大型干法水泥生產(chǎn)線純低溫余熱發(fā)電熱量利用分析
1 有效發(fā)電功率的計算
鍋爐有效利用的熱量用于產(chǎn)生蒸汽并驅(qū)動汽輪機發(fā)電系統(tǒng)產(chǎn)生電能。一定熱量下產(chǎn)生電能的多少,取決于熱力發(fā)電系統(tǒng)的效率。
蒸汽動力裝置的理想循環(huán)就是朗肯循環(huán),其動力設(shè)備如圖1。根據(jù)焓熵圖以及水蒸氣性質(zhì)表計算得到朗肯循環(huán)的各點狀態(tài)參數(shù),計算方法如圖2。朗肯循環(huán)的T-s圖見圖3。
點1:P1=1.7MPa、T1=330℃
h1=3 100.70kJ/kg、s1=6.970 1kJ/(kg·K)。
點2:P2=0.008MPa、T2=41.53℃
h2=2 180.78kJ/kg、s2=6.970 1kJ/(kg·K)。
點3:P3=0.008MPa、T3=41.53℃
h3=173.87kJ/kg、s3=0.592 5kJ/(kg·K)。
點4:P4=1.7MPa、T4=41.59℃
h4=175.57kJ/kg、s4=0.592 5kJ/(kg·K)。
點2act:P2act=0.008MPa、h2act=2 373.7kJ/kg
s2act=7.55kJ/(kg·K)。
忽略不計水泵功,循環(huán)熱效率η的近似計算公式為:
η===31.43%
1.1 鍋爐效率ηgi
余熱鍋爐吸收的熱量,考慮2%的鍋爐排污率等熱損失,其余全變成蒸汽去發(fā)電,則此處可認(rèn)為鍋爐效率ηgi=98%。
1.2 管道效率ηgd
一般情況下若不計工質(zhì)損失為99%,考慮到水泥廠純低溫余熱發(fā)電系統(tǒng)相距較遠(yuǎn),主蒸氣有壓降、溫降,此處取ηgd=98%
1.3 循環(huán)熱效率ηt
因朗肯循環(huán)的1點狀態(tài)參數(shù),溫度影響較大,廢氣溫度在350℃左右,決定了朗肯循環(huán)的1點蒸汽溫度<330℃,而蒸汽壓力(無論是1.3MPa或2.0MPa)h1變化不大。取ηt=31.43%
1.4 汽輪機的絕對內(nèi)效率ηoi
一般情況下為75%~85%,水泥廠用低溫汽輪機取ηoi=80%
1.5 汽輪機的機械效率ηj
一般情況下為96%~99%,此處取ηj=98%
1.6 發(fā)電機效率ηd
與冷卻方式有關(guān),對于中小容量的空氣冷卻機組其效率在97%~98%,一般取ηd=98%
1.7 總效率η
將以上各項效率考慮以后,則大型干法水泥生產(chǎn)線純低溫余熱發(fā)電系統(tǒng)的總效率為:
η=ηgi×ηgd×ηt×ηoi×ηj×ηd
=0.98×0.98×0.314 3×0.8×0.98×0.98=23.19%
若汽輪機的絕對內(nèi)效率取ηoi=75%,則系統(tǒng)的總效率為21.74%。
綜合分析大型干法水泥生產(chǎn)線純低溫余熱發(fā)電系統(tǒng)的總效率為:21%~23%。
2 廢氣余熱利用分析
由于各個水泥生產(chǎn)線的規(guī)模、工藝流程、原燃料特性、氣象條件等原始資料不盡相同,廢氣排放量、廢氣成分和溫度也有所差異。為了方便分析計算,使余熱利用情況以數(shù)量化的形式展現(xiàn),下面以5 000t/d熟料生產(chǎn)線為例,對水泥窯廢氣熱量進(jìn)行定量分析計算。其它規(guī)模生產(chǎn)線的分析可大致依此類推比較。
2.1 窯尾預(yù)熱器和窯頭熟料冷卻機廢氣排放的熱量
2.1.1 窯尾預(yù)熱器廢氣排放的熱量
