預(yù)分解窯余熱發(fā)電系統(tǒng)配置的合理性探討
2010-12-08 00:00
1 水泥生產(chǎn)系統(tǒng)的規(guī)模與生產(chǎn)能力
水泥生產(chǎn)系統(tǒng)的規(guī)模應(yīng)該是整個(gè)生產(chǎn)線的生產(chǎn)能力，但在水泥行業(yè)實(shí)際生產(chǎn)中往往超過(guò)生產(chǎn)規(guī)模、提高生產(chǎn)能力的情況是很普遍的，而生產(chǎn)能力的變化又直接影響到廢氣參數(shù)，這就引出了余熱發(fā)電系統(tǒng)的匹配問(wèn)題。表面看是同規(guī)模的生產(chǎn)線，其生產(chǎn)能力可能不相同，其中可能會(huì)受到原燃料、海拔高度、設(shè)備選型等諸多因素的影響。在配置余熱發(fā)電系統(tǒng)時(shí)應(yīng)根據(jù)具體情況進(jìn)行設(shè)計(jì)才能取得好的效果，而不是某一生產(chǎn)規(guī)模就必須達(dá)到多少發(fā)電量，這只是一種大致的配置，而不是絕對(duì)的。也不是達(dá)不到多少發(fā)電量就是技術(shù)落后，超過(guò)了多少就是技術(shù)先進(jìn)，這種說(shuō)法既不科學(xué)、也不全面。
2 水泥生產(chǎn)過(guò)程的波動(dòng)性
水泥生產(chǎn)過(guò)程的正常波動(dòng)，余熱發(fā)電系統(tǒng)也是可以適應(yīng)的，但較大的無(wú)規(guī)律性的波動(dòng)對(duì)余熱發(fā)電系統(tǒng)很不利，如煤磨需要從窯頭篦冷機(jī)抽風(fēng)用于烘干時(shí)，煤磨的運(yùn)轉(zhuǎn)不會(huì)與窯系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)完全同步，必然存在煤磨抽風(fēng)時(shí)和不抽風(fēng)時(shí)供余熱發(fā)電的氣體量與氣體溫度的變化。從理論分析來(lái)看，如果余熱發(fā)電系統(tǒng)不與水泥生產(chǎn)系統(tǒng)爭(zhēng)風(fēng)爭(zhēng)熱時(shí)，要保持系統(tǒng)的平衡，對(duì) 2 500～ 5 000 t/d規(guī)模的余熱發(fā)電系統(tǒng)供風(fēng)會(huì)有16 000～ 35 000 Nm3/ h 的風(fēng)量差和 10 ℃左右的溫差。余熱發(fā)電系統(tǒng)必須要有應(yīng)對(duì)這種波動(dòng)的措施，而且發(fā)電量也會(huì)有所變化。在設(shè)計(jì)余熱發(fā)電系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)將這種波動(dòng)的參數(shù)詳細(xì)提供給鍋爐和汽輪機(jī)的制造商，并在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)采取相應(yīng)的調(diào)整措施。但在實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行過(guò)程中，系統(tǒng)平衡也不是絕對(duì)的，實(shí)際操作也很難控制得恰倒好處。為了保持系統(tǒng)穩(wěn)定，余熱發(fā)電系統(tǒng)完全有可能存在與水泥系統(tǒng)爭(zhēng)熱的問(wèn)題，因此，最好讓煤磨使用窯尾余熱鍋爐出口的廢氣作為烘干熱源，從源頭上消除這種波動(dòng)。
3 窯頭篦冷機(jī)的抽風(fēng)口位置
從熱量平衡的角度分析，如果篦冷機(jī)抽風(fēng)口靠冷端，相對(duì)溫度低、氣量大；抽風(fēng)口靠熱端，相對(duì)溫度高，氣量也小一些。按理論計(jì)算，在余熱發(fā)電系統(tǒng)不與水泥生產(chǎn)系統(tǒng)爭(zhēng)熱的前提下，從發(fā)電量看，氣量低、溫度高的廢氣發(fā)電量大于氣量大、溫度低的廢氣發(fā)電量。所以用于余熱發(fā)電的篦冷機(jī)抽風(fēng)口應(yīng)向熱端靠近更為有利，可布置在一般煤磨抽風(fēng)口的位置或靠近煤磨抽風(fēng)口的位置，而常規(guī)的冷端抽風(fēng)口只作為余熱發(fā)電系統(tǒng)停運(yùn)時(shí)的排氣通道。如果在篦冷機(jī)上設(shè)很多個(gè)抽風(fēng)口同時(shí)抽氣用于余熱發(fā)電，會(huì)使系統(tǒng)很復(fù)雜，會(huì)增加投資、增加漏風(fēng)點(diǎn)、增加工藝布置和操作的難度；實(shí)際運(yùn)行中，水泥生產(chǎn)系統(tǒng)也會(huì)產(chǎn)生波動(dòng)，分段抽風(fēng)的控制很難把握，容易加大與水泥系統(tǒng)爭(zhēng)熱的概率。
