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預分解窯余熱發電系統配置的合理性探討 2015-04-27

摘要:本文就預分解窯余熱發電系統配置的合理性進行探討,并對我院的技術方案進行介紹。 

預分解窯余熱發電系統配置的合理性

水泥生產系統的規模應該是整個生產線的生產能力,但水泥行業實際生產中往往超過生產規模、提高生產能力的情況是很普遍的,而生產能力的變化又直接影響到廢氣參數,這就引出了余熱發電系統的匹配問題。表面看是同規模的生產線,其生產能力可能不相同,其中可能會受到原燃料、海拔高度、設備選型等諸多因素的影響。在配置余熱發電系統時應根據具體情況進行設計才能取得好的效果,而不是某一生產規模就達到多少發電量,這只是一種大致的配置,而不是絕對的。也不是達不到多少發電量就是技術落后,超過了多少就是技術先進,這種說法既不科學、也不全面的。 

1.水泥生產過程的波動性

水泥生產過程的正常波動,余熱發電系統也是可以適應的,但較大的無規律性的波動對余熱發電系統很不利。如煤磨需要從窯頭篦冷機抽風用于烘干時,煤磨的運轉不會與窯系統運轉完全同步,必然存在煤磨抽風時和不抽風時供余熱發電的氣體量與氣體溫度的變化。從理論分析來看,如果余熱發電系統不與水泥生產系統爭風和熱時,要保持系統的平衡。對2500-5000 t/d規模的余熱發電系統供風會有16000-35000Nm3/ h 的風量差和10℃左右的溫差。余熱發電系統必須要有應對這種波動的措施,而且發電量也會有所變化。

在設計余熱發電系統時,應將這種波動的參數詳細提供給鍋爐和汽輪機的制造商,并在系統設計時采取相應的調整措施。但在實際生產運行過程中,系統平衡也不是絕對的,實際操作也很難控制得恰倒好處。為了保持系統穩定,余熱發電系統完全有可能存在與水泥系統爭熱的問題。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。 

2.窯頭蓖冷機的抽風口位置  

從熱量平衡的角度分析,如果篦冷機抽風口靠冷端,相對溫度低、氣量大;抽風口靠熱端,相對溫度高,氣量也小一些。按理論計算,在余熱發電系統不與水泥生產系統爭熱的前提下,從發電量看,氣量低、溫度高的廢氣發電量大于氣量大、溫度低的廢氣發電量。所以用于余熱發電的篦冷機抽風口應向熱端靠近更為有利,可布置在一般煤磨抽風口的位置或靠近煤磨抽風口的位置,而常規的冷端抽風口只作為余熱發電系統停運時的排氣通道。如果在篦冷機上設很多個抽風口同時抽氣用于余熱發電,會使系統很復雜,會增加投資、增加漏風點、增加工藝布置和操作的難度;實際運行中,水泥生產系統也會產生波動,分段抽風的控制很難把握,容易加大與水泥系統爭熱的概率。

3.余熱發電系統與水泥生產系統的熱量平衡     

余熱發電系統是否與水泥生產系統爭熱的問題一直存在著一些爭議,首先是考核機制不明確,其次爭熱以什么原則為標準考核,只有在考核原則明確的前提下才能界定是否存在爭熱的問題。但在工業生產中要保證絕對不爭熱,理論上是可以的,實際做起來會很難,只能認為將這種情況控制在一定指標范圍即可認為是合理的。 將水泥生產系統的熱耗和發電量聯系在一起進行衡量應該是必要的,但水泥熟料的熱耗是以單位熟料指標定義的。

這里存在兩個問題: 一是設計規范對熱耗指標的要求都是一個范圍,并沒有對生產規模進行細分。如果要細分,熱耗指標是有差異的;二是生產規模與實際生產能力是有差異的,這個問題在前面已經討論過。因此,除了熟料熱耗外,還應該考慮水泥生產系統的實際生產能力,單位熱耗指標會因實際生產能力的不同而不同。此外,生產能力相同,使用的燃料不同也會使熟料熱耗發生變化。所以要制定一個統一的標準有很大難度,具體項目要具體分析,不能—概而論。

