水泥窯純低溫余熱發(fā)電技術(shù)評(píng)價(jià)方法的探討
2009-07-15 00:00
一、前言
近年來(lái)，隨著我國(guó)水泥工業(yè)工藝及裝備技術(shù)得以迅速發(fā)展，數(shù)百條數(shù)千噸級(jí)新型干法水泥熟料生產(chǎn)線(xiàn)（簡(jiǎn)稱(chēng)水泥窯）的陸續(xù)投產(chǎn)，為水泥窯純低溫余熱發(fā)電技術(shù)及裝備的開(kāi)發(fā)、推廣、應(yīng)用創(chuàng)造了市場(chǎng)條件。在這個(gè)背景條件下，目前國(guó)內(nèi)具有水泥窯余熱發(fā)電工程設(shè)計(jì)、技術(shù)開(kāi)發(fā)能力的數(shù)家單位，推出了幾種水泥窯純低溫余熱發(fā)電的熱力循環(huán)系統(tǒng)并已在水泥工業(yè)陸續(xù)推廣應(yīng)用。自2001年至2006年，水泥行業(yè)利用國(guó)產(chǎn)設(shè)備和技術(shù)在數(shù)十條1200t/d級(jí)、2500t/d級(jí)、5000t/d級(jí)水泥窯上配套建設(shè)了裝機(jī)容量分別為2.0MW、2.5MW、3.0MW、4.5MW 、6.0MW、7.5MW、9.0MW的純低溫余熱電站，形成了國(guó)產(chǎn)成熟的水泥窯純低溫余熱發(fā)電技術(shù)及裝備，為我國(guó)水泥工業(yè)節(jié)能降耗、提高經(jīng)濟(jì)效益、形成循環(huán)經(jīng)濟(jì)提供了技術(shù)手段。
目前在開(kāi)發(fā)、應(yīng)用水泥窯純低溫余熱發(fā)電技術(shù)及裝備過(guò)程當(dāng)中有許多新的情況產(chǎn)生，例如：從裝機(jī)容量上，同樣是5000t/d級(jí)的水泥窯，水泥生產(chǎn)條件、廢氣參數(shù)條件也類(lèi)似,但裝機(jī)容量確有6.0MW、7.5MW、9.0MW等多種；從蒸汽參數(shù)上，有0.69～1.27MPa—280～340℃、1.57～2.47MPa-325～400℃等多種；從實(shí)際發(fā)電能力上，有的宣稱(chēng)2500t/d窯裝機(jī)已達(dá)6000KW或發(fā)電功率已超過(guò)4000KW, 有的宣稱(chēng)5500t/d窯發(fā)電已達(dá)9300KW等；從宣傳上，一些設(shè)計(jì)、承建單位為說(shuō)明自己有先進(jìn)的水泥窯純低溫余熱發(fā)電技術(shù)從而有很高的發(fā)電量，采用不報(bào)熟料熱耗、利用三次風(fēng)或其它水泥生產(chǎn)用的高溫氣體來(lái)發(fā)電、在發(fā)電機(jī)功率表上做手腳、低報(bào)熟料實(shí)際產(chǎn)量等不正當(dāng)手段進(jìn)行宣傳。
由于上述新情況的產(chǎn)生，同時(shí)也由于為了規(guī)范水泥窯純低溫余熱發(fā)電技術(shù)及裝備的研究、開(kāi)發(fā)、工程設(shè)計(jì)、工程建設(shè)工作，目前制定科學(xué)的水泥窯純低溫余熱發(fā)電技術(shù)評(píng)價(jià)方法是十分必要的。
二、目前水泥行業(yè)已經(jīng)推廣應(yīng)用的幾種純低溫余熱發(fā)電技術(shù)
目前水泥行業(yè)已經(jīng)推廣應(yīng)用的幾種純低溫余熱發(fā)電技術(shù)，以蒸汽參數(shù)來(lái)分，基本上有兩類(lèi)：一類(lèi)為0.69～1.27MPa—280～340℃的低壓低溫系統(tǒng)，一類(lèi)為1.57～2.47MPa-325～400℃的次中壓中溫系統(tǒng)。
對(duì)于0.69～1.27MPa—280～340℃的低壓低溫系統(tǒng)，其熱力系統(tǒng)構(gòu)成有如下三種模式：
其一：?jiǎn)螇翰谎a(bǔ)汽式純余熱發(fā)電技術(shù)，見(jiàn)圖1。
圖1
其二：復(fù)合閃蒸補(bǔ)汽純余熱發(fā)電技術(shù)，見(jiàn)圖2。
圖2
其三：多壓補(bǔ)汽式純余熱發(fā)電技術(shù)，見(jiàn)圖3。
圖3
技術(shù)要點(diǎn)：利用水泥窯窯尾預(yù)熱器排出的350℃以下廢氣設(shè)置一臺(tái)窯尾預(yù)熱器余熱鍋爐（簡(jiǎn)稱(chēng)SP鍋爐）、利用水泥窯窯頭熟料冷卻機(jī)排出的400℃以下廢氣設(shè)置一臺(tái)熟料冷卻機(jī)廢氣余熱鍋爐（簡(jiǎn)稱(chēng)AQC爐）、兩臺(tái)鍋爐設(shè)置一臺(tái)蒸汽輪機(jī)、發(fā)電系統(tǒng)主蒸汽參數(shù)為0.69～1.27MPa—280～340℃。
