分不同时需要的热风温度t。 计算条件: 熟料台时产量为5 500 t/d, 出预热器废气量( 折成标况) 为1.5m3/kg; 立磨生料台时产量450 t/h, 循环风量33%, 入磨风量( 折成标况) 1m3/kg。求得t 与w(H2O)的关系, 见表1 及图1 所示。　　由表1 及图1 可见, 随入磨物料水分增加, 立磨需要的热风温度愈高; 而能供给发电的热量愈少。水分每增加1%, 如果要满足立磨烘干水分所需的热量, 则生产每kg 熟料供给SP 炉的发电热量超过10 ×4.18 kJ, 那吨熟料的发电量就要降低3.0 kWh/t 以上。 　　表1 物料水分与入磨风温及发电量等的关系 　　低温余热发电的原则是先满足工艺生产的需要。南方雨季多, 黏土水分经常20%, 原料的平均综合水分常超过5%, 对发电量影响很大。关于这一点, 在考虑余热发电方案时, 一定不能忽略。 2 生料磨选用球磨时对热源温度的要求用立磨烘干原料, 因喷环需要一定风速( 70~90m/s) 才能把颗粒带出, 因而需要大风量( 折成标况为1~1.3 m3/kg) 。而球磨( 包括中卸磨, 尾卸磨、风扫磨) 则需要高温气体, 其烘干风量约仅为立磨的一半, 如图2 所示。如果原料中f- SiO2 高、易磨性差, 不适于采用立磨, 必须采用球磨时, 原料磨系统的运行应通入温度300的高温风; 但为了配合发电系统, 往往只能通入低于250 的气体, 这样势必会影响生料磨系统的生产运行, 具体分析如下。 ( 1) 会使烘干能力下降。如宁国水泥厂Φ5m×(10.4+3.5) m 中卸原料磨, 原设计入磨气体温度350 , 加SP 炉后为增加发电量, 将入磨气体温度降至250 , 结果造成磨内传热速率降低, 烘干能力下降。特别到雨季时, 入磨平均水分5%, 则需要出SP 炉气体旁路放风, 以提高入磨气体温度。 ( 2) 会引起粉磨系统电耗增大。20 世纪70 年代引进的预热器多为四级( 如冀东、宁国、珠江、柳州) , 出C1 筒气体温度高达380～400。根据热平衡计算, 宁国厂入磨气体温度350 , 原料水分由5%烘干到0.5%时, 每kg生料需