水泥厂余热发电对熟料生产线的影响范文

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一、余热发电投运前后烧成系统运行状况分析

（一）烧成系统热耗分析1.系统热耗偏高余热发电投运前后，熟料烧成热耗分别为3506.7kJ/kg和3605.8kJ/kg，烧成系统热效率分别为46.39%和47.36%，均未达到GB50443-2007《水泥工厂节能设计规范》中熟料热耗≤3178kJ/kg和烧成系统热效率＞50%。系统热耗偏高的主要原因有：一是当地自然环境条件的影响。该公司地处海拔1300米左右的高原地区，较平原地区空气稀薄，氧含量低，将延长煤粉的着火时间、延缓燃烧速度、降低燃烧温度，这些都将增加烧成用煤耗。同时，当地年平均气温0.7℃，年平均地温2.8℃，环境温度低、风力大，系统表面热损失相对较高（约高10%）。物料温度低，加热物料需要的热量多，从而导致烧成热耗高。二是系统配套的是四级预热器。一般情况下，与五级预热器相比，四级预热器出口废气温度要高30℃～50℃，废气带走热损失多。通过系统热量平衡计算，废气带走热占总支出热的25%以上。三是篦冷机配风和操作不当，热回收效率低。从主要部位气体量、温度及压力可以看出，二、三次风温均偏低，和正常水平有着明显的差距，冷却机热回收效率低于GB50443—2007《水泥工厂节能设计规范》要求≥72%的指标。四是煤质差、煤粉粗、水分大。从入窑煤粉工业分析可以看出，余热发电投运前，煅烧所采用的煤粉平均灰分高达33.03%，热值仅为19430kJ/kg，煤质未达到GB/T7563-2000《水泥回转窑用煤条件》。由于灰分的存在降低了煤中可燃成分的含量，同时燃烧过程中灰分升温吸热消耗热量，降低了煤的发热量；同时灰分还可影响到煤粉的燃烧速度和燃烧温度，不利于生产。另外，因煤的热值低，使煅烧熟料的煤耗增加，窑的单位容积产量降低。五是系统漏风较多。从预热器C1出口气体量及含尘量测定结果可以看出，C1出口平均氧含量在6.0%及6.1%，未达到GB50443-2007《水泥工厂节能设计规范》C1出口废气O2含量低于4.5%的要求，过剩空气系数为1.519和1.485，说明系统漏风较多。2.余热发电投运后热耗略有增加余热发电投入运行后，熟料标煤耗略有增加（约增加3kg/t），主要原因有：一是预热器C1出口气体温度从384℃提高到420℃，废气带走热增加；二是篦冷机配风和操作不当，使窑头二、三次风温有所降低，二次风温从953℃降至881℃，下降了72℃；三次风温从806℃降至746℃，下降了60℃。篦冷机热回收效率也从67.37%降为63.4%。三是煅烧用煤的水份高达3.58%，煤粉因在燃烧过程中蒸发水分而耗热，降低燃烧温度，同时延长燃烧时间，当煤粉较粗时，燃烬率低，使烧成热耗增大。在高寒地区，一般可通过提高煤粉细度，降低煤粉水分来降低煤耗。

（二）系统分步电耗分析1.分步电耗偏高余热发电投运前后，吨熟料电耗分别为48.2kWh/t和45.0kWh/t，考虑海拔的影响（√（88200/101325）＝0.933）后，分别为45.0kWh/t和42.0kWh/t，仍高于GB50443-2007《水泥工厂节能设计规范》规定新建、扩建水泥生产线主要生产工段设计指标32kWh/t。分析主要原因有：一是高温风机负荷大，电耗高。该系统在高温风机设计选型时已经考虑了采用余热发电设备，所选高温风机铭牌为：额定风量680000m3/h；风机全压9250Pa。电机额定功率2500kW。实测高温风机进口风量688813m3/h，折合262962Nm3/h；全压9000Pa左右；功率2405kW。风机基本达到满负荷运转，吨熟料耗电量平均达到17kWh/t，占熟料分步电耗比重较高。二是窑尾排风机负荷大，电耗高。根据标定期间统计，尾排风机的平均小时耗电量折合吨熟料耗电达9kWh/t以上。三是篦冷机鼓风量大，增加废气处理和排风机负荷。实测篦冷机总鼓风量折合2.46Nm3/kg，远高于第四代篦冷机的用风量要求，不仅增加了冷却电耗，而且因低温段鼓入过量的冷却风，熟料进一步降温释放出来的热量并未被窑煅烧利用，也没有被余热发电利用，而是作为篦冷机废气排出（实测篦冷机废气风管风温146℃，风量132823Nm3/h，存在未被有效回收的热量），白白增加冷却机系统风机和窑头排风机的电耗。同时过量的风和粉尘将全部进入窑头电收尘器，从而影响窑头废气处理效果。2.余热发电投运有利于分步电耗降低余热发电投运后，熟料烧成工段分步电耗降低了3.2kWh/t。主要由于废气经余热锅炉后进入风机时温度降低（比如：入高温风机的风温从384℃降为280℃，出窑头排风机的风温从199℃降为108℃），工况风量变小，风机负荷变小，从而使风机电耗降低。该系统熟料分步电耗有较大优化空间，可以通过降低废气温度、减少系统漏风、降低系统阻力等措施，达到节电的效果。