上述三種技術(shù)沒(méi)有本質(zhì)的區(qū)別，共同的特點(diǎn)：都是利用在窯頭熟料冷卻機(jī)中部增設(shè)抽廢氣口或直接利用冷卻機(jī)尾部廢氣出口的400℃以下廢氣及窯尾預(yù)熱器排出的300～350℃的廢氣余熱；最重要的特點(diǎn)是采用0.69～1.27MPa-280～340℃低壓低溫主蒸汽。區(qū)別僅在于：窯頭熟料冷卻機(jī)在生產(chǎn)0.69～1.27MPa-280～340℃低壓低溫蒸汽的同時(shí)或同時(shí)再生產(chǎn)0.1～0.5MPa-飽和～160℃低壓低溫蒸汽、或同時(shí)再生產(chǎn)85～200℃的熱水；汽輪機(jī)采用補(bǔ)汽式或不補(bǔ)汽式汽輪機(jī)；復(fù)合閃蒸補(bǔ)汽式適用于汽輪機(jī)房與冷卻機(jī)距離較遠(yuǎn)的情況而多壓補(bǔ)汽式適用于汽輪機(jī)房與冷卻機(jī)距離較近的情況。
對(duì)于1.57～2.47MPa—325～400℃的次中壓中溫系統(tǒng)，其熱力系統(tǒng)構(gòu)成有如下兩種模式：
其一：冷卻機(jī)多級(jí)取熱純余熱發(fā)電技術(shù)，見(jiàn)圖4。
其一：冷卻機(jī)多級(jí)取熱純余熱發(fā)電技術(shù)，見(jiàn)圖4。
圖4
其二：冷卻機(jī)多級(jí)取熱及循環(huán)風(fēng)純余熱發(fā)電技術(shù)，見(jiàn)圖5。
圖5
技術(shù)要點(diǎn)：利用水泥窯窯尾預(yù)熱器排出的350℃以下廢氣設(shè)置一臺(tái)窯尾預(yù)熱器余熱鍋爐（簡(jiǎn)稱(chēng)SP鍋爐）或同時(shí)利用窯尾C2級(jí)預(yù)熱器內(nèi)筒設(shè)置過(guò)熱器；利用熟料冷卻機(jī)排出的400℃以下廢氣設(shè)置一臺(tái)熟料冷卻機(jī)廢氣余熱鍋爐（簡(jiǎn)稱(chēng)AQC爐），或者通過(guò)改變窯頭熟料冷卻機(jī)廢氣排放方式：利用熟料冷卻機(jī)排出的部分360℃以下廢氣設(shè)置一臺(tái)AQC余熱鍋爐、利用熟料冷卻機(jī)排出的部分500℃以下廢氣設(shè)置一臺(tái)熟料冷卻機(jī)廢氣余熱過(guò)熱器（簡(jiǎn)稱(chēng)ASH過(guò)熱器）；將AQC爐排出的廢氣部分或全部返回冷卻機(jī)，窯頭熟料冷卻機(jī)冷卻風(fēng)采用循環(huán)風(fēng)方式；利用兩臺(tái)鍋爐或者增設(shè)的余熱過(guò)熱器設(shè)置補(bǔ)汽式蒸汽輪機(jī)，發(fā)電系統(tǒng)主蒸汽參數(shù)為1.57～3.43MPa—340～435℃、補(bǔ)汽參數(shù)為0～0.15MPa—飽和～160℃。
三、研究、開(kāi)發(fā)、應(yīng)用純低溫余熱發(fā)電技術(shù)應(yīng)注意的幾個(gè)原則性問(wèn)題
3.1研究、開(kāi)發(fā)、應(yīng)用水泥窯純低溫余熱發(fā)電技術(shù)應(yīng)遵循的基本原則
水泥窯純低溫余熱發(fā)電技術(shù)是以節(jié)能降耗從而降低水泥生產(chǎn)成本為目的，它的內(nèi)涵是：將水泥生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的并且水泥生產(chǎn)過(guò)程本身已不能再利用的余熱回收從而轉(zhuǎn)化為電能的技術(shù)，因此，研究、開(kāi)發(fā)、應(yīng)用水泥窯純低溫余熱發(fā)電技術(shù)應(yīng)遵循的基本原則：不影響水泥生產(chǎn)、不增加水泥熟料熱耗及電耗、不改變水泥生產(chǎn)用原燃料的烘干熱源、不改變水泥生產(chǎn)的工藝流程及設(shè)備。
3.2對(duì)水泥生產(chǎn)影響的控制：水泥窯配套建設(shè)余熱電站，原則上要求不影響水泥生產(chǎn)，但由于在一條完整的熟料生產(chǎn)線(xiàn)窯頭、窯尾各串接相應(yīng)的余熱鍋爐，因此，余熱電站對(duì)水泥生產(chǎn)不產(chǎn)生任何影響是不可能的。根據(jù)已投產(chǎn)的余熱電站實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行情況，對(duì)于遵循上述原則配套建設(shè)的余熱電站，投入運(yùn)行后對(duì)水泥生產(chǎn)的影響主要集中在如下幾個(gè)方面：
?。?）窯尾高溫風(fēng)機(jī)：在窯尾SP鍋爐漏風(fēng)控制、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、受熱面配置、清灰設(shè)計(jì)、除灰設(shè)計(jì)、廢氣管道設(shè)計(jì)合適的條件下，電站投入運(yùn)行后，窯尾高溫風(fēng)機(jī)負(fù)荷將有所降低，這種影響是正面的。
