提高余熱發(fā)電量的技術(shù)措施探討

  1.前言

  2015年，中國水泥行業(yè)進(jìn)入飽和期，量價(jià)齊跌的局面對(duì)企業(yè)的成本控制提出了更高的要求，如何在眾多企業(yè)中成為龍頭企業(yè)，就得在現(xiàn)有的節(jié)能基礎(chǔ)上繼續(xù)深挖節(jié)能空間，降低能耗。近年來，作為能源消耗大戶之一的水泥工業(yè)，隨著各地新型干法水泥生產(chǎn)線的余熱發(fā)電建設(shè)迅速增加，因而余熱資源的綜合利用與減排CO2的環(huán)境保護(hù)成為水泥工業(yè)保持可持續(xù)發(fā)展的焦點(diǎn)。目前國內(nèi)新型干法水泥生產(chǎn)線的余熱發(fā)電建設(shè)規(guī)模由1000t/d*1.5MW、2000t/d*4.5MW迅速發(fā)展到5000t/d*9MW、8000t/d*15MW、10000t/d*18MW。水泥熟料熱耗已由原來的4600～6700kJ/kg降低到3000～3300kJ/kg，但即使如此，水泥生產(chǎn)過程中仍然有約占熟料燒成熱耗35%左右的、溫度為350℃以下的中、低溫廢氣余熱不能被充分利用，不僅造成能源浪費(fèi)，同時(shí)也產(chǎn)生嚴(yán)重的熱污染。因此，對(duì)余熱發(fā)電增效節(jié)能技術(shù)的探討，已成今年來研究的關(guān)鍵課題之一。

  2. 余熱發(fā)電專利技術(shù)的好處

  日趨成熟的專利資源綜合利用技術(shù)，可大量回收和充分利用余熱電站不能回收的中、低品位的余熱，并用以余熱發(fā)電的增效、采暖，已成為目前國內(nèi)水泥余熱電站外的節(jié)能降耗的有效途徑。

  余熱發(fā)電的專利技術(shù)不增加粉塵、廢渣、煙氣及二氧化硫的排放，因而更具有節(jié)能和環(huán)保的效果。推廣應(yīng)用這項(xiàng)技術(shù)，能夠提高能源綜合利用率，保護(hù)環(huán)境，促進(jìn)水泥工業(yè)向循環(huán)經(jīng)濟(jì)、綠色環(huán)保的方向健康發(fā)展。還可有效的提高水泥熟料質(zhì)量。

  3. 專利增效原理

  結(jié)合多年的余熱發(fā)電安裝經(jīng)驗(yàn)，以及對(duì)余熱發(fā)電專利技術(shù)的研究，筆者對(duì)專利增效的原理概括如下：

  3.1 對(duì)窯頭鍋爐增加煙風(fēng)分配除塵換熱設(shè)備

  窯頭余熱鍋爐廢氣入口在原來的煙風(fēng)道的基礎(chǔ)上再增加煙風(fēng)分配除塵換熱設(shè)備，煙氣采用板式除塵換熱進(jìn)行處理，以減輕熟料顆?；驕p少對(duì)鍋爐的堵塞和沖刷磨損，又能增加煙氣的換熱，換熱后的熱量進(jìn)鍋爐產(chǎn)生過熱蒸汽進(jìn)行發(fā)電，使發(fā)電比原來增加20%左右。

  3.2 對(duì)窯頭窯尾鍋爐內(nèi)部進(jìn)行合理風(fēng)量分配

  對(duì)窯頭窯尾鍋爐內(nèi)部進(jìn)行合理風(fēng)量分配，避免風(fēng)溫過熱使熟料粉塵粘性增加堵塞過路的換熱管片降低蒸汽產(chǎn)量影響發(fā)電。避免風(fēng)溫過低也影響產(chǎn)汽量降低發(fā)電量。此技術(shù)有效的使鍋爐產(chǎn)汽量得到長期平衡狀態(tài)，使發(fā)電長期平衡運(yùn)行。此技術(shù)做了特殊的設(shè)計(jì)和位置安裝，能夠調(diào)節(jié)靈活，不積灰、不漏風(fēng)。

  3.3. 窯頭低溫廢氣余熱的循環(huán)利用

  窯頭余熱鍋爐（AQC爐）在設(shè)置鍋爐熱水段后排煙溫度可做到130℃左右，這部分廢氣與窯頭篦冷機(jī)余風(fēng)混合后的溫度為110℃左右，一般經(jīng)窯頭收塵后排放。通過對(duì)窯頭低溫廢氣余熱的循環(huán)利用，可將窯頭廢氣經(jīng)篦冷機(jī)風(fēng)機(jī)引回中溫段，通過循環(huán)利用其熱焓提高AQC爐的產(chǎn)汽量。此方案的要點(diǎn)在于將110℃左右目前難于利用的低溫廢氣通過管道引入，與篦冷機(jī)內(nèi)的中溫（500℃左右）熟料換熱升溫后加以利用，實(shí)現(xiàn)低溫廢氣余熱資源的轉(zhuǎn)換。分析篦冷機(jī)的風(fēng)量分配關(guān)系：冷卻用風(fēng)由各段風(fēng)機(jī)分別鼓入，風(fēng)溫為常溫20℃左右，高中低溫三個(gè)區(qū)段的進(jìn)風(fēng)量分別占總風(fēng)量的31%、50%和19%左右。換熱后出篦冷機(jī)的風(fēng)量分配為；入窯二次風(fēng)占15%左右（標(biāo)況、風(fēng)溫1050℃左右）；入分解爐三次風(fēng)占25%左右（標(biāo)況、風(fēng)溫950℃左右）；其余作為余風(fēng)排放。