4 余熱發(fā)電系統(tǒng)與水泥生產(chǎn)系統(tǒng)的熱量平衡
余熱發(fā)電系統(tǒng)是否與水泥生產(chǎn)系統(tǒng)爭(zhēng)熱的問(wèn)題一直存在著一些爭(zhēng)議，首先是考核機(jī)制不明確，是否爭(zhēng)熱應(yīng)以什么原則為標(biāo)準(zhǔn)，只有在考核原則明確的前提下才能界定是否存在爭(zhēng)熱的問(wèn)題。但在工業(yè)生產(chǎn)中要保證絕對(duì)不爭(zhēng)熱，理論上是可以的，實(shí)際做起來(lái)會(huì)很難，只能是將這種情況控制在一定指標(biāo)范圍之內(nèi)即可認(rèn)為是合理的。
將水泥生產(chǎn)系統(tǒng)的熱耗和發(fā)電量聯(lián)系在一起進(jìn)行衡量應(yīng)該是必要的，但水泥熟料的熱耗是以單位熟料指標(biāo)定義的，這里存在兩個(gè)問(wèn)題：一是設(shè)計(jì)規(guī)范對(duì)熱耗指標(biāo)的要求都有一個(gè)范圍，如 2 000～ 4 000 t/d，4 000 t/ d 及以上等，并沒(méi)有對(duì)生產(chǎn)規(guī)模進(jìn)行細(xì)分，如果要細(xì)分，熱耗指標(biāo)是有差異的；二是生產(chǎn)規(guī)模與實(shí)際生產(chǎn)能力是有差異的，這個(gè)問(wèn)題在前面已經(jīng)討論過(guò)。因此，除了熟料熱耗外，還應(yīng)該考慮水泥生產(chǎn)系統(tǒng)的實(shí)際生產(chǎn)能力，單位熱耗指標(biāo)會(huì)因?qū)嶋H生產(chǎn)能力的不同而不同。此外，生產(chǎn)能力相同，使用的燃料不同也會(huì)使熟料熱耗發(fā)生變化。所以要制定一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)有很大難度，具體項(xiàng)目要具體分析，不能一概而論。
具體對(duì)某一個(gè)項(xiàng)目而言，要衡量余熱發(fā)電系統(tǒng)配置是否合理，除了余熱發(fā)電系統(tǒng)本身的效率外，還應(yīng)看其與水泥生產(chǎn)系統(tǒng)的匹配是否合理，應(yīng)該將水泥系統(tǒng)實(shí)際生產(chǎn)能力、熟料熱耗、發(fā)電量聯(lián)系在一起進(jìn)行考核。比如，在余熱發(fā)電系統(tǒng)沒(méi)有投入運(yùn)行時(shí)考核水泥生產(chǎn)系統(tǒng)，這時(shí)的實(shí)際生產(chǎn)能力與熟料熱耗有一對(duì)應(yīng)指標(biāo)，同時(shí)還有一個(gè)長(zhǎng)期運(yùn)行指標(biāo)，如連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)一個(gè)月的平均指標(biāo)；然后投入余熱發(fā)電系統(tǒng)之后，生產(chǎn)能力、熱耗、發(fā)電量也有一個(gè)對(duì)應(yīng)指標(biāo)，也同樣連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)一個(gè)月，可得到月平均指標(biāo)。這時(shí)將未投運(yùn)余熱發(fā)電系統(tǒng)與投運(yùn)余熱發(fā)電系統(tǒng)的指標(biāo)進(jìn)行對(duì)比，就基本可看出余熱發(fā)電系統(tǒng)是否與水泥系統(tǒng)爭(zhēng)熱。當(dāng)然，余熱發(fā)電系統(tǒng)本身的因素也會(huì)影響發(fā)電量，如鍋爐的效率、汽輪機(jī)的效率、系統(tǒng)綜合效率都應(yīng)作為發(fā)電量指標(biāo)的考慮因素。
5 盡量充分利用廢熱
多數(shù)水泥廠排出的廢熱都來(lái)自窯系統(tǒng)，單獨(dú)設(shè)烘干系統(tǒng)的比較少，窯系統(tǒng)的廢熱排出點(diǎn)主要還是窯尾預(yù)熱器出口和冷卻機(jī)出口，設(shè)備表層的散熱如果要回收，其技術(shù)上可行，但投入與收益是不相稱的，重點(diǎn)還是應(yīng)該考慮將廢氣中的熱充分回收利用。
余熱鍋爐的廢氣進(jìn)氣溫度是水泥生產(chǎn)系統(tǒng)決定的，窯尾鍋爐的排氣溫度要考慮原燃料烘干所需要的熱量，其排氣溫度一般都在200 ℃以上，從熱源上沒(méi)有更多可挖掘的余地。而窯頭鍋爐的排氣經(jīng)處理后排空，已不再使用，其熱量應(yīng)考慮充分回收，當(dāng)然溫度盡量低些更好，但又必須受到一些條件的約束和限制。