?。?）增濕塔：將隨著電站的投入或解出調(diào)整噴水量，直至停止或全開(kāi)噴水。
?。?）生料磨及煤磨：隨著電站的投入或解出，烘干廢氣溫度將產(chǎn)生較大幅度的變化，需要根據(jù)烘干廢氣溫度的變化調(diào)整烘干廢氣量或磨的運(yùn)行方式。
?。?）窯尾電收塵：如果窯尾采用電收塵，電站投入運(yùn)行后對(duì)其收塵效果總是有影響的，只是由于地區(qū)不同、配料不同、燃料不同或其它條件不同，對(duì)收塵效果的影響程度不同。但當(dāng)窯尾采用袋收塵時(shí)，電站投入運(yùn)行對(duì)提高收塵效果是有顯著作用的。
（5）窯頭電收塵器：電站投入運(yùn)行后，窯頭電收塵器工作溫度大為降低，粉塵負(fù)荷也相應(yīng)降低。
（6）窯系統(tǒng)操作：由于窯系統(tǒng)增加了兩臺(tái)余熱鍋爐，而余熱鍋爐廢氣不但取自還要送回水泥窯系統(tǒng)，因此勢(shì)必需要增加窯系統(tǒng)窯頭、窯尾、廢氣處理、生料粉磨、煤制備系統(tǒng)的操作環(huán)節(jié)。
對(duì)水泥窯生產(chǎn)造成的上述幾方面的影響，綜合起來(lái)為兩個(gè)方面：一是增加了水泥窯生產(chǎn)的操作環(huán)節(jié)（例如：隨著電站的投入、運(yùn)行和解出，水泥窯需調(diào)整窯尾高溫風(fēng)機(jī)、增濕塔噴水、生料磨及煤磨、窯頭排風(fēng)機(jī)等系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)；二是如果窯尾采用電收塵，電站投入運(yùn)行后對(duì)其收塵效果總是有或大或小的影響。
對(duì)水泥窯生產(chǎn)造成的影響應(yīng)當(dāng)而且必須控制在上述范圍以?xún)?nèi)，在目前水泥熟料燒成工藝技術(shù)及設(shè)備、純低溫余熱發(fā)電熱力循環(huán)系統(tǒng)配置技術(shù)及設(shè)備條件下，為了提高發(fā)電量而采用抽取三次風(fēng)或窯頭罩等高溫風(fēng)、生料或燃料烘干改用燃燒燃料而將原來(lái)用于烘干的廢氣用于發(fā)電等措施都是不可取的。采用這些措施，表面上增加了發(fā)電量，實(shí)際不但不會(huì)有助于水泥生產(chǎn)綜合能耗的降低，反而由于熟料熱耗的增加會(huì)使水泥生產(chǎn)綜合能耗增加（當(dāng)水泥廠(chǎng)建設(shè)余熱電站不是以節(jié)能為主要目的，在一公斤標(biāo)準(zhǔn)煤的價(jià)格與一度電的購(gòu)電價(jià)格之比小于0.7的條件下，采用這些措施可以增加水泥生產(chǎn)綜合效益）。
3.3準(zhǔn)確的余熱發(fā)電技術(shù)發(fā)電能力指標(biāo)
目前對(duì)于余熱發(fā)電技術(shù)發(fā)電能力指標(biāo)，大家往往只注意每噸熟料發(fā)電量，而很少注意相關(guān)因素對(duì)發(fā)電量的影響，這是目前產(chǎn)生許多新情況的主要原因。對(duì)于水泥窯純余熱發(fā)電，影響噸熟料發(fā)電量的因素很多，如：熟料熱耗（涉及窯頭、窯尾廢氣溫度等）；熟料形成熱（涉及生料配料成份）；原料、燃料烘干所需要的廢氣溫度、廢氣量（涉及可用于發(fā)電的余熱量）；電站熱力系統(tǒng)構(gòu)成方式及蒸汽參數(shù)（涉及發(fā)電系統(tǒng)循環(huán)效率）；熟料實(shí)際產(chǎn)量和規(guī)模（涉及鍋爐、汽輪機(jī)等設(shè)備效率）；廢熱取熱方式（涉及對(duì)窯生產(chǎn)及熟料熱耗的影響）等等。
由于影響余熱發(fā)電能力的上述因素,加之這些因素在實(shí)際生產(chǎn)中的復(fù)雜性，僅采用噸熟料余熱發(fā)電量來(lái)評(píng)價(jià)純低溫余熱發(fā)電技術(shù)是不科學(xué)、不完整、不準(zhǔn)確的，不能全面代表純低溫余熱發(fā)電技術(shù)水平。因此，根據(jù)目前的情況，研究、確定水泥窯純低溫余熱發(fā)電技術(shù)的評(píng)價(jià)方法既是必要的,條件也是成熟的而且也是急需的。
四、水泥窯純低溫余熱發(fā)電技術(shù)的評(píng)價(jià)方法初探
盡管影響余熱發(fā)電能力的因素較多也比較復(fù)雜，但水泥熟料煅燒過(guò)程及純低溫余熱發(fā)電必定都是熱工過(guò)程，因此，研究、確定出全面、科學(xué)、準(zhǔn)確的純低溫余熱發(fā)電技術(shù)評(píng)價(jià)方法是可能的。本文提出的評(píng)價(jià)方法是初步的，僅供同行討論、參考，其由如下二部分構(gòu)成：
