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预分解窑余热发电系统配置的合理性探讨 2015-04-27

摘要:本文就预分解窑余热发电系统配置的合理性进行探讨,并对我院的技术方案进行介绍。 

预分解窑余热发电系统配置的合理性

水泥生产系统的规模应该是整个生产线的生产能力,但水泥行业实际生产中往往超过生产规模、提高生产能力的情况是很普遍的,而生产能力的变化又直接影响到废气参数,这就引出了余热发电系统的匹配问题。表面看是同规模的生产线,其生产能力可能不相同,其中可能会受到原燃料、海拔高度、设备选型等诸多因素的影响。在配置余热发电系统时应根据具体情况进行设计才能取得好的效果,而不是某一生产规模就达到多少发电量,这只是一种大致的配置,而不是绝对的。也不是达不到多少发电量就是技术落后,超过了多少就是技术先进,这种说法既不科学、也不全面的。 

1.水泥生产过程的波动性

水泥生产过程的正常波动,余热发电系统也是可以适应的,但较大的无规律性的波动对余热发电系统很不利。如煤磨需要从窑头篦冷机抽风用于烘干时,煤磨的运转不会与窑系统运转完全同步,必然存在煤磨抽风时和不抽风时供余热发电的气体量与气体温度的变化。从理论分析来看,如果余热发电系统不与水泥生产系统争风和热时,要保持系统的平衡。对2500-5000 t/d规模的余热发电系统供风会有16000-35000Nm3/ h 的风量差和10℃左右的温差。余热发电系统必须要有应对这种波动的措施,而且发电量也会有所变化。

在设计余热发电系统时,应将这种波动的参数详细提供给锅炉和汽轮机的制造商,并在系统设计时采取相应的调整措施。但在实际生产运行过程中,系统平衡也不是绝对的,实际操作也很难控制得恰倒好处。为了保持系统稳定,余热发电系统完全有可能存在与水泥系统争热的问题。因此,最好让煤磨使用窑尾余热锅炉出口的废气作为烘干热源,从源头上消除这种波动。 

2.窑头蓖冷机的抽风口位置  

从热量平衡的角度分析,如果篦冷机抽风口靠冷端,相对温度低、气量大;抽风口靠热端,相对温度高,气量也小一些。按理论计算,在余热发电系统不与水泥生产系统争热的前提下,从发电量看,气量低、温度高的废气发电量大于气量大、温度低的废气发电量。所以用于余热发电的篦冷机抽风口应向热端靠近更为有利,可布置在一般煤磨抽风口的位置或靠近煤磨抽风口的位置,而常规的冷端抽风口只作为余热发电系统停运时的排气通道。如果在篦冷机上设很多个抽风口同时抽气用于余热发电,会使系统很复杂,会增加投资、增加漏风点、增加工艺布置和操作的难度;实际运行中,水泥生产系统也会产生波动,分段抽风的控制很难把握,容易加大与水泥系统争热的概率。

3.余热发电系统与水泥生产系统的热量平衡     

余热发电系统是否与水泥生产系统争热的问题一直存在着一些争议,首先是考核机制不明确,其次争热以什么原则为标准考核,只有在考核原则明确的前提下才能界定是否存在争热的问题。但在工业生产中要保证绝对不争热,理论上是可以的,实际做起来会很难,只能认为将这种情况控制在一定指标范围即可认为是合理的。 将水泥生产系统的热耗和发电量联系在一起进行衡量应该是必要的,但水泥熟料的热耗是以单位熟料指标定义的。

这里存在两个问题: 一是设计规范对热耗指标的要求都是一个范围,并没有对生产规模进行细分。如果要细分,热耗指标是有差异的;二是生产规模与实际生产能力是有差异的,这个问题在前面已经讨论过。因此,除了熟料热耗外,还应该考虑水泥生产系统的实际生产能力,单位热耗指标会因实际生产能力的不同而不同。此外,生产能力相同,使用的燃料不同也会使熟料热耗发生变化。所以要制定一个统一的标准有很大难度,具体项目要具体分析,不能—概而论。