5.1 露點(diǎn)溫度
如果僅看露點(diǎn)溫度，窯頭鍋爐的排氣溫度應(yīng)高于露點(diǎn)溫度 10～ 20 ℃即可，若氣體中含硫，會(huì)對(duì)設(shè)備產(chǎn)生腐蝕，因此，應(yīng)以酸露點(diǎn)溫度為準(zhǔn)，但在窯頭篦冷機(jī)廢氣中基本可以不考慮SO3 的含量，主要以水露點(diǎn)溫度為準(zhǔn)。氣體的露點(diǎn)溫度見(jiàn)表1。
表1氣體的露點(diǎn)溫度
5.2 節(jié)點(diǎn)溫差
在確定鍋爐排氣溫度時(shí)還不能只考慮氣體的露點(diǎn)溫度，還需要考慮余熱鍋爐中蒸發(fā)器入口處廢氣的溫度與選定壓力下的飽和水溫度之間的差值（稱為節(jié)點(diǎn)溫差），隨著節(jié)點(diǎn)溫差的減小，鍋爐的排氣溫度也會(huì)相應(yīng)地減小，這將有利于提高鍋爐的熱效率，但同時(shí)也增大了鍋爐的換熱面積和阻力損失，相應(yīng)增加鍋爐的投資費(fèi)用。此外，選定壓力越高，飽和水溫度也越高，同樣影響到節(jié)點(diǎn)溫差。顯然，節(jié)點(diǎn)溫差是不能為零的，否則鍋爐的換熱面積將增為無(wú)窮大，這也是不現(xiàn)實(shí)的。因此節(jié)點(diǎn)溫差應(yīng)有一個(gè)合理的值，這也可以解釋單壓系統(tǒng)的排氣溫度總是高于相應(yīng)雙壓系統(tǒng)的排氣溫度。由于鍋爐的排氣溫度與投資費(fèi)用相矛盾，設(shè)計(jì)需要尋求其最佳點(diǎn)，并作為選型依據(jù)，這也是進(jìn)行系統(tǒng)優(yōu)化需要做的工作。
5.3 系統(tǒng)差異
當(dāng)分別采用單壓、雙壓、閃蒸系統(tǒng)時(shí)，熱回收率不同，當(dāng)然雙壓系統(tǒng)的熱回收率高一些，同時(shí)投資也增加，操作維護(hù)的難度都加大，選擇時(shí)需要綜合考慮，不僅僅是只考慮多回收熱量。從計(jì)算比較來(lái)看，雙壓系統(tǒng)比單壓系統(tǒng)發(fā)電量增加大約1.5%～1.9%，機(jī)組熱效率增加約1.7%。在常規(guī)發(fā)電系統(tǒng)中三壓系統(tǒng)比雙壓系統(tǒng)機(jī)組熱效率增加約0.6%，可更多地回收熱量，而在純低溫余熱發(fā)電系統(tǒng)中廢氣溫度低，不適合采用三壓系統(tǒng)，且經(jīng)濟(jì)性也不佳，采用雙壓系統(tǒng)已經(jīng)足夠了。閃蒸系統(tǒng)的熱回收率則處于單壓與雙壓系統(tǒng)之間，但投資較省，其經(jīng)濟(jì)性有一定優(yōu)勢(shì)。
6 對(duì)系統(tǒng)合理配置的建議
在配置余熱發(fā)電系統(tǒng)時(shí)，不能簡(jiǎn)單將水泥生產(chǎn)系統(tǒng)的規(guī)模作為余熱發(fā)電系統(tǒng)配置的條件，其生產(chǎn)能力要考慮實(shí)際增產(chǎn)幅度和相應(yīng)的熱耗指標(biāo)，如果不能預(yù)期生產(chǎn)能力增長(zhǎng)幅度，建議按正常生產(chǎn)規(guī)模富余10%考慮。
在窯頭篦冷機(jī)抽風(fēng)點(diǎn)處，以不影響窯系統(tǒng)正常使用、不與水泥生產(chǎn)系統(tǒng)爭(zhēng)熱量的情況下，應(yīng)提高抽氣的溫度，若保持熱平衡不變，抽氣量會(huì)減少，發(fā)電量會(huì)增加。即篦冷機(jī)的抽風(fēng)點(diǎn)應(yīng)盡可能向熱端移動(dòng)，可靠近煤磨抽風(fēng)點(diǎn)或共用煤磨抽風(fēng)口。在考慮系統(tǒng)布置時(shí)，盡量使煤磨烘干的熱源從窯尾鍋爐出口抽取。
選擇余熱發(fā)電系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)結(jié)合熱量回收率、經(jīng)濟(jì)性、操作維護(hù)的難度綜合考慮，特別是系統(tǒng)中窯頭鍋爐的省煤器布置有多種組合方案，且可考慮帶除氧的布置，對(duì)熱量的充分回收會(huì)有不同的效果。
充分與鍋爐和汽輪機(jī)的設(shè)備制造商進(jìn)行技術(shù)溝通，平衡不同行業(yè)之間的差異，也是優(yōu)化系統(tǒng)參數(shù)，保證系統(tǒng)可靠運(yùn)行的前提。
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