淺談中低溫純余熱發(fā)電技術(shù)在水泥廠中的應(yīng)用

引言

在水泥廠生產(chǎn)過程中,中低溫余熱的排出往往會(huì)對(duì)生態(tài)環(huán)境造成惡劣影響,不符合可持續(xù)發(fā)展的基本要求。新時(shí)期下的水泥廠發(fā)展過程中要高度重視能源節(jié)約與環(huán)境保護(hù),真正實(shí)現(xiàn)低碳環(huán)保?；诖?本文對(duì)中低溫純余熱發(fā)電技術(shù)在水泥廠中的應(yīng)用進(jìn)行探討,對(duì)于促進(jìn)水泥廠的綜合發(fā)展具有重要意義。

1中低溫純余熱發(fā)電技術(shù)及其特點(diǎn)

純余熱發(fā)電是一種簡單、可靠的發(fā)電方式,以水或水蒸氣為支持,將余熱向電能轉(zhuǎn)化。純余熱發(fā)電動(dòng)力穩(wěn)定性不足,無法保證電能供應(yīng)的穩(wěn)定性,這就需要對(duì)電能進(jìn)行有效控制。中低溫純余熱發(fā)電技術(shù)的顯著特征在于,中低溫余熱排出不夠穩(wěn)定,余熱品質(zhì)不高,溫度范圍在350℃左右。以中低溫純余熱發(fā)電技術(shù)為支持,能夠?qū)Χ鄠€(gè)余熱排出口進(jìn)行串聯(lián),對(duì)多余熱源廢氣加以合理利用,保證技術(shù)的實(shí)用性。中低溫純余熱溫度較低,系統(tǒng)壓力控制于低區(qū)位。中低溫純余熱發(fā)電技術(shù)的應(yīng)用中,能源轉(zhuǎn)換以余熱為源頭,通過配套系統(tǒng)設(shè)施來實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換。

2中低溫純余熱發(fā)電技術(shù)的工藝流程

就中低溫純余熱發(fā)電技術(shù)來看,在實(shí)際應(yīng)用過程中主要是以工藝系統(tǒng)余熱量為支持進(jìn)行計(jì)算,通過余熱量計(jì)算對(duì)生產(chǎn)規(guī)模及工藝加以確定。中低溫純余熱發(fā)電技術(shù)應(yīng)用過程中,可將余熱回收劃分為兩部分,廢氣余熱分別來自于窯頭冷卻機(jī)出口和窯尾預(yù)熱器出口,冷卻機(jī)冷卻效果會(huì)對(duì)窯頭冷卻機(jī)出口廢氣余熱產(chǎn)生影響,冷卻效果不佳的情況下,會(huì)排出較大的余熱量,此時(shí)有較高的回收率。若冷卻效果較好,則排出余熱量較少。在中低溫純余熱發(fā)電系統(tǒng)中,余熱回收裝置類型眾多:（1)中部抽氣式余熱回收裝置,能夠結(jié)合水泥廠實(shí)際生產(chǎn)需求,將蒸汽壓力與溫度提升,保證較高的回收率,整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行較為簡單。（2)回?zé)嵫h(huán)式余熱回收裝置,系統(tǒng)運(yùn)行過程中以專業(yè)設(shè)備為支持,成本較高,回收效率也較高。（3)余風(fēng)直接式余熱回收裝置,整個(gè)系統(tǒng)裝置簡單,回收廢棄壓力較低,溫度不高,設(shè)備體積較大,因而系統(tǒng)成本也比較高。就窯尾余熱生產(chǎn)工藝來看,部分余熱回收通過預(yù)熱器實(shí)現(xiàn),該熱源具有

烘干特性,以增濕除塵系統(tǒng)為支持能夠?qū)⒂酂徇M(jìn)行排放。在對(duì)余熱回收裝置進(jìn)行設(shè)置過程中,需要對(duì)多余廢氣余熱回收進(jìn)行綜合分析,將其與生料磨系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合,向余熱鍋爐提供高溫廢氣。因此在水泥廠中對(duì)于低溫純余熱發(fā)電技術(shù)的應(yīng)用,必須對(duì)各項(xiàng)因素進(jìn)行綜合分析,以用電規(guī)模、余熱品質(zhì)等因素作為主要指標(biāo),優(yōu)化工藝流程,使余熱發(fā)電質(zhì)量得到明顯提升,促進(jìn)中低溫純余熱發(fā)電技術(shù)在水泥廠中的科學(xué)化應(yīng)用。

3中低溫純余熱發(fā)電技術(shù)在水泥廠中的主要應(yīng)用設(shè)備

3.1汽輪發(fā)電機(jī)

在水泥廠中對(duì)于中低溫純余熱發(fā)電技術(shù)的應(yīng)用,以汽輪發(fā)電機(jī)作為主要設(shè)備,其有著穩(wěn)定可靠的工作性能,能夠促進(jìn)熱能向電能的順利轉(zhuǎn)化,并且發(fā)電效率趨于穩(wěn)定,發(fā)電量容量能夠超出設(shè)計(jì)方案的20%,因而具有良好的應(yīng)用價(jià)值。就水泥廠而言,中低溫純余熱熱量在規(guī)模與品質(zhì)方面無法保持穩(wěn)定,波動(dòng)性較強(qiáng),為確保熱量來源的高度適應(yīng)性,需要對(duì)汽輪發(fā)電機(jī)的實(shí)際性能加以把握,明確其工作范疇,在此基礎(chǔ)上規(guī)范開展發(fā)電工作,從而為水泥廠的良性運(yùn)行提供支持。就當(dāng)前汽輪發(fā)電機(jī)的配制選型來看,主要分為兩種類型:(1）單壓系統(tǒng),此類汽輪發(fā)電機(jī)能夠滿足部分工作場所要求,要求發(fā)電量小,在3000kw以內(nèi),并且操作較為簡便,此類汽輪發(fā)電機(jī)能夠滿足小型水泥廠在余熱發(fā)電方面的應(yīng)用需求。(2）混壓系統(tǒng),此類系統(tǒng)設(shè)備復(fù)雜,以主蒸汽口與輔助進(jìn)氣口進(jìn)行協(xié)調(diào)配合,以閃蒸技術(shù)進(jìn)行輔助,能夠滿足水泥廠大發(fā)電量的實(shí)際需求,通過與單壓系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)比,單臺(tái)發(fā)電量能夠達(dá)到其兩倍以上,效率也比較高,對(duì)于特大型水泥廠來說,在中低溫純余熱發(fā)電過程中為更好地滿足發(fā)電需求,需采取構(gòu)建機(jī)組的方式。