第一部分:實(shí)用部分,即“每公斤熟料熱耗－噸熟料余熱發(fā)電量”。
目前水泥行業(yè)已經(jīng)習(xí)慣用噸熟料余熱發(fā)電量來(lái)做為衡量余熱發(fā)電技術(shù)水平的指標(biāo)，因此，評(píng)價(jià)方法中保留這個(gè)指標(biāo)是必要的。但由于噸熟料余熱發(fā)電量沒(méi)有考慮熟料熱耗、熟料形成熱、原燃料烘干所需廢氣溫度及廢氣量等因素對(duì)發(fā)電量的影響，因此，為了考慮影響余熱發(fā)電量的主要因素即熟料熱耗對(duì)余熱發(fā)電能力的影響，應(yīng)改為采用“每公斤熟料熱耗－噸熟料余熱發(fā)電量”(仍簡(jiǎn)稱(chēng)“噸熟料余熱發(fā)電量”)這一指標(biāo)來(lái)評(píng)價(jià)。盡管如此，由于這個(gè)指標(biāo)仍然沒(méi)有考慮熟料形成熱、原燃料烘干所需廢氣溫度及廢氣量對(duì)發(fā)電能力的影響，對(duì)于這個(gè)指標(biāo):
(1)在建設(shè)余熱電站之前比較、確定余熱電站技術(shù)方案時(shí)，在熟料產(chǎn)量、熟料熱耗、用于發(fā)電的廢氣參數(shù)(廢氣溫度、廢氣量、含塵濃度等，下同)、用于原燃料烘干的廢氣參數(shù)條件都相同的條件下，采用“噸熟料余熱發(fā)電量”來(lái)對(duì)不同的余熱電站技術(shù)方案進(jìn)行評(píng)價(jià)是準(zhǔn)確、可靠的；
(2)對(duì)于已投產(chǎn)的余熱電站，采用“噸熟料余熱發(fā)電量”來(lái)對(duì)余熱電站及水泥窯自身進(jìn)行綜合考核同樣也是準(zhǔn)確、可靠的；
(3)對(duì)于已投產(chǎn)的不同水泥窯間的余熱電站進(jìn)行比較:當(dāng)熟料產(chǎn)量、熟料熱耗、用于發(fā)電的廢氣參數(shù)、用于原燃料烘干的廢氣參數(shù)等生產(chǎn)條件大體相同的條件下，采用“噸熟料余熱發(fā)電量”進(jìn)行比較是相對(duì)準(zhǔn)確、可靠的。當(dāng)上述生產(chǎn)條件差別較大，如:一條窯的熟料熱耗是750×4.1868kj/kg，而另一條窯為780×4.1868kj/kg；或一條窯的生料烘干廢氣溫度為200℃，而另一條窯為230℃時(shí)，采用“噸熟料余熱發(fā)電量”進(jìn)行比較則是不準(zhǔn)確、不可靠的。
對(duì)于熟料熱耗對(duì)發(fā)電能力的影響：根據(jù)研究及實(shí)際生產(chǎn)情況，一般來(lái)講，當(dāng)熟料熱耗增加或減少7～8Kcal/Kg時(shí)，噸熟料余熱發(fā)電量也響應(yīng)增加或減少1kwh以上。也就是說(shuō)，余熱電站每多發(fā)1kwh電，窯系統(tǒng)將多消耗1～1.12Kg標(biāo)準(zhǔn)煤的燃料（這種結(jié)果，間接說(shuō)明了采用提高熟料熱耗增加發(fā)電量的辦法是浪費(fèi)能源的不可取的辦法）。
第二部分:理論部分，即混合熱效率(簡(jiǎn)稱(chēng)熱效率)
如前所述，水泥窯純低溫余熱發(fā)電技術(shù)的內(nèi)涵是將水泥生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的并且水泥生產(chǎn)過(guò)程本身已不能再利用的余熱回收從而轉(zhuǎn)化為電能，因此，采用理論上的“混合熱效率”(既不是絕對(duì)熱效率，也不是相對(duì)熱效率)來(lái)對(duì)不同的純低溫余熱發(fā)電技術(shù)的熱量轉(zhuǎn)換效果進(jìn)行評(píng)價(jià)是科學(xué)、準(zhǔn)確、可靠的，可以消除熟料熱耗、熟料形成熱、原燃料烘干所需廢氣參數(shù)、電站熱力系統(tǒng)構(gòu)成方式及蒸汽參數(shù)、熟料實(shí)際產(chǎn)量和規(guī)模、廢熱取熱方式等因素的影響。
(1)定義：水泥窯純低溫余熱系統(tǒng)熱效率是指可用于發(fā)電的水泥窯總余熱量轉(zhuǎn)化為電能的比例，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：
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熱效率η= |
發(fā)電功率D×860×4.1868 |
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可用于發(fā)電的總余熱量∑Qi
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(2)物理意義：
發(fā)電功率D：即是余熱發(fā)電系統(tǒng)輸出功率，單位為kw