具體對某一個項目而言,要衡量余熱發電系統配置是否合理,除了余熱發電系統本身的效率外。還應看其與水泥生產系統的匹配是否合理,應該將水泥系統實際生產能力、熟料熱耗、發電量聯系在一起進行考核。比如,在余熱發電系統沒有投入運行時考核水泥生產系統,這時的實際生產能力與熟料熱耗有一對應指標,同時還有一個長期運行指標,  如連續運轉一個月的平均指標;然后投入余熱發電系統之后,生產能力、熱耗、發電量也有一個對應指標,也同樣連續運轉一個月,可得到月平均指標。這時將未投運余熱發電系統與投運余熱發電系統的指標進行對比,就基本可看出余熱發電系統是否與水泥系統爭熱。當然,余熱發電系統本身的因素也會影響發電量,如鍋爐的效率、汽輪機的效率、系統綜合效率都應作為發電量指標的考慮因素。    

4.盡量充分利用廢熱     

多數水泥廠排出的廢熱都來自窯系統,單獨設烘干系統的比較少,窯系統的廢熱排出點主要還是窯尾預熱器出口和冷卻機出口,設備表層的散熱如果要回收,其技術上可行,但投入與收益是不相稱的,重點還是應該考慮將廢氣中的熱充分回收利用。

余熱鍋爐的廢氣進氣溫度是水泥生產系統決定的,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,從熱源上沒有更多可挖掘的余地。而窯頭鍋爐的排氣經處理后排空,已不再使用,其熱量應考慮充分回收,當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.露點溫度    

如果僅看露點溫度,窯頭鍋爐的排氣溫度應高于露點溫度10-20℃即可,若氣體中含硫,會對設備產生腐蝕。因此,應以酸露點溫度為準,但在窯頭篦冷機廢氣中基本可以不考慮S03的含量,主要以水露點溫度為準。 

6.節點溫差      

在確定鍋爐排氣溫度時還不能只考慮氣體的露點溫度,還需要考慮余熱鍋爐中蒸發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(稱為節點溫差),隨著節點溫差的減小,鍋爐的排氣溫度也會相應地減小,這將有利于提高鍋爐的熱效率,但同時也增大了鍋爐的換熱面積和阻力損失,相應增加鍋爐的投資費用。此外,選定壓力越高,飽和水溫度也越高,同樣影響到節點溫差。顯然,節點溫差是不能為零的,否則鍋爐的換熱面積將增為無窮大,這也是不現實的。因此節點溫差應有一個合理的值,這也可以解釋單壓系統的排氣溫度總是高于相應雙壓系統的排氣溫度。由于鍋爐的排氣溫度與投資費用相矛盾,設計需要尋求其最佳點,并作為選型依據,這也是進行系統優化需要做的工作。 

7.系統差異     

當分別采用單壓、雙壓、閃蒸系統時,熱回收率不同,當然雙壓系統的熱回收率高一些,。同時投資也增加,操作維護的難度都加大,選擇時需要綜合考慮,不僅僅是只考慮多回收熱量。從計算比較來看,雙壓系統比單壓系統發電量增加大約1.5%-1.9%,機組熱效率增加約1.7%。在常規發電系統中三壓系統比雙壓系統機組熱效率增加約0.6%,可更多地回收熱量,而在純低溫余熱發電系統中廢氣溫度低,不適合采用三壓系統,且經濟性也不佳,采用雙壓系統已經足夠了。閃蒸系統的熱回收率則處于單壓與雙壓系統之間,但投資較省, 其經濟性有一定優勢。 

8.對系統合理配置的建議      

在配置余熱發電系統時,不能簡單將水泥生產系統的規模作為余熱發電系統配置的條件,其生產能力要考慮實際增產幅度和相應的熱耗指標,如果不能預期生產能力增長幅度,建議按正常生產規模的富余10%考慮。 

在窯頭篦冷機抽風點處,以不影響窯系統正常使用、不與水泥生產系統爭熱量的情況下,應提高抽氣的溫度,若保持熱平衡不變,抽氣量會減少,發電量會增加。即篦冷機的抽風點應盡可能向熱端移動,可靠近煤磨抽風點或共用煤磨抽風口。在考慮系統布置時,盡量使煤磨烘干的熱源從窯尾鍋爐出口抽取。 

選擇余熱發電系統時,應結合熱量回收率、經濟性、操作維護的難度綜合考慮,特別是系統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,對熱量的充分回收會有不同的效果。充分與鍋爐和汽輪機的設備制造商進行技術溝通,平衡不同行業之間的差異,也是優化系統參數,保證系統可靠運行的前提。

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