六級(jí)預(yù)熱器系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的探討
2011-05-16 00:00
預(yù)熱器系統(tǒng)采用多少級(jí)最為合適是隨著人們的認(rèn)識(shí)角度和技術(shù)發(fā)展而不斷變化的。預(yù)分解系統(tǒng)從問(wèn)世到上世紀(jì)八十年代前多數(shù)采用四級(jí)預(yù)熱器系統(tǒng)，由于廢氣溫度往往達(dá)到 3 8 0 ℃以上，能量的浪費(fèi)和對(duì)高溫設(shè)備的要求，使得在隨后9 0年代開(kāi)始大量采用五級(jí)預(yù)熱器系統(tǒng)，同時(shí)六級(jí)預(yù)熱器也在國(guó)際上主要幾家 大的水泥公司如德國(guó)伯利休斯( 德國(guó)蒂森克虜伯 ThyseenKrupp )公司， 丹麥?zhǔn)访芩构?，德?guó)洪堡公司等研發(fā)，主要在印度等一些能源較短缺的國(guó)家采用。從上世紀(jì)9 0年代至今，印度已經(jīng)投產(chǎn)的水泥廠(chǎng)中有數(shù)十條生產(chǎn)線(xiàn)采用六級(jí)預(yù)熱器。中國(guó)只有山東的大宇泗水8 0 0 0 t／ d水泥熟料生產(chǎn)線(xiàn)采用伯利休斯公司的六級(jí)預(yù)熱器系統(tǒng) 。
國(guó)內(nèi)也曾一度出現(xiàn)到底采用多少級(jí)預(yù)熱器為最佳的爭(zhēng)論，前些年由于水泥工業(yè)規(guī)模的迅速發(fā)展 ，使得人們沒(méi)有過(guò)多地考慮這個(gè)問(wèn)題 ，最近對(duì)五級(jí)預(yù)熱器出口溫度偏高，能耗仍然較高的議題又再度引起人們關(guān)注。但此次關(guān)注的重點(diǎn)是較為經(jīng)濟(jì)的辦法， 即用出五級(jí)預(yù)熱器的廢氣去發(fā)電。目前已經(jīng)有很多帶余熱發(fā)電的水泥廠(chǎng)投產(chǎn)運(yùn)行，而且發(fā)電后的經(jīng)濟(jì)效益和能源再利用率都很好，越來(lái)越多的水泥工廠(chǎng)正在考慮上余熱發(fā)電項(xiàng)目。
但是是否余熱發(fā)電就是解決現(xiàn)代水泥工業(yè)廢氣余熱的最佳途徑？每個(gè)水泥廠(chǎng)都適合帶一個(gè)小發(fā)電廠(chǎng)嗎? 水泥工業(yè)自身降低能耗的潛力在哪里？帶著這些疑問(wèn)，我們可以計(jì)算分 析一下，來(lái)重新反思一下我們的選擇。
六級(jí)預(yù)熱器系統(tǒng)與余熱發(fā)電的節(jié)能比較：以5000t/d規(guī)模為例，按照一般設(shè)計(jì)參數(shù)， 設(shè)5級(jí)預(yù)熱器出口 3 2 0 ℃六級(jí)預(yù)熱器出口2 8 0 ℃，氣體量均按1.5 3 m3／k g熟料，則每公斤熟料降低能耗約112kJ/kg熟料 ，增加窯尾和窯頭二套余熱鍋爐后 ，國(guó)內(nèi)目前發(fā)電量一般在32 -35 kWh/t 熟料 ， 換算后為115 -126 kJ/kg熟料 ?？鄢酂岚l(fā)電本身需要的能量，從節(jié)約能量的角度看，窯頭窯尾加余熱鍋爐發(fā)電相當(dāng)于窯尾廢氣溫度降低 5 0 -6 0 ℃所節(jié)約的能量，接近于六級(jí)預(yù)熱器節(jié)約的能量。但是由于熱力發(fā)電都是有能量損失的，最高效率也只有50％多，所以也可以說(shuō)余熱發(fā)電所節(jié)約的能量相當(dāng)于窯尾廢氣溫度降100 -120 o C 所節(jié)約的能量。發(fā)電量與實(shí)際運(yùn)行的廢氣溫度關(guān)系較大，廢氣溫度越高發(fā)電量越大，導(dǎo)致余熱發(fā)電的工廠(chǎng)并不希望廢氣溫度降低，與水泥工業(yè)的追求目標(biāo)相反 ，甚至于個(gè)別工廠(chǎng)有認(rèn)為抽三次風(fēng)去發(fā)電也是節(jié)能的錯(cuò)誤想法 。余熱發(fā)電可以能，同時(shí)也帶來(lái)一定的利潤(rùn)。當(dāng)只追求利潤(rùn)的前提下，可以與火力發(fā)電廠(chǎng)那樣用燒煤產(chǎn)生的高溫去發(fā) 電，按照現(xiàn)在的電價(jià)，利潤(rùn)毫無(wú)疑問(wèn)是最大的，但這與最初的余熱發(fā)電初衷是背道而馳的，不符合國(guó)家產(chǎn)業(yè)政策， 當(dāng)然也難以獲得節(jié)能環(huán)保的最佳效果。