（三）预热器系统分析国内新型干法生产线单位熟料废气量一般在1.4Nm3/kg～1.7Nm3/kg。从预热器C1出口气体量及含尘量测定结果可以看出，两次标定C1出口废气量分别为1.564Nm3/kg和1.535Nm3/kg，窑尾废气量虽稍偏大。但是窑尾各级预热器温度较高，尤其C1出口，分别达384℃和420℃，导致工况风量大，风速高，使得系统阻力变大。经计算，各级进、出口风速都在20m/s以上，C1出口风速高达28.4m/s。如此高的进口风速造成了相对比较高的系统压降。这是系统C1出口负压达到约-7000Pa左右的重要原因。余热发电系统运行后，窑尾预热器系统各级负压变低、漏风系数减少，出C1风量略有减少。

二、低温余热发电系统分析

（一）余热发电情况该公司6MW纯低温余热发电由于地区缺水，采用风冷系统。发电热源分别来自窑头篦冷机余热及出窑尾预热器废气。标定期间平均每小时发电量为4133kWh，电站自用电量432kWh，自用电率为10.45%，平均吨熟料发电量为28.6kWh/t。

（二）余热锅炉热回收情况根据标定结果，窑系统抽去用于发电的总热量为66762+138845=205607MJ/h。实际用于发电的总热量为82007MJ/h，其中AQC炉51120MJ/h、PH炉30847MJ/h。即说明余热通过余热锅炉转换后只有约40%的热量得到了有效利用，锅炉系统热损失较大。分析主要原因有：一是该公司窑头废气排风量大，风温高，说明窑头篦冷机废气中尚有一定的余热回收潜力。建议该公司适当加大余热风量，减少篦冷机废气排放量，以提高窑头AQC炉的热回收量。二是实测数据显示，该公司PH炉进风的温度较高（420℃），单位熟料的废气量也较大，但是PH炉出风温度达280℃，废气带走热量多，另外加上PH炉系统漏风较为严重，故使其热回收效率只有22.2%。

三、结论与建议

从前述分析可以得出：1.高寒地区水泥熟料生产线配套余热发电系统投运，不影响熟料产质量。因高寒地区大气压强小、空气稀薄、环境温度低，熟料烧成系统工况风量较大，系统阻力较高，热损失较大，与平原地带相比，系统热耗和熟料分步电耗均较高。2.余热发电投运后，熟料烧成热耗（标煤耗）略有增加，建议加强窑系统操作人员和余热发电操作人员的协调配合，稳定生产。3.余热发电投运后，可降低窑头排风机、窑尾高温风机和尾排风机的入口风温，从而降低风机工况风量，有利于降低烧成系统分步电耗。4.在满足原燃料烘干的前提下，适当降低PH锅炉出口气体温度（一般在200℃～220℃）和篦冷机废气排放量和排放温度，同时加强余热锅炉维护，确保锅炉热回收效率，从而提高余热利用量和余热发电量。5.高寒地区因水资源短缺，余热发电采用风冷系统，吨熟料发电量为28.6kWh，自用电率为10.45%，具有优化操作提升发电量的空间。6.余热发电投运后，因废气经过余热锅炉后有部分粉尘沉降，同时温度降低，有利于降低进入收尘器的粉尘浓度和工况风量，从而提高收尘器收尘效果，有利于废气达标排放。因此，水泥熟料生产线配套余热发电，是真正的“绿色”生产。

作者：王新英单位：河北省建筑材料工业设计研究院