从水泥生产工艺角度来讨论余热发电技术应用的发展.docx
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从水泥生产工艺角度来讨论余热发电技术应用的发展
从水泥生产工艺角度来讨论余热发电技术应用的发展
一16一枷渗CE≯I目NT2008.N。
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从水泥生产工艺角度来讨论余热发电技术应用的发展赵乃仁(中材国际南京水泥工业设计研究院,江苏南京210029)中图分类号:
TQl72.622.22文献标识码:
B文章编号:
]002-9877(2008)02-0016-05当前,水泥行业正在大规模的采用低温余热发电系统,热力设备部门也在积极投人,研发出适合低温余热发电的余热锅炉和补汽式汽轮机。
作为水泥主体的工艺和热工等技术人员,在发展余热发电方面,如何积极地将水泥工艺技术与余热发电技术有机地结合起来,以寻求最低的水泥综合能耗及最佳的经济效益,值得认真研究。
余风温度,却降低了入窑的二、三次风温度,从而影响窑的运行。
4)重视稳定生产,控制烧成系统的波动。
水泥生产中对于稳定生产的认识有个阶段过程。
首先是依靠控制生料和煤粉的成分及其波动,达到烧成系统的稳定生产。
随着生产规模的提高,混凝土搅拌站的大规模应用,其意义也提高到了要求产品质量的波动范围达到一个更为窄小的区段。
采用余热发电,生产的稳定程度又要求达到一个更高的层次。
在回转窑的操作控制中,对于稳定烧成系统热工制度的波动方面要兼顾到出窑熟料的稳定,包括它的粒度和温度的波动,以求减少因为热工制度的变化造成篦式冷却机余风温度的波动,其操作调节必须尽可能平稳,避免大起大落,因为当冷却机余风温度出现严重波动时,AQC炉的生产就会出现严重困难,甚至必须停炉。
目前,对于窑内燃烧情况的控制和相应的操作过于粗放,不利于降低电耗和更好的稳定生产。
这就要求有更好的回转窑煅烧信息系统和煅烧操作控制软件,来满足生产控制的需要。
1工艺和余热利用密切相关水泥工艺和热工技术的发展,始终追求的是热效率的提高,但是目前不论是对于预热器系统还是冷却机,要进一步提高它们的热效率,都有相当的难度和高额的代价,相反在余热上面如果通过进一步的利用,在提高热效率上达到同样的效果的同时,它的代价却相对比较低并且容易实行。
同时余热本身就是在工艺生产过程中产生,余热利用工艺如果能够纳入水泥生产工艺,如同对待烧成系统的废气处理工艺一样,不仅是可行的,也是有利于热利用的发展和全厂的整体布局。
因此,在水泥生产工艺方面有这样几点可以考虑:
1)适当调整工艺流程,如把煤粉制备所需要的热风从利用篦式冷却机的余风改为利用预热器的废气,并把立磨作为煤粉粉磨的设备。
这样,煤粉制备和生料粉磨所需要的热风共同利用预热器后的出余热锅炉(SP炉)温度为200。
C的废气,既不影响SP炉使用的热量,又增加了冷却机后余热锅炉(AQC炉)可以利用的热量和温度。
对于煤粉制备已经布置在篦式冷却机旁边的,可以把热风的抽出口从气温在500。
C左右的位置移到2000C,来提高入AQC炉气体的温度。
2)目前余热锅炉工艺和设备日益成熟,运转率基本上可以和回转窑同步,因此水泥生产工艺应该和余热发电同步设计和建设,并严格防止旁路漏风。
3)合理的选择操作参数,如适当提高C。
的出13温度,虽然会略微增加烧成热耗,却能够明显改善蒸汽质量。
也就是说,应该兼顾系统热耗和发电量,求得最佳综合效果。
当然更应该注意防止为了片面追求发电效果,而提高AQC炉的蒸汽量,造成提高了冷却机2篦式冷却机废气排出余热的利用篦式冷却机排出废气的余热在总的系统排出中占有重要地位。
