摘要:

水泥窯低溫余熱發電系統的方案優劣, 不能單純采用“噸熟料發電量”這一個指標。文章詳細分析了原料磨種類、原料水分、烘干氣體溫度、煤磨位置、增濕塔位置、預熱器級數對發電量的影響, 以及為追求高發電量而影響原水泥生產線正常運行的諸多不利狀況。在此基礎上, 作者對行業內存在熱點問題進行了相關的剖析。

0 前言

當前, 全國水泥行業利用預熱器和冷卻機的低溫余熱進行余熱發電的技術, 正如火如荼地得到普遍應用和推廣。采用這項技術, 不可避免地會對原有工藝流程、設備布置、風機參數帶來影響; 另一方面, 原料磨、煤磨的形式, 預熱器的級數和增濕塔的位置等等, 也影響到發電量。

我們認為單純采用“噸熟料發電量(kWh/t)”指標進行發電量和方案的對比是不科學、不準確的,不能全面反映方案的優越性。因工藝流程、設備選型和配置不同時會產生不同的熱焓量。本文擬從工藝設計觀點出發, 結合實際生產和設計中碰到的問題, 論述低溫余熱發電系統中熱能轉換為電能的各項影響因素, 以及熱耗與發電量的關系。
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我們知道, 發電系統有單壓不補氣、多壓補氣及復合閃蒸技術方案, 但三種模式并無本質區別,都是利用出預熱器320~380 ℃及出冷卻機350 ℃左右的廢氣組成低壓低溫、或中壓中低溫系統, 噸熟料發電量在32~40 kWh/t 之間。本文僅以單壓不補氣系統為基準進行方案比較和分析論述, 供參考。

1 生料磨采用立磨, 入磨物料水分對余熱發電系統的影響

從目前一般宣傳資料看, 出SP 爐的氣體溫度標明在230~250 ℃之間。應當說, 出SP 爐的溫度,是與生料磨選型及原料平均水分有關的。只有當選用立磨、輥壓機終粉磨及筒輥磨(HORO 磨) 粉磨生料, 且入磨平均水分在4%~4.5%時, 出SP 爐的氣體溫度才能控制在230~250 ℃之間。
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為提高烘干效率, 立磨要維持風環處有一定風速, 以滿足磨內提升懸浮物料的要求; 同理, 輥壓機終粉磨中的V 型選粉機及筒輥磨也需要一定的風量。根據傳熱基本公式, 氣體傳給物料的熱量q ( 4.18 kJ/kg) 隨入磨物料水分[w(H2O)] 的增大而提高, 即q∝w(H2O)∝Vct。由于風量V 基本為一常數( 折成標況下約為1~1.3 m3/kg) , 因此入磨熱風溫度t 與原料水分w(H2O)成正向關系。
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以立磨為例, 根據熱平衡計算可以求出水分不同時需要的熱風溫度t。

計算條件: 熟料臺時產量為5 500 t/d, 出預熱器廢氣量( 折成標況) 為1.5m3/kg; 立磨生料臺時產量450 t/h, 循環風量33%, 入磨風量( 折成標況) 1m3/kg。求得t 與w(H2O)的關系, 見表1 及圖1 所示。
由表1 及圖1 可見, 隨入磨物料水分增加, 立磨需要的熱風溫度愈高; 而能供給發電的熱量愈少。水分每增加1%, 如果要滿足立磨烘干水分所需的熱量, 則生產每kg 熟料供給SP 爐的發電熱量超過10 ×4.18 kJ, 那噸熟料的發電量就要降低3.0 kWh/t 以上。

低溫余熱發電的原則是先滿足工藝生產的需要。南方雨季多, 黏土水分經常>20%, 原料的平均綜合水分常超過5%, 對發電量影響很大。關于這一點, 在考慮余熱發電方案時, 一定不能忽略。