具体对某一个项目而言,要衡量余热发电系统配置是否合理,除了余热发电系统本身的效率外。还应看其与水泥生产系统的匹配是否合理,应该将水泥系统实际生产能力、熟料热耗、发电量联系在一起进行考核。比如,在余热发电系统没有投入运行时考核水泥生产系统,这时的实际生产能力与熟料热耗有一对应指标,同时还有一个长期运行指标,  如连续运转一个月的平均指标;然后投入余热发电系统之后,生产能力、热耗、发电量也有一个对应指标,也同样连续运转一个月,可得到月平均指标。这时将未投运余热发电系统与投运余热发电系统的指标进行对比,就基本可看出余热发电系统是否与水泥系统争热。当然,余热发电系统本身的因素也会影响发电量,如锅炉的效率、汽轮机的效率、系统综合效率都应作为发电量指标的考虑因素。    

4.尽量充分利用废热     

多数水泥厂排出的废热都来自窑系统,单独设烘干系统的比较少,窑系统的废热排出点主要还是窑尾预热器出口和冷却机出口,设备表层的散热如果要回收,其技术上可行,但投入与收益是不相称的,重点还是应该考虑将废气中的热充分回收利用。

余热锅炉的废气进气温度是水泥生产系统决定的,窑尾锅炉的排气温度要考虑原燃料烘干所需要的热量,其排气温度一般都在200℃以上,从热源上没有更多可挖掘的余地。而窑头锅炉的排气经处理后排空,已不再使用,其热量应考虑充分回收,当然温度尽量低些更好,但又必须受到一些条件的约束和限制。 

5.露点温度    

如果仅看露点温度,窑头锅炉的排气温度应高于露点温度10-20℃即可,若气体中含硫,会对设备产生腐蚀。因此,应以酸露点温度为准,但在窑头篦冷机废气中基本可以不考虑S03的含量,主要以水露点温度为准。 

6.节点温差      

在确定锅炉排气温度时还不能只考虑气体的露点温度,还需要考虑余热锅炉中蒸发器入口处废气的温度与选定压力下的饱和水温度之间的差值(称为节点温差),随着节点温差的减小,锅炉的排气温度也会相应地减小,这将有利于提高锅炉的热效率,但同时也增大了锅炉的换热面积和阻力损失,相应增加锅炉的投资费用。此外,选定压力越高,饱和水温度也越高,同样影响到节点温差。显然,节点温差是不能为零的,否则锅炉的换热面积将增为无穷大,这也是不现实的。因此节点温差应有一个合理的值,这也可以解释单压系统的排气温度总是高于相应双压系统的排气温度。由于锅炉的排气温度与投资费用相矛盾,设计需要寻求其最佳点,并作为选型依据,这也是进行系统优化需要做的工作。 

7.系统差异     

当分别采用单压、双压、闪蒸系统时,热回收率不同,当然双压系统的热回收率高一些,。同时投资也增加,操作维护的难度都加大,选择时需要综合考虑,不仅仅是只考虑多回收热量。从计算比较来看,双压系统比单压系统发电量增加大约1.5%-1.9%,机组热效率增加约1.7%。在常规发电系统中三压系统比双压系统机组热效率增加约0.6%,可更多地回收热量,而在纯低温余热发电系统中废气温度低,不适合采用三压系统,且经济性也不佳,采用双压系统已经足够了。闪蒸系统的热回收率则处于单压与双压系统之间,但投资较省, 其经济性有一定优势。 

8.对系统合理配置的建议      

在配置余热发电系统时,不能简单将水泥生产系统的规模作为余热发电系统配置的条件,其生产能力要考虑实际增产幅度和相应的热耗指标,如果不能预期生产能力增长幅度,建议按正常生产规模的富余10%考虑。 

在窑头篦冷机抽风点处,以不影响窑系统正常使用、不与水泥生产系统争热量的情况下,应提高抽气的温度,若保持热平衡不变,抽气量会减少,发电量会增加。即篦冷机的抽风点应尽可能向热端移动,可靠近煤磨抽风点或共用煤磨抽风口。在考虑系统布置时,尽量使煤磨烘干的热源从窑尾锅炉出口抽取。 

选择余热发电系统时,应结合热量回收率、经济性、操作维护的难度综合考虑,特别是系统中窑头锅炉的省煤器布置有多种组合方案,且可考虑带除氧的布置,对热量的充分回收会有不同的效果。充分与锅炉和汽轮机的设备制造商进行技术沟通,平衡不同行业之间的差异,也是优化系统参数,保证系统可靠运行的前提。

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