从某水泥厂4000t/d和5000t/d新型干法烧成系统运行的数据Ill(见表1)可以看到,对于4000t/d生产线来说,实际运行的冷却机的余风比窑尾预热器废气量要高出近10%;即使从5000ffd生产线实际运行来看,虽然由于冷却机的技术进步,降低了余风量,而预热器废气量则由于产量的提高增加了很多,但是由于采用了五级预热器,废气的出口温度降低到325℃左右,可以利用的温度降仅有325—200=125℃,而冷却机余风虽然量少,但是温度比较高,可以利用的温度降达到360—95=265℃,由于热量中可以利用作功的能量直接和温度有关,冷却机佘风的温度高,它的可利用价值高,结果是不仅生产了26t/h的过热蒸汽,并且还为SP炉提供了热水。
因此在烧成系统余热利用的技术开发中要充分重视对于冷却机余风的利用。
万方数据
2008.No.2赵乃仁:
从水泥生产工艺角度来讨论余热发电技术应用的发展一17一≈~一寻勰蒜糯嘲黼酾躺翻■■————■————■—●●■■———————■——■———■■——■—■■■■■———●■■■●■—■●—■■●—一表1某水泥厂4000t,d和5伽10t/dFs新型干法烧成系统余热发电运行的数据热源蒸汽规模设备名称发电量温度/qc标态风量,(m讹)338000206250297320278357压力/MPa0.7890.7890.6890.7130.60l产量,(t/11)28.4018.1827.526+2.1①53.518.5温度,℃305,kW分≮p、巡赠一++~…J…’。
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llo爸≥造B080锋/5℃A090“40删运行SP炉3623672124802329602.522.542.1034735372()0AQC炉进汽轮机13.8+5.9d34二次风35.64%三次风AQc炉风捧风15.64%煤磨风42.290/,鼓风量脱图1冷却机内气体和熟料温度分布注:
①闪蒸产生的蒸汽量;②实际产量为5500ffd。
2.1余热利用量的进步从表1看出,虽然5000t/d生产线在窑尾采用了五级预热器,出口温度比四级预热器生产线低了362—329=33℃,降低了窑尾废气排出的余热,但是单位熟料发出的电量,却比4000t/d生产线高出熟料温度范围——为熟料温度;一一为气体温度表2冷却机内各区段的熟料和气体温项目属性二次风区段1400—l044l222ll三次风区段煤磨风区段AQC炉区段排风区段135-100117.5110—90loo044—584584~529.7529.7—135814973—57l772556.85571~517544332.35517一110313.53.74kWM。
这是由于采用的余热锅炉压力不同。
4000t/d余热锅炉蒸汽压力为2.52MPa,5223.9—169.8=54.1000t/d平均范围的为0.789MPa,由于饱和蒸汽温度下降了oC,所以增加了223.9~169.8℃这段余热产生的蒸汽量,从而达到了增加单位熟料发电量的目的。
气体温度227—9731100平均2.3对AQC炉采用分温度等级供气从图l可以看到,如果供煤磨热风不从冷却机内抽取,或把取风点移到200℃左右的温度区,则进AQC炉热风最高温度可以从517qC提高到571℃,风量和热量也会增加,相应增加了AQC炉的蒸汽量。
由于温度对于锅炉内传热有重大影响,而冷却机内气流的温度有高低的差别,如果混合在一起进入AQC炉,就浪费了较高温度部分的热量及其所能够产生的有用功,有的企业把全部的余风混合后进入AQC炉,也就是利用原来冷却机的排风点抽取约250。
(2左右的余风来获得最大的余热量,但是结果得到的却是最低的发电效果。
