水泥廠余熱發電對熟料生產線的影響范文

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一、余熱發電投運前后燒成系統運行狀況分析

（一）燒成系統熱耗分析1.系統熱耗偏高余熱發電投運前后，熟料燒成熱耗分別為3506.7kJ/kg和3605.8kJ/kg，燒成系統熱效率分別為46.39%和47.36%，均未達到GB50443-2007《水泥工廠節能設計規范》中熟料熱耗≤3178kJ/kg和燒成系統熱效率＞50%。系統熱耗偏高的主要原因有：一是當地自然環境條件的影響。該公司地處海拔1300米左右的高原地區，較平原地區空氣稀薄，氧含量低，將延長煤粉的著火時間、延緩燃燒速度、降低燃燒溫度，這些都將增加燒成用煤耗。同時，當地年平均氣溫0.7℃，年平均地溫2.8℃，環境溫度低、風力大，系統表面熱損失相對較高（約高10%）。物料溫度低，加熱物料需要的熱量多，從而導致燒成熱耗高。二是系統配套的是四級預熱器。一般情況下，與五級預熱器相比，四級預熱器出口廢氣溫度要高30℃～50℃，廢氣帶走熱損失多。通過系統熱量平衡計算，廢氣帶走熱占總支出熱的25%以上。三是篦冷機配風和操作不當，熱回收效率低。從主要部位氣體量、溫度及壓力可以看出，二、三次風溫均偏低，和正常水平有著明顯的差距，冷卻機熱回收效率低于GB50443—2007《水泥工廠節能設計規范》要求≥72%的指標。四是煤質差、煤粉粗、水分大。從入窯煤粉工業分析可以看出，余熱發電投運前，煅燒所采用的煤粉平均灰分高達33.03%，熱值僅為19430kJ/kg，煤質未達到GB/T7563-2000《水泥回轉窯用煤條件》。由于灰分的存在降低了煤中可燃成分的含量，同時燃燒過程中灰分升溫吸熱消耗熱量，降低了煤的發熱量；同時灰分還可影響到煤粉的燃燒速度和燃燒溫度，不利于生產。另外，因煤的熱值低，使煅燒熟料的煤耗增加，窯的單位容積產量降低。五是系統漏風較多。從預熱器C1出口氣體量及含塵量測定結果可以看出，C1出口平均氧含量在6.0%及6.1%，未達到GB50443-2007《水泥工廠節能設計規范》C1出口廢氣O2含量低于4.5%的要求，過剩空氣系數為1.519和1.485，說明系統漏風較多。2.余熱發電投運后熱耗略有增加余熱發電投入運行后，熟料標煤耗略有增加（約增加3kg/t），主要原因有：一是預熱器C1出口氣體溫度從384℃提高到420℃，廢氣帶走熱增加；二是篦冷機配風和操作不當，使窯頭二、三次風溫有所降低，二次風溫從953℃降至881℃，下降了72℃；三次風溫從806℃降至746℃，下降了60℃。篦冷機熱回收效率也從67.37%降為63.4%。三是煅燒用煤的水份高達3.58%，煤粉因在燃燒過程中蒸發水分而耗熱，降低燃燒溫度，同時延長燃燒時間，當煤粉較粗時，燃燼率低，使燒成熱耗增大。在高寒地區，一般可通過提高煤粉細度，降低煤粉水分來降低煤耗。

（二）系統分步電耗分析1.分步電耗偏高余熱發電投運前后，噸熟料電耗分別為48.2kWh/t和45.0kWh/t，考慮海拔的影響（√（88200/101325）＝0.933）后，分別為45.0kWh/t和42.0kWh/t，仍高于GB50443-2007《水泥工廠節能設計規范》規定新建、擴建水泥生產線主要生產工段設計指標32kWh/t。分析主要原因有：一是高溫風機負荷大，電耗高。該系統在高溫風機設計選型時已經考慮了采用余熱發電設備，所選高溫風機銘牌為：額定風量680000m3/h；風機全壓9250Pa。電機額定功率2500kW。實測高溫風機進口風量688813m3/h，折合262962Nm3/h；全壓9000Pa左右；功率2405kW。風機基本達到滿負荷運轉，噸熟料耗電量平均達到17kWh/t，占熟料分步電耗比重較高。二是窯尾排風機負荷大，電耗高。根據標定期間統計，尾排風機的平均小時耗電量折合噸熟料耗電達9kWh/t以上。三是篦冷機鼓風量大，增加廢氣處理和排風機負荷。實測篦冷機總鼓風量折合2.46Nm3/kg，遠高于第四代篦冷機的用風量要求，不僅增加了冷卻電耗，而且因低溫段鼓入過量的冷卻風，熟料進一步降溫釋放出來的熱量并未被窯煅燒利用，也沒有被余熱發電利用，而是作為篦冷機廢氣排出（實測篦冷機廢氣風管風溫146℃，風量132823Nm3/h，存在未被有效回收的熱量），白白增加冷卻機系統風機和窯頭排風機的電耗。同時過量的風和粉塵將全部進入窯頭電收塵器，從而影響窯頭廢氣處理效果。2.余熱發電投運有利于分步電耗降低余熱發電投運后，熟料燒成工段分步電耗降低了3.2kWh/t。主要由于廢氣經余熱鍋爐后進入風機時溫度降低（比如：入高溫風機的風溫從384℃降為280℃，出窯頭排風機的風溫從199℃降為108℃），工況風量變小，風機負荷變小，從而使風機電耗降低。該系統熟料分步電耗有較大優化空間，可以通過降低廢氣溫度、減少系統漏風、降低系統阻力等措施，達到節電的效果。