可用于發(fā)電的總余熱量∑Qi由以下幾部分組成，即
∑Qi=QSP+QAQC+Qtt+Qgt，
①Q(mào)SP為可用于發(fā)電的窯尾廢氣余熱，其計(jì)算方法為：
Qsp=Vzs(Tjs·Ctjs-Ths·Cths)+Vys·(Cths·Ths-135×1.42)
式中：Qsp—為可用于發(fā)電的窯尾總廢氣熱量，KJ/h
Vzs—窯尾預(yù)熱器排出的總廢氣量，Nm3/h
Tjs—窯尾預(yù)熱器排出的廢氣平均溫度，℃
Ctjs—對(duì)應(yīng)于Tjs的窯尾廢氣比熱，KJ/Nm3·℃
Ths—物料烘干所需要的廢氣平均溫度，℃
Cths—對(duì)于應(yīng)Ths的窯尾廢氣比熱，KJ/Nm3·℃
Vys—扣除物料烘干所需窯尾廢氣量后剩余的窯尾廢氣量,Nm3/h
135—扣除物料烘干所需窯尾廢氣量后剩余的窯尾廢氣進(jìn)入電收塵器允許的最低溫度，135℃
1.42—對(duì)應(yīng)于135℃的窯尾廢氣比熱，1.42KJ/Nm3·℃
?、赒AQC為可用于發(fā)電的窯頭廢氣余熱，其計(jì)算方法為:
QAQC=VZA·TjA·CtjA
式中：QAQC—可用于發(fā)電的窯頭總廢氣余熱量，KJ/h
VZA—電站不投入運(yùn)行時(shí)（或電站投產(chǎn)前）冷卻機(jī)總排入大氣的廢氣量，Nm3/h
TjA—電站不投入運(yùn)行時(shí)（或電站投產(chǎn)前）冷卻機(jī)總排入大氣的廢氣平均溫度，℃
CtjA—對(duì)應(yīng)于TjA的冷卻機(jī)排入大氣廢氣比熱，KJ/Nm3·℃
③Qtt為用于發(fā)電的窯胴體廢熱熱量，單位為KJ/h。
對(duì)于窯胴體廢熱熱量，目前有部分水泥廠(chǎng)進(jìn)行了部分回收，但未用于發(fā)電，其它絕大部分水泥廠(chǎng)都未回收。當(dāng)將窯胴體廢熱熱量回收并用于發(fā)電時(shí)，計(jì)算發(fā)電系統(tǒng)熱效率應(yīng)按實(shí)際回收的窯胴體廢熱熱量計(jì)算。
?、?B>Qqt為用于發(fā)電的其它熱量，單位為KJ/h。
對(duì)于不同的余熱發(fā)電技術(shù)或不同的水泥廠(chǎng)，其用于發(fā)電的熱量除前述廢熱熱量外，有可能還利用其它熱量，如：為了多發(fā)電，利用窯的部分二次風(fēng)或三次風(fēng)，這樣勢(shì)必增加熟料熱耗，因此應(yīng)將熟料增加的熱耗或抽取的用于發(fā)電的二次風(fēng)，三次風(fēng)熱量計(jì)入發(fā)電用熱量；
為了多發(fā)電，改變物料烘干方式：將原本用于烘干的廢氣全部用于發(fā)電而改變物料烘干熱源，即或者改用燃燒燃料的方法烘干物料，或者用其它方法烘干物料。但無(wú)論采用何種方式，應(yīng)將物料烘干所用的熱量計(jì)入發(fā)電用熱量。
水泥生產(chǎn)線(xiàn)因配套建設(shè)余熱電站所增加的其它能源消耗，換算為熱量后均應(yīng)計(jì)入發(fā)電用熱量。
(3)應(yīng)用舉例：
例一：一條熟料產(chǎn)量為5500t/d的水泥窯，熱耗小于3140KJ/kg。生料烘干采用窯尾廢氣，廢氣參數(shù)為：353600Nm3/h---210℃；煤烘干采用冷卻機(jī)廢氣，廢氣參數(shù)為：30000Nm3/h---290℃；窯尾預(yù)熱器排出的廢氣參數(shù)353600Nm3/h---330℃，窯頭冷卻機(jī)扣除煤烘干所需廢氣后排入大氣的廢氣參數(shù)310000Nm3/h---290℃；僅利用窯頭、窯尾廢氣余熱配套余熱電站。
當(dāng)電站分別采用2.29Mpa—380℃、0.98Mpa—310℃主蒸汽參數(shù)時(shí)，熱效率計(jì)算結(jié)果如下：
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主蒸汽參數(shù) |
0.98MPa-310℃ |
2.29MPa-380℃ | |
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窯尾廢氣余熱 |
預(yù)熱器排出的廢氣參數(shù) |
353600Nm3/h-330℃ |
353600Nm3/h-330℃ |
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生料烘干所需廢氣參數(shù) |
353600Nm3/h-210℃ |
353600Nm3/h-210℃ | |
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用于發(fā)電的窯尾廢氣熱量Qsp |
6504.36×104KJ/h |
6504.36×104KJ/h | |