2.3.12.2篦式冷却机内基本工作状况的分析冷却机的余风是由高到低各股不同温度的气体的组合,由于余热利用和它的温度有很大关系,因此首先应该了解冷却机内气体和熟料温度的分布状况,根据对冷却机的热工标定和计算,可以推算出它的温度曲线。
用于推算的数据汇总如下:
温度:
熟料入冷却机温度为l400%,入煤粉制备系统的热风温度为544%,熟料出冷却机温度为100℃,排风温度为1000C。
风量:
标态下冷却机总鼓风量为2.0948m3/kg。
其中:
二、三次风的风量为0.8094m3/kg,占38.64%;人AQC炉风量为0.8859m3/kg,占42.29%;冷却机的排风量为0.3276m3/kg,占15.64%;煤磨用风量为0.071AQC炉参数的设定余热锅炉的工艺流程见图2。
冷凝水进入AQC炉的水加热区段,利用冷却机余风的低温热量,经过加热后的水一部分进入AQC炉的蒸发区段,另一部分进入SP炉蒸发区段,产生的蒸汽分别进入各自的锅炉的过热区段生产过热蒸汽送到汽轮机发电。
9m3/kg,占3.43%。
相应曲线见图1,数据见表2。
由于冷却机内存在相互窜风现象和不同冷却机运行的性能、操作习惯存在差异,因此根据热平衡计算的各区段的温度只能是一个大致的数据。
因此,AQC炉的热力过程有3个阶段:
①把水从60℃加热到169.8℃;②产生压力为0.789MPa,温度为169.8℃的饱和蒸汽;③加热饱和蒸汽到3450C的过热蒸汽。
万方数据
一18一扣渗CE卅ENT,o”。
2008.N。
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图3和图4分别为考虑和不考虑煤磨烘干需要的热风南冷却机提供情况下的冷却机内温度分布。
把煤磨烘干需要的热风从544℃处移到270"C的位置,其相应风量也从3.43%增加到7%左右。
以保证烘干需要的热量。
Fs毓j\,p\…‘^品过廿01044"(2叫巳3.二吹风平均温度1100℃次风平均温度772"(2、、、\。
三图2余热发电流程趟赠.、、汝5“℃2.3.2各阶段的热力负荷1)60℃回水。
热焓为251.1kJ/kg;2)0.789MPa饱和水温度169.80C。
热焓为718.28kJ/kg;珈枷姗枷啪啪咖瑚鲫蛐枷瑚枷啪100,-避沁2030…≮:
\~、漓’岛—娑135℃BoAO90“802203)饱和蒸汽温度169.8℃,热焓为2767.8kJ/kg;4)过热蒸汽温度3450C,热焓为3151.28kJ/kg。
当生产0.789MPa的过热蒸汽。
合计其理论需要的总热焓为3151.28—251.1=2900.18kJ/kg。
其中:
1)0.789MPa饱和水的补充热焓718.28—251.1=∞500506036070270二次风三次风煤磨风AQC炉风42.290/,+3.43%捧风一鼓风量,%图3考虑煤磨热风由冷却机提供情况下的冷却机内温度分布467.18kJ/kg.占总热焓的16.1l%;2)产生饱和蒸汽需要热焓为22049.52kJ/kg,占总热焓的70.67%;3)产生过热蒸汽需要热焓为3383.48kJ/kg。
占总热焓的13.22%。
767.8—718.28=Ps151.28—2767.8=岔,、\j、、EJ044℃二次风平均温度1l∞℃三次风平均温度772"C……….卵3譬心EO八此外.AQC炉还承担了窑尾SP炉的水加热。
设定为AQC炉的1.5倍。
则sP炉饱和水的补充热焓1.5x467.18=700.77kJ/kg,合计生产0.789MPa的过热蒸汽.锅炉理论需要的总热焓也改为2900.18+700.77=3600.95kJ/kg。
p、巡赠、\\。
…。
≮…….5711%远蹦≮帅50050584"(2…十_-\、?