  在無純低溫余熱發(fā)電項(xiàng)目時(shí)，余風(fēng)混合后降至200℃左右后經(jīng)除塵排入大氣，；實(shí)施純低溫余熱發(fā)電項(xiàng)目后，余風(fēng)風(fēng)量中45%左右的中低溫風(fēng)（500℃和300℃左右）通過窯頭余熱鍋爐（AQC爐）加于利用，排放的余風(fēng)風(fēng)溫為110℃左右。將110℃左右的低溫廢氣代替常溫風(fēng)（20℃左右，簡稱循環(huán)風(fēng)）引入篦冷機(jī)中溫區(qū)，不會(huì)影響篦冷機(jī)對(duì)出窯熟料的驟冷；因中溫區(qū)大部分余風(fēng)引入AQC爐也不會(huì)影響出窯熟料溫度。另外還有15%余熱風(fēng)利用專利技術(shù)充分利用發(fā)電。

  3.4 對(duì)窯尾鍋爐廢氣出口管道進(jìn)行合理設(shè)計(jì)

  通過對(duì)窯尾鍋爐廢氣出口管道進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，可以充分利用鍋爐出口160度的風(fēng)溫用于水泥生料的烘干。

  3.5 回轉(zhuǎn)窯筒體散熱的利用

  回轉(zhuǎn)窯筒體內(nèi)部溫度高，窯外分解窯為900～1600℃。盡管采用各種隔熱措施（目前主要是耐火磚和窯皮），窯筒體表面溫度仍較高，窯外分解窯筒體表面溫度沿窯筒體軸向分布變化范圍在120-400℃之間，平均溫度為270℃左右，由此帶來的散熱損失占水泥熟料燒成熱耗的5%以上。以2500t/d窯外分解窯為例，按年有效運(yùn)轉(zhuǎn)300天，噸熟料熱耗770kcal/t-cl、窯筒體散熱5%計(jì)算，窯筒體一年的散熱損失為2.89×107kcal、折合標(biāo)準(zhǔn)煤4130噸。此外，窯筒體溫度較高部分還需要使用風(fēng)機(jī)鼓風(fēng)冷卻，再耗費(fèi)一部分電能，仍以2500t/d窯外分解窯為例，年耗電約25萬kwh左右。

  到目前為止，水泥行業(yè)對(duì)回轉(zhuǎn)窯筒體散熱還沒有較好的利用方法。國內(nèi)一些水泥廠有產(chǎn)生熱水取暖的利用方法，但未曾合理的設(shè)計(jì)，只是利用于洗澡。

  為直接解決其問題，筆者認(rèn)為所要解決的技術(shù)問題是提供一種可實(shí)用的水泥回轉(zhuǎn)窯筒體散熱回收利用裝置，可以有效換熱并解決可能引起回轉(zhuǎn)窯筒體表面超溫等問題。在回轉(zhuǎn)窯筒體上分段裝設(shè)換熱罩，換熱罩與回轉(zhuǎn)窯筒體之間采用特殊設(shè)計(jì)，使回轉(zhuǎn)窯筒體與換熱罩之間形成換熱腔。換熱腔管束內(nèi)充滿水，對(duì)回轉(zhuǎn)窯筒體上進(jìn)行對(duì)流傳導(dǎo)換熱；換熱后可直接產(chǎn)生低溫低壓蒸汽用于水泥廠純低溫余熱發(fā)電。在回轉(zhuǎn)窯筒體上安裝6組換熱裝置，位于窯尾的6#換熱裝置用于給水預(yù)熱。位于窯燒成帶的1#、2#、3#換熱裝置和位于窯過渡帶的5#換熱裝置作蒸發(fā)器使用，用于產(chǎn)生飽和蒸汽（汽水混合物）進(jìn)入窯頭低壓汽包，形成低溫低壓過熱蒸汽（過熱度30℃左右）用于汽輪機(jī)的補(bǔ)汽，以2500t/d窯外分解窯為例估算，每年可發(fā)電300×104kwh左右。

  4. 結(jié)束語

  隨著國家各項(xiàng)節(jié)能減排政策的出臺(tái)，如何才能更好地實(shí)現(xiàn)水泥余熱行業(yè)節(jié)能減排并增效等問題已刻不容緩，通過對(duì)余熱發(fā)電技改專利技術(shù)進(jìn)行多年的理論研究與實(shí)踐，筆者認(rèn)為水泥余熱增效節(jié)能技術(shù)還有待進(jìn)一步研究，進(jìn)一步提升該領(lǐng)域的發(fā)展空間。