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窯頭廢氣余熱 |
冷卻機(jī)排入大氣廢氣參數(shù) |
310000Nm3/h-290℃ |
310000Nm3/h-290℃ |
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用于發(fā)電的窯頭廢氣熱量QAQC |
11837.57×104KJ/h |
11837.57×104KJ/h | |
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用于發(fā)電的總廢熱量 |
18341.93×104KJ/h |
18341.93×104KJ/h | |
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熟料熱耗 |
3140KJ/kg |
3140KJ/kg | |
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發(fā)電機(jī)功率D |
7800KW |
8880KW | |
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熱效率η |
15.3% |
17.42% | |
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噸熟料發(fā)電量 |
3140KJ/kg ---34KWh |
3140KJ/kg ---38.7KWh | |
例二：一條熟料產(chǎn)量為5500t/d的水泥窯，熱耗小于3140KJ/kg。生料烘干采用窯尾廢氣，廢氣參數(shù)為：272000Nm3/h---270℃；煤烘干采用冷卻機(jī)廢氣，廢氣參數(shù)為：30000Nm3/h---290℃；窯尾預(yù)熱器排出的廢氣參數(shù)353600Nm3/h---330℃，窯頭冷卻機(jī)扣除煤烘干所需廢氣后排入大氣的廢氣參數(shù)310000Nm3/h---290℃；利用窯頭、窯尾廢氣余熱配套余熱電站。
當(dāng)電站分別采用2.29Mpa—380℃、0.98Mpa—310℃主蒸汽參數(shù)時(shí)，熱效率計(jì)算結(jié)果如下：
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主蒸汽參數(shù) |
0.98MPa-310℃ |
2.29MPa-380℃ | |
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窯尾廢氣余熱 |
預(yù)熱器排出的廢氣參數(shù) |
353600Nm3/h-330℃ |
353600Nm3/h-330℃ |
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生料烘干所需廢氣參數(shù) |
272000Nm3/h-270℃ |
272000Nm3/h-270℃ | |
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扣除生料烘干所需窯尾廢氣量后剩余的窯尾廢氣參數(shù) |
81600Nm3/h-270℃ |
81600Nm3/h-270℃ | |
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用于發(fā)電的窯尾廢氣熱量Qsp |
5085.27×104KJ/h |
5085.27×104KJ/h | |
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窯頭廢氣余熱 |
冷卻機(jī)排入大氣廢氣參數(shù) |
310000Nm3/h-290℃ |
310000Nm3/h-290℃ |
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用于發(fā)電的窯頭廢氣熱量QAQC |
11837.57×104KJ/h |
11837.57×104KJ/h | |
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用于發(fā)電的總廢熱量 |
16922.84×104KJ/h |
16922.84×104KJ/h | |
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熟料總熱耗 |
3140KJ/kg |
3140KJ/kg | |
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發(fā)電機(jī)功率D |
7000KW |
8040KW | |