≮由此计算的各阶段热力负荷所占比例分别为32.43%、56.92%和10.65%。
姗枷姗枷姗咖卿啪瑚鲫姗釉枷抛啪10203060360淤∈:
攀135℃B0A日90lI70250∞通过上述计算,可以得到这样一些认识:
1)蒸汽的过热过程,需要的热量仅占总热量的10.65%。
但是它的过热温度达到345℃,因此加热气体必须具有相对于蒸汽的足够的气体温度来保持需要的温度差和对蒸汽的热量的传递。
2)生产饱和蒸汽需要的热量占56.92%,同时用于水加热需要的热量也占到32.43%.因此适当降低饱和蒸汽的压力,有利于尽可能利用冷却机余风的热量,降低排出锅炉气体温度。
3)既然AQC炉内存在对于温度和热量不同的要求,而冷却机内又存在不同的温度区段。
因此有可能2.3.3二次风三次风AOC炉J孔42.29'针3.43%捧风鼓风量脯图4不考虑煤屠热风由冷却机提供情况下的冷却机内温度分布分段进气的优点和存在的问题AQC炉不同进气方式见图5。
占总量30%的5000C气体从顶部进入锅炉的过热段,第二部分占总量30%的360。
(2气体从锅炉侧面过热段和蒸发段之间进入。
其余占40%的余风则从锅炉蒸发段和热水段之间进入。
万方数据
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从水泥生产工艺角度来讨论余热发电技术应用的发展一19一.,‘智二如%蜷翘㈣嘲蕊漕藏蛹睁■■■—■■—■———■——■————■■————●■■————■——■—■■■■—■■■■■■●—■—■■■—■———■■■●●■—■■■■●■■■●●■—■——●—一燃烧空图5冷却机余风进锅炉示意采用分段进气降低了该区段的气体量。
从表3可以看到。
过热段进气量在500。
C时为总风量的30%,换算到工作状态风量为36.6%。
在蒸发段,不分区段的气体从360%进气经过过热区段以后。
大致下降到320%。
而分区段进气的第一部分气体从原来的500℃大致下降到360%,会同第二部分进气3600C的30%,总量达到60%,换算到工作状态时风量为64%。
大幅度的降低了锅炉内通过的风量.仅到加热水的区段时才达到不分区段时的水平。
表3不同进气方式锅炉不同区段内的气体量过热段项目进气温度和风量蒸发段寄一黔j{匪蒌匦雯丑一_9{蔓j(1il§歪8i5丹"(2alj折成工作状态36.6%进气温度和风量360℃一60%折成工作状态64%分区段不分区段500℃一30%360℃一100%320℃一100%同时采用分段进气能够提高过热段和蒸发段的进气温度。
过热区段从360。
C提高到500。
(2,提高了140℃,蒸发区段从3200C提高到360%,提高了40℃.相应提高了传热的温度差,加快了传热速度。
但是采用分段进气会使锅炉结构复杂,其是否可行.还取决于锅炉设计中的技术经济比较。
2.4冷却机排风循环利用的可行性篦式冷却机在冷却熟料的过程中,产生大量的余风.因此在较早的时候,就出现热空气的二次循环,把出冷却机的部分余风送回到第一风室和第二风室。
据介绍。
这种流程可以降低热耗104.5kJ&f21,但是这样的流程可能会增加篦板的热负荷和磨损,以及提高了余风排出的温度。
因此,需要探索和选择一个较理想的余风循环的流程,以求获得最好的效果。
万方数据
一20一枷渗酬刚T22008.N。
.2■■—■—■—■——————●—●——■—■■●—————■●■■—●■■—■■■————●●■■——■■—■■—■■■嘲——鞠凇㈣棼di讹t二、500t/d生产线预分解系统的改造叶志锋(浙江虎山集团,浙江江山324103)中图分类号:
TQl72.622.26文献标识码:
B文章编号:
1002-9877(2008)02—0020—02我集团8号窑2500ffd生产线自2003年7月底投产以来,通过对系统不断的改进、优化,日趋稳定,但一些自投产以来长期存在的问题仍没有能够很好解决,如窑尾烟室和分解炉缩口结皮较多、熟料质量不稳定、3d抗压强度偏低等。
为进一步的降低生产成本,提高企业竞争力,利用在2006年10月底中修的机会进行了系统改造。
料。
另一方面分解炉锥部在C。
撒料箱四周形成了料粉的稀相区,煤粉燃烧产生的热量不能及时的被生料吸收,而产生局部高温,形成结皮,严重时结皮厚度接近lm,生料粉又不断在结皮上面堆积,造成大股塌料,不得不停窑清理。
1.2分解炉内煤粉燃烧不完全。
煤粉燃尽率低具体体现在:
①C,锥部温度与分解炉出口温度及C,出口温度倒挂严重,中控操作员常常通过控制C,锥部温度来控制入窑生料分解率,分解炉出口温度几无参考价值;②从现场检查孔观察C,下料管内存在大量未燃尽的煤粉;③预热器出口气体分析仪中CO含量超标,常常引起窑尾电除尘器跳停。
1存在问题及分析1.1分解炉内C4下料撒料箱四周结皮严重由于当初为了防止分解炉出现大股塌料,有意将C。
下料撒料箱接长了250ram,并将撒料箱两侧各加宽了200mm,这样虽然大股塌料有所缓解,但是也造成一方面C。
撒料箱下来的料直接冲到对面的浇注料上,并贴着分解炉锥部和缩口浇注料下落。
由于在分解炉缩口壁风速很低,就形成了连续不断的小股塌分析原因:
①一直以来为防止分解炉塌料,分解炉缩口都偏小控制,同时为确保窑内通风,又有意的减小三次风(后将三次风管增加缩口,使高温闸阀烧的方面,在采取适当措施以后,也是有可能实现的。
3.2提高设备保温等级,减少表面热损失GB4272—92《设备及管道保温技术通则》中规定,外表面温度高于50℃者必须保温。
而水泥工业新型干法的烧成系统的热工设备,尽管采取了一些保温隔热措施,但是绝大部分外表面温度还未能够控制到50℃以下,进一步提高设备保温等级,减少表面热损失,还是有潜力的。
除回转窑外,增强设备的保温并不困难,有的立窑为了改善窑内的热工状况和节约能耗,对窑体表面做了认真的保温,达到了外表面温度接近环境温度。
过去由于是在烧成反应过程的低温区段进行保温,对降低热耗效果不大,其中相当一部分转化为废气热损失,提高了废气温度,同时又为了降低投资,所以没有足够的重视,但是余热发电技术能够充分利用废气的余热,所以应该进一步认真进行烧成系统设备的保温。
除此以外,还应该重视提高窑筒体的隔热效果。
目前窑筒体外表面温度很高,热损失很大,尤其是在窑内没有窑皮的区段,外表面温度全部在250。
C以上,高的部分接近400。
C,不仅增加了热损失,也对设备维护不利,如何采用有效的隔热措施来解决这个问题,应该引起重视,并加以解决。
4机炉合一在废气余热利用中,废气温度影响着利用的效率。
今后随着工艺技术的提高,废气温度还可能进一步降低,同时对于表面热损失又存在难以利用的问题,而产生表面热损失的热源却具有相当高的温度,因此如果工艺和余热利用能够统一考虑,例如把分解炉和余热锅炉的过热区段结合成一个整体,用锅炉的汽管代替分解炉内的部分耐火砖,也即把本来产生的表面热损失的热量转化为对于蒸汽的加热,这样就可以获得较高过热温度的蒸汽,提高余热利用的效率,同时管道中是接近200%的蒸汽对于炉内的燃烧不会产生严重影响。
当然在目前这仅是一种设想,是否可行还要依靠工艺和热工技术人员的研究。
参考文献:
【l】海螺余热发电介绍(杭州会议).2007,4.[21WalterHDuda.国际先进水泥工艺与装备手册【M】.石必孝译.武汉:
武汉工业大学出版社,1989.(编辑顾志玲)万方数据
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