目前國內(nèi)水泥生產(chǎn)線的燃料有采用煙煤的,也有采用無煙煤的,煤質(zhì)不同,燃燒后產(chǎn)生的煙氣量也有所差異,高揮發(fā)分的煤和質(zhì)量較次的煤其煙氣產(chǎn)生量較多。另外受預(yù)熱器系統(tǒng)換熱效率和分離效率的影響,不同的工藝配置將使出預(yù)熱器系統(tǒng)的廢氣溫度有所不同。經(jīng)過現(xiàn)場調(diào)研和查閱資料,我們了解到目前國內(nèi)新型干法水泥生產(chǎn)線單位熟料窯尾預(yù)熱器排出廢氣量約為1.34~1.63Nm3/kg熟料,那么對于5 000t/d熟料生產(chǎn)線,其出窯尾預(yù)熱器的廢氣量約為28~34萬Nm3/h,溫度約320~350℃。熱量計算時所采用的比熱值取決于廢氣各成分的含量,經(jīng)過對一些生產(chǎn)線的取值計算比較,比熱值差異不太多。具體熱量計算取值如下:
窯尾預(yù)熱器排出的廢氣:32萬Nm3/h,溫度330℃,比熱1.51kJ/Nm3·℃。
窯尾預(yù)熱器排出的廢氣熱量:159.5×106kJ/h。
其中,用于烘干原料水分(5%水分)的熱量:45.5×106kJ/h。
扣除烘干原料熱量后,窯尾排放的廢氣熱量:114×106kJ/h。
2.1.2 窯頭熟料冷卻機廢氣排放的熱量
目前多數(shù)生產(chǎn)線配置的第三代充氣梁篦冷機熱回收效率可達(dá)72%~75%,單位熟料冷卻風(fēng)量降至1.9~2.2Nm3/kg熟料,余風(fēng)排放量也相應(yīng)降低。由于不同生產(chǎn)線的工藝配置和原燃料特性的不同,窯用二次風(fēng)和分解爐用三次風(fēng)也有所不同,加之煤磨在窯頭或窯尾的配置不同,均對余風(fēng)排放量有所影響,但其大致范圍在1.34~1.48Nm3/kg熟料,那么對于5 000t/d熟料生產(chǎn)線,其余風(fēng)排放量約為28~31萬Nm3/h,溫度約200~250℃。冷卻機排出氣體主要是空氣,所以比熱可按自由空氣的比熱取值。熱量計算時取值如下:
窯頭熟料冷卻機排出的廢氣:30萬Nm3/h,溫度250℃,比熱1.3kJ/Nm3·℃
窯頭熟料冷卻機排出的廢氣熱量:97.5×106kJ/h
2.1.3 窯頭窯尾總排放的廢氣熱量
經(jīng)過上述計算可知,窯頭窯尾實際排放的廢氣總熱量為211.5×106kJ/h,折合單位熟料總排放的廢氣熱量為1 015.2kJ/kg熟料。
現(xiàn)代新型干法水泥熟料生產(chǎn)線燒成熱耗~3 010kJ/kg熟料,那么窯頭窯尾總排放的廢氣熱量占水泥熟料燒成熱耗的百分比為33.7%。
2.2 余熱鍋爐有效利用熱量
2.2.1 窯尾SP爐有效利用熱量
由于窯尾出SP爐的廢氣要用于烘干原料,因此,要根據(jù)原料水分含量,通過原料磨系統(tǒng)的熱平衡計算,確定出SP爐的廢氣溫度。根據(jù)當(dāng)前國內(nèi)多數(shù)5 000t/d生產(chǎn)線的工藝配置情況,當(dāng)煤磨在窯頭、原料磨采用立磨時,確定出SP爐的廢氣溫度按230℃計。如果煤磨在窯尾,或原料磨采用管磨時,還須結(jié)合原料磨和煤磨系統(tǒng)的熱平衡計算,另行確定出SP爐的廢氣溫度,此處為簡化計算,不再一一列出。確定了進(jìn)出SP爐的廢氣量、廢氣溫度、漏風(fēng)量、廢氣含塵濃度等參數(shù)后,即可根據(jù)鍋爐熱平衡計算,求得SP爐有效利用的廢氣熱量。計算取值和結(jié)果見表1。
...... 摘處《中國水泥》 2005年 05月號
編輯:
監(jiān)督:0571-85871667
投稿:news@ccement.com