摘要:

水泥窑低温余热发电系统的方案优劣, 不能单纯采用“吨熟料发电量”这一个指标。文章详细分析了原料磨种类、原料水分、烘干气体温度、煤磨位置、增湿塔位置、预热器级数对发电量的影响, 以及为追求高发电量而影响原水泥生产线正常运行的诸多不利状况。在此基础上, 作者对行业内存在热点问题进行了相关的剖析。

0 前言

当前, 全国水泥行业利用预热器和冷却机的低温余热进行余热发电的技术, 正如火如荼地得到普遍应用和推广。采用这项技术, 不可避免地会对原有工艺流程、设备布置、风机参数带来影响; 另一方面, 原料磨、煤磨的形式, 预热器的级数和增湿塔的位置等等, 也影响到发电量。

我们认为单纯采用“吨熟料发电量(kWh/t)”指标进行发电量和方案的对比是不科学、不准确的,不能全面反映方案的优越性。因工艺流程、设备选型和配置不同时会产生不同的热焓量。本文拟从工艺设计观点出发, 结合实际生产和设计中碰到的问题, 论述低温余热发电系统中热能转换为电能的各项影响因素, 以及热耗与发电量的关系。
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我们知道, 发电系统有单压不补气、多压补气及复合闪蒸技术方案, 但三种模式并无本质区别,都是利用出预热器320~380 ℃及出冷却机350 ℃左右的废气组成低压低温、或中压中低温系统, 吨熟料发电量在32~40 kWh/t 之间。本文仅以单压不补气系统为基准进行方案比较和分析论述, 供参考。

1 生料磨采用立磨, 入磨物料水分对余热发电系统的影响

从目前一般宣传资料看, 出SP 炉的气体温度标明在230~250 ℃之间。应当说, 出SP 炉的温度,是与生料磨选型及原料平均水分有关的。只有当选用立磨、辊压机终粉磨及筒辊磨(HORO 磨) 粉磨生料, 且入磨平均水分在4%~4.5%时, 出SP 炉的气体温度才能控制在230~250 ℃之间。
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为提高烘干效率, 立磨要维持风环处有一定风速, 以满足磨内提升悬浮物料的要求; 同理, 辊压机终粉磨中的V 型选粉机及筒辊磨也需要一定的风量。根据传热基本公式, 气体传给物料的热量q ( 4.18 kJ/kg) 随入磨物料水分[w(H2O)] 的增大而提高, 即q∝w(H2O)∝Vct。由于风量V 基本为一常数( 折成标况下约为1~1.3 m3/kg) , 因此入磨热风温度t 与原料水分w(H2O)成正向关系。
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以立磨为例, 根据热平衡计算可以求出水分不同时需要的热风温度t。

计算条件: 熟料台时产量为5 500 t/d, 出预热器废气量( 折成标况) 为1.5m3/kg; 立磨生料台时产量450 t/h, 循环风量33%, 入磨风量( 折成标况) 1m3/kg。求得t 与w(H2O)的关系, 见表1 及图1 所示。
由表1 及图1 可见, 随入磨物料水分增加, 立磨需要的热风温度愈高; 而能供给发电的热量愈少。水分每增加1%, 如果要满足立磨烘干水分所需的热量, 则生产每kg 熟料供给SP 炉的发电热量超过10 ×4.18 kJ, 那吨熟料的发电量就要降低3.0 kWh/t 以上。

低温余热发电的原则是先满足工艺生产的需要。南方雨季多, 黏土水分经常>20%, 原料的平均综合水分常超过5%, 对发电量影响很大。关于这一点, 在考虑余热发电方案时, 一定不能忽略。