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熱效率η |
14.9% |
17.1% | |
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噸熟料發(fā)電量 |
3140KJ/kg—30.5KWh |
3140KJ/kg—35.1KWh | |
例三：一條熟料產(chǎn)量為5500t/d的水泥窯，生料烘干采用窯尾廢氣，廢氣參數(shù)為：353600Nm3/h---210℃；煤烘干采用冷卻機(jī)廢氣，廢氣參數(shù)為：30000Nm3/h---290℃；窯尾預(yù)熱器排出的廢氣參數(shù)353600Nm3/h---330℃，窯頭冷卻機(jī)扣除煤烘干所需廢氣后排入大氣的廢氣參數(shù)310000Nm3/h---290℃；利用窯頭、窯尾廢氣余熱同時(shí)抽取窯三次風(fēng)35000Nm3/h--900℃配套余熱電站，因抽取三次風(fēng)熟料熱耗由3140KJ/kg升至3360KJ/kg。
當(dāng)電站分別采用2.29Mpa—380℃、0.98Mpa—310℃主蒸汽參數(shù)時(shí)，熱效率計(jì)算結(jié)果如下：
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主蒸汽參數(shù) |
0.98MPa-310℃ |
2.29MPa-380℃ | |
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窯尾廢氣余熱 |
預(yù)熱器排出的廢氣參數(shù) |
353600Nm3/h-330℃ |
353600Nm3/h-330℃ |
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生料烘干所需廢氣參數(shù) |
353600Nm3/h-210℃ |
353600Nm3/h-210℃ | |
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用于發(fā)電的窯尾廢氣熱量Qsp |
6504.36×104KJ/h |
6504.36×104KJ/h | |
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窯頭廢氣余熱 |
冷卻機(jī)排入大氣廢氣參數(shù) |
310000Nm3/h-290℃ |
310000Nm3/h-290℃ |
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用于發(fā)電的窯頭廢氣熱量QAQC |
11837.57×104KJ/h |
11837.57×104KJ/h | |
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抽取的三次風(fēng)熱量 |
抽取的三次風(fēng)參數(shù) |
35000Nm3/h-900℃ |
35000Nm3/h-900℃ |
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用于發(fā)電的三次風(fēng)熱量 |
5063.04×104KJ/h |
5063.04×104KJ/h | |
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因抽取三次風(fēng)增加熟料熱耗 |
220KJ/kg |
220KJ/kg | |
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用于發(fā)電的總廢熱量 |
23404.97×104KJ/h |
23404.97×104KJ/h | |
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熟料總熱耗 |
3360KJ/kg |
3360KJ/kg | |
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發(fā)電機(jī)功率D |
9175KW |
10455KW | |
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熱效率η |
14.11% |
16.08% | |
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噸熟料發(fā)電量 |
3360KJ/kg—40KWh |
3360KJ/kg—45.6KWh | |
五、評(píng)價(jià)方法的應(yīng)用
5.1評(píng)價(jià)方法應(yīng)用分析