3.2余熱鍋爐

余熱鍋爐水泥廠中低溫純余熱發(fā)電過程中的重要設(shè)備,就循環(huán)方式不同可以劃分為自然方式和強(qiáng)制方式,就布設(shè)方式不同可以劃分為臥式和立式。中低溫鍋爐系統(tǒng)一般包含1臺(tái)窯頭鍋爐和1臺(tái)窯尾鍋爐,彼此協(xié)調(diào)配合滿足操作需求。在實(shí)際操作過程中,必須要保證設(shè)備具有較高的整潔度,維護(hù)元器件穩(wěn)定運(yùn)行,避免換熱原件積灰而影響其使用壽命。因此在余熱鍋爐使用過程中,要保證鍋爐的密封性,合理安排器件,在停運(yùn)階段妥善清理和檢修,以優(yōu)化余熱鍋爐的使用性能。中低溫廢氣溫度較高,可達(dá)400℃,此種情況下若長時(shí)間使用,會(huì)對(duì)設(shè)備密封性造成不利影響,較大的含塵量會(huì)影響部件性能,進(jìn)而導(dǎo)致設(shè)備運(yùn)行效率不佳。在對(duì)窯頭鍋爐與窯尾鍋爐布設(shè)過程中,要防塵防灰,并通過換熱管交流面積的增加來增進(jìn)鍋爐與廢氣的接觸,提高運(yùn)行效率。

以海螺川崎公司的余熱鍋爐為例,可以初步了解余熱鍋爐的構(gòu)造以及設(shè)備設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。自1995年在國家計(jì)委等有關(guān)部門的支持和幫助下,日本川崎重工和中國安徽海螺集團(tuán)通過一套中低溫純余熱發(fā)電設(shè)備結(jié)緣,成立合資公司大力推廣中低溫純余熱發(fā)電技術(shù)。

海螺川崎公司的窯頭鍋爐設(shè)計(jì)為立式自然循環(huán)鍋爐,帶汽包,煙氣自上而下通過鍋爐。鍋爐自上而下布置過熱器、蒸發(fā)器和省煤器,由于廢氣粉塵為熟料顆粒,粘附性不強(qiáng),除塵方式采用自然沉降。工藝上,在鍋爐進(jìn)氣前布置沉降室或干擾式分離器。另外,為增大換熱面積,窯頭鍋爐的換熱管設(shè)計(jì)為螺旋翅片管。而窯尾鍋爐則采用臥式強(qiáng)制循環(huán)鍋爐,帶汽包,鍋爐自煙氣流動(dòng)方向分別設(shè)置過熱器和蒸發(fā)器。煙氣在換熱管外水平方向流動(dòng),受熱面為蛇形光管,設(shè)置機(jī)械振打裝置來解決廢氣的粉塵附著問題。

近期,海螺川崎公司又自主研發(fā)了新型立式窯尾鍋爐,廢氣流向變?yōu)榭v向,同樣配套機(jī)械振打裝置來除塵。較原來的臥式窯尾鍋爐,具有顯著的技術(shù)優(yōu)勢(shì):

(1）鍋爐內(nèi)部換熱管采用翅片管,清灰采用機(jī)械振打,在保證必要換熱面積的同時(shí),大大減少了鍋爐重量,降低了設(shè)備成本約30%:

(2）鍋爐內(nèi)部換熱管的規(guī)格及排列方式使煙氣阻力損失達(dá)到最小,大大降低窯尾風(fēng)機(jī)的負(fù)荷:

(3）鍋爐結(jié)構(gòu)形式為立式,余熱煙氣流向?yàn)樯线M(jìn)下出,減少了進(jìn)出口煙氣管道的長度,降低了投資成本:

(4）鍋爐外形尺寸小于傳統(tǒng)臥式鍋爐,減少了設(shè)備占地面積:

(5）鍋爐為組裝式,各受熱面管排及聯(lián)箱均在工廠組裝完成,模塊化發(fā)運(yùn),現(xiàn)場直接組裝即可,減少了現(xiàn)場安裝工作量,縮短了項(xiàng)目工期。

4結(jié)語

綜上所述,為滿足現(xiàn)代建筑行業(yè)發(fā)展對(duì)于水泥的需求,水泥廠中對(duì)于中低溫純余熱發(fā)電技術(shù)的應(yīng)用,要明確技術(shù)特點(diǎn),優(yōu)化工藝流程,以設(shè)備為支持,促進(jìn)熱能向電能的轉(zhuǎn)化,充分利用資源,為水泥廠各項(xiàng)工作的開展提供支持,在保證水泥廠生產(chǎn)效率的同時(shí),降低環(huán)境污染,促進(jìn)經(jīng)濟(jì)與生態(tài)的協(xié)調(diào)發(fā)展。