（三）預熱器系統分析國內新型干法生產線單位熟料廢氣量一般在1.4Nm3/kg～1.7Nm3/kg。從預熱器C1出口氣體量及含塵量測定結果可以看出，兩次標定C1出口廢氣量分別為1.564Nm3/kg和1.535Nm3/kg，窯尾廢氣量雖稍偏大。但是窯尾各級預熱器溫度較高，尤其C1出口，分別達384℃和420℃，導致工況風量大，風速高，使得系統阻力變大。經計算，各級進、出口風速都在20m/s以上，C1出口風速高達28.4m/s。如此高的進口風速造成了相對比較高的系統壓降。這是系統C1出口負壓達到約-7000Pa左右的重要原因。余熱發電系統運行后，窯尾預熱器系統各級負壓變低、漏風系數減少，出C1風量略有減少。

二、低溫余熱發電系統分析

（一）余熱發電情況該公司6MW純低溫余熱發電由于地區缺水，采用風冷系統。發電熱源分別來自窯頭篦冷機余熱及出窯尾預熱器廢氣。標定期間平均每小時發電量為4133kWh，電站自用電量432kWh，自用電率為10.45%，平均噸熟料發電量為28.6kWh/t。

（二）余熱鍋爐熱回收情況根據標定結果，窯系統抽去用于發電的總熱量為66762+138845=205607MJ/h。實際用于發電的總熱量為82007MJ/h，其中AQC爐51120MJ/h、PH爐30847MJ/h。即說明余熱通過余熱鍋爐轉換后只有約40%的熱量得到了有效利用，鍋爐系統熱損失較大。分析主要原因有：一是該公司窯頭廢氣排風量大，風溫高，說明窯頭篦冷機廢氣中尚有一定的余熱回收潛力。建議該公司適當加大余熱風量，減少篦冷機廢氣排放量，以提高窯頭AQC爐的熱回收量。二是實測數據顯示，該公司PH爐進風的溫度較高（420℃），單位熟料的廢氣量也較大，但是PH爐出風溫度達280℃，廢氣帶走熱量多，另外加上PH爐系統漏風較為嚴重，故使其熱回收效率只有22.2%。

三、結論與建議

從前述分析可以得出：1.高寒地區水泥熟料生產線配套余熱發電系統投運，不影響熟料產質量。因高寒地區大氣壓強小、空氣稀薄、環境溫度低，熟料燒成系統工況風量較大，系統阻力較高，熱損失較大，與平原地帶相比，系統熱耗和熟料分步電耗均較高。2.余熱發電投運后，熟料燒成熱耗（標煤耗）略有增加，建議加強窯系統操作人員和余熱發電操作人員的協調配合，穩定生產。3.余熱發電投運后，可降低窯頭排風機、窯尾高溫風機和尾排風機的入口風溫，從而降低風機工況風量，有利于降低燒成系統分步電耗。4.在滿足原燃料烘干的前提下，適當降低PH鍋爐出口氣體溫度（一般在200℃～220℃）和篦冷機廢氣排放量和排放溫度，同時加強余熱鍋爐維護，確保鍋爐熱回收效率，從而提高余熱利用量和余熱發電量。5.高寒地區因水資源短缺，余熱發電采用風冷系統，噸熟料發電量為28.6kWh，自用電率為10.45%，具有優化操作提升發電量的空間。6.余熱發電投運后，因廢氣經過余熱鍋爐后有部分粉塵沉降，同時溫度降低，有利于降低進入收塵器的粉塵濃度和工況風量，從而提高收塵器收塵效果，有利于廢氣達標排放。因此，水泥熟料生產線配套余熱發電，是真正的“綠色”生產。

作者：王新英單位：河北省建筑材料工業設計研究院