從評(píng)價(jià)方法的構(gòu)成、熱效率的物理意義及所舉三個(gè)實(shí)例計(jì)算結(jié)果來(lái)看：
（1）對(duì)于同一條水泥窯，發(fā)電用熱熱源相同，當(dāng)發(fā)電熱力循環(huán)系統(tǒng)采用不同的主蒸汽參數(shù)時(shí)，參數(shù)越高熱效率越高，相應(yīng)地噸熟料余熱發(fā)電量也越高。這說(shuō)明：根據(jù)熱源溫度的不同，實(shí)現(xiàn)熱量根據(jù)其溫度進(jìn)行梯級(jí)利用的原理對(duì)提高余熱發(fā)電能力的重要性；
(2)對(duì)于同一條水泥窯，發(fā)電用熱熱源不相同但主蒸汽參數(shù)相同時(shí)，熱源溫度越高，噸熟料余熱發(fā)電量也越高，但電站熱效率越低。這說(shuō)明：利用水泥窯生產(chǎn)本身可以回用的高溫?zé)崃縼?lái)提高水泥窯的發(fā)電量，雖然發(fā)電量可以提高，但節(jié)能效果確降低，因此是不能提倡的；
(3)對(duì)于同一條水泥窯，發(fā)電用熱熱源相同但物料所需烘干熱源溫度不同時(shí)，烘干所需熱源溫度越高，噸熟料余熱發(fā)電量越低，電站熱效率也越低。這說(shuō)明：從噸熟料余熱發(fā)電量、電站熱效率兩個(gè)方面來(lái)評(píng)價(jià)，物料烘干對(duì)發(fā)電能力的影響基本是相同的；
(4)對(duì)于不同水泥窯配套建設(shè)的余熱電站，由于發(fā)電用熱熱源不相同、采用的余熱發(fā)電技術(shù)不同，電站熱效率只能說(shuō)明用于發(fā)電的熱量轉(zhuǎn)換為電能的比例不同，但不能說(shuō)明實(shí)際發(fā)電功率的不同。
5.2評(píng)價(jià)方法的應(yīng)用
如上所述，單一的“噸熟料余熱發(fā)電量”或“熱效率”都不能完整、準(zhǔn)確的反映水泥窯純低溫余熱發(fā)電技術(shù)的實(shí)際情況，本文提出的評(píng)價(jià)方法在于綜合采用“噸熟料余熱發(fā)電量”及“熱效率”，其應(yīng)用方法如下：
(1)在建設(shè)余熱電站之前比較、確定余熱電站技術(shù)方案時(shí)，單純從節(jié)能角度來(lái)講，對(duì)于不同的余熱電站技術(shù)方案：如果用于發(fā)電的熱源相同，則選擇“熱效率”高的方案(相應(yīng)的“噸熟料余熱發(fā)電量”也是高的)；如果用于發(fā)電的熱源不相同，仍應(yīng)選擇“熱效率”高的方案(相應(yīng)的“噸熟料余熱發(fā)電量”不一定是高的)，而如果“噸熟料余熱發(fā)電量”同時(shí)也是高的，更應(yīng)當(dāng)選擇此方案。
(2)對(duì)于已投產(chǎn)的余熱電站，采用單一的“噸熟料余熱發(fā)電量”或“熱效率”來(lái)對(duì)余熱電站及水泥窯自身進(jìn)行綜合考核都是準(zhǔn)確、可靠的；
(3)對(duì)于已投產(chǎn)的不同水泥窯間的余熱電站進(jìn)行比較:如果某余熱電站，不但“熱效率”高，同時(shí)“噸熟料余熱發(fā)電量”也高，則說(shuō)明其余熱電站的技術(shù)水平是高的；如果某余熱電站“熱效率”高“噸熟料余熱發(fā)電量”低，則相對(duì)于另一套“熱效率”低“噸熟料余熱發(fā)電量”高的余熱電站來(lái)講，“熱效率”高的余熱電站的技術(shù)水平要高于“熱效率”低的；
(4)對(duì)于“熱效率”：由于水泥窯純低溫余熱電站的熱源溫度較低，其“熱效率”也就相對(duì)較低。對(duì)于帶有五級(jí)預(yù)熱器的新型干法窯來(lái)講，純低溫余熱電站的“熱效率”一般在13～20%之間(大型火電站則在38～45%之間)。由于基數(shù)低，即使“熱效率”只有微小的變化，對(duì)發(fā)電能力也將產(chǎn)生較大的影響，因此，水泥窯純低溫余熱電站應(yīng)當(dāng)極力追求提高“熱效率”，直至追求到提高百分之零點(diǎn)二，甚至是提高百分之零點(diǎn)一，這對(duì)水泥窯純低溫余熱電站有重要意義。
六、結(jié)語(yǔ)
本文僅對(duì)水泥窯純低溫余熱發(fā)電技術(shù)水平的評(píng)價(jià)方式進(jìn)行了探討，提出了初步的評(píng)價(jià)方法，目的在于提供給同行進(jìn)行討論或參考并力促相關(guān)管理部門(mén)盡早制定出完整、科學(xué)、準(zhǔn)確的水泥窯純低溫余熱發(fā)電技術(shù)的評(píng)價(jià)方法。由于筆者接觸范圍及技術(shù)水平所限，文中的某些觀(guān)點(diǎn)可能有不當(dāng)之處，敬請(qǐng)同行諒解。編輯：
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