新型干法水泥廠純低溫余熱發電技術應用與前景
一、概述
我國近年來新建設投產的新型干法水泥生產線,在工藝生產方法、自動控制、投資、生產規模、勞動生產率和環境保護等生產技術和裝備方面,已逐年接近國際先進水平,但其整體水平還存在較大差距。
其中水泥熟料熱耗3100~3300KJ/kg,綜合電耗:100KWh/t ~114 KWh/t,比發達國家要高出20%左右。因此水泥作為高能耗的工業產品,強調其生產過程中的節能是非常必要的。但由于水泥熟料煅燒技術及目前國內節能技術水平的限制,大量中、低溫余熱仍不能被充分利用,由其所造成的能源浪費仍很大。如目前國內技術先進的窯外分解水泥熟料生產技術,生產過程中由窯頭熟料冷卻機和窯尾預熱器排掉的350℃以下廢氣,其熱量約占水泥熟料燒成系統總熱量的35%以上。如何更進一步充分利用中、低品位的余熱成為國內水泥工業需要解決的重要課題之一。
截止到2004年6月底,我國已投產的日產量700t以上的新型干法水泥生產線有403條,設計熟料總生產能力達24589萬t/a。這樣的建設規模和速度是前所未有的。隨著企業現代化發展戰略的實施及市場競爭的日趨激烈,提高產品質量,降低生產能耗,依靠科技進步挖掘企業潛力,使企業當前及今后必然選擇的技術路線。
二、提高水泥生產中的熱利用率,勢在必行
節能降耗是水泥工業持續發展的需要。在降低水泥熟料燒成熱耗和水泥綜合電耗的同時,充分利用水泥生產中的中低溫廢氣余熱發電,逐步最大限度地滿足自身用電需要,減少外供電量,節約成本,是世界水泥工業發展的趨向,20世紀80年代以來,先進工業國家也正是一直這樣做的。
近兩年來,由于我國經濟發展持續高揚,電力需求量增長迅猛,電力供應緊張,煤炭價格上漲,國家對工業企業節能提出了更高的要求,尤其是對高耗能產業,要求最大限度地回收利用余熱,降低能耗,節約能源,貫徹經濟可持續發展戰略。
同時,水泥工業結構調整任務的具體內容之一,是綜合利用窯系統排放廢氣的余熱發電,降低水泥生產成本,提高產品的性價比,以市場競爭機制,縮小以致淘汰立窯水泥的市場份額,用新型干法水泥取而代之。
因此,在用新型干法生產線取代耗能高的立窯和濕法窯水泥生產方法的同時,在已投產運行和新建的新型干法窯生產線上,加設純中低溫余熱發電裝置,充分利用余熱發電,回收能源,將會成為我國水泥工業節能的一項重大舉措。
三、純低溫余熱發電技術的應用現狀
1、純低溫余熱發電的特點
1)完全利用余熱發電;
2)廢氣余熱的品位比較低,廢氣溫度一般在200~400℃;
3)廢氣余熱源在一個以上;
4)余熱發電配置的熱力系統較為復雜;
5)蒸汽參數較低,對發電設備要求較高;
6)單位發電設備體積和重量相對較大。
2、寧國水泥廠純低溫余熱發電運行狀況
安徽海螺集團的寧國水泥廠在4000t/d水泥熟料生產線上采用了一套中低溫純余熱發電技術和設備,發電機裝機容量6480KW。一次并網發電成功,在窯系統穩定的前提下,發電機組運行正常,發電功率基本保持在額定功率以上。設計年發電量為4087萬KWh;噸熟料發電能力為33.8KWh,實際運行的小時發電量為7000KWh,噸熟料發電量為42KWh。以年發電7440h計,年發電量5208萬KWh,扣除系統自耗電8%,年外供電量4791萬KWh,相當于噸熟料供電量為38.64KWh,而原材料消耗成本不足0.02元/KWh。在新型干法水泥窯生產線上配套建設中、低溫余熱發電系統,只是充分利用了水泥生產過程中產生的大量廢氣余熱進行回收發電,只要適當調整一些操作參數,使水泥窯能穩定運行,該發電系統亦能穩定運行,且回轉窯的運轉率越高,發電成本越低。該技術的應用既可降低水泥的生產成本,提高企業的經濟效益,也可為國家節約大量的電能,緩解供電的緊張狀況。
3、國內純低溫余熱發電技術現狀
由于利用水泥生產線低溫余熱發電,可以降低企業生產成本,提高企業經濟效益,也符合國家產業結構政策,因此,純低溫余熱發電在我國也得到了一定的發展。
萬年水泥廠在2000t/d帶分解爐和四級旋風預熱器的水泥生產線上,配備了中低溫余熱發電系統,主要設備有:AQC余熱鍋爐、PH余熱鍋爐、汽輪發電機組。汽輪發電機組采用的是3000KW標準汽輪機(1.2MPa~280℃),實際發電能力為2000~2400KW,今后仍需繼續攻關,解決遺留的難點,進行工程系統優化,以利于進一步提高該系統的發電功率。
該項目于1998年1月動工,1999年2月安裝完畢,1999年4月并網發電。
2002年上海某公司對一臺實際水泥熟料生產量為1350t/d的ø3.5m×88m四級旋風預熱器窯(SP窯)進行技術改造,利用窯頭和窯尾的中低溫廢氣余熱發電,2002年9月動工,2003年5月建成投產,余熱電站裝機容量2500KW,設計平均發電能力1800KW,全部采用國產設備和技術,經過半年左右的運行,主要設備和整個系統運行正常。
該汽輪機為補汽凝汽式汽輪機,原機型為3MW的抽汽凝汽式汽輪機,設計將原抽汽口改為補汽口,實際設計能力2.5MW。經過半年運行,該汽輪機運行可靠,對蒸汽質量適應范圍大,操作較方便,缺點是補汽較為困難。
2004年8月,中信重型機械公司與浙江三獅集團建德三獅水泥有限公司就5000t/d干法水泥純余熱發電項目簽訂了總承包合同。該項目的設計方案得到了國內專家的高度評價,專家認為中信重機礦山工程設計院對建德三獅5000t/d熟料生產線純余熱低溫發電項目初步設計方案是可行的,采用雙壓鍋爐方案比較合理,對降低發電工藝設備的復雜性,提高設備運行的可靠性具有現實意義。
四、純低溫余熱發電技術的前景
純低溫余熱發電技術利用水泥生產線的中低溫廢氣余熱發電,對國家來說節約了大量的能源,并減少了溫室氣體的排放,保護了環境;對企業來說降低了水泥產品的成本,提高了企業的經濟效益,增強了企業的競爭力。這是一項利國利民的建設工程。
只有大力推進中低溫余熱發電技術的國產化,降低設備的造價,提高單位熟料的發電能力,減少投資成本,保證系統運行穩定可靠,才能使得中低溫余熱發電技術在我國水泥工業上得到普遍的推廣和廣泛的應用。
編輯:zhangm
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