采用六級(jí)預(yù)熱器或余熱發(fā)電對(duì)工藝線(xiàn)的影響：由于窯尾出余熱鍋爐的廢氣溫度230 ℃或以下 ，廢氣在增濕塔內(nèi)的噴水量大大下降，假如采用電收塵器，廢氣的比電阻很難滿(mǎn)足電收塵的要求，收塵效果將達(dá)不到預(yù)期目標(biāo)，即使廢氣通過(guò)生料磨烘干生料同時(shí)增濕后入電收塵器也達(dá)不到很好的效果，因?yàn)閺U氣溫度低只能?chē)娚倭克禍睾笕肽ズ娓稍?，并增濕廢氣后入電收塵器，廢氣含水量比3 0 0多度高溫氣體入增濕塔增濕降至2 0 0 ℃左右溫度再入磨后的水分小 。再者，磨機(jī)不開(kāi)的時(shí)候也是必須達(dá)到環(huán)保要求的，此時(shí)采用余熱發(fā)電統(tǒng)的廢氣入電收塵器是很難達(dá)到環(huán)保要求的，因此當(dāng)采用余熱發(fā)電時(shí)，窯尾廢氣必須采用袋收塵器，出余熱發(fā)電的廢氣在增濕塔內(nèi)再適當(dāng)噴水降溫入袋收塵器，可確保達(dá)到環(huán)保要求。
目前窯尾采用袋收塵器的工廠(chǎng)越來(lái)越多，這個(gè)問(wèn)題較容易解決。同樣的問(wèn)題，當(dāng)采用六級(jí)預(yù)熱器后，出窯尾系統(tǒng)的廢氣問(wèn)題為280℃或更低 ，噴水量也比出五級(jí)預(yù)熱器系統(tǒng)的廢氣少較多，對(duì)采用電收塵器的情況也是不利的，但比余熱發(fā)電時(shí)的情況好得多。
對(duì)選擇磨機(jī)的影響：在原料水分較小的時(shí)候，生料磨機(jī)的選擇基本不受余熱發(fā)電的影響。但當(dāng)原料水分較大時(shí)，采用球磨機(jī)就會(huì)受到入磨廢氣溫度不夠而烘干能力不足的影響 。此時(shí)就需要采用立磨，由于通過(guò)立磨的風(fēng)量大 ，一般情況可以所有的廢氣均通過(guò)立磨，烘干能力在原料水分較高時(shí)仍能滿(mǎn)足要求，但是當(dāng)原料水分很高，比如綜合水分在7％左右以上，那么采用余熱發(fā)電就有可能不能滿(mǎn)足烘干原料的要求，或者為了確保烘干物料，人為提高出余熱鍋爐的廢氣溫度，影響余熱發(fā)電的發(fā)電量。如果采用六級(jí)預(yù)熱器， 廢氣溫度相對(duì)高些，還可以滿(mǎn)足原料烘干，但原來(lái)水分更高時(shí)，六級(jí)預(yù)熱器出口的廢氣溫度也有可能滿(mǎn)
足不了烘干要求，但還可 以引窯頭廢氣余熱來(lái)烘干原料或者采用向一、二級(jí)預(yù)熱器分料來(lái)調(diào)節(jié)出口溫度 。也就是說(shuō)采用六級(jí)預(yù)熱 器對(duì)選擇磨機(jī)的影響相對(duì)少些。由于我國(guó)的水泥原料大部分較干燥 ，采用立磨的情況下大多數(shù)情況下二者基本都能滿(mǎn)足烘干物料的要求 。
對(duì)窯尾采用管道噴水新技術(shù)的影響：采用六級(jí)預(yù)熱器系統(tǒng)后，由于廢氣溫度下降到2 8 0 ℃左右 ，生料磨不開(kāi)時(shí)，采用管道噴水降溫至2 0 0 ℃以下入袋收塵器是完全有可能的 ； 當(dāng)生料磨開(kāi)時(shí)， 管道噴水降至所需溫度入磨 。這樣系統(tǒng)可以省去增濕塔以及輔助設(shè)備， 廢氣處理系統(tǒng)變得相對(duì)簡(jiǎn)單和經(jīng)濟(jì)，顯然是既節(jié)能又省錢(qián)的方案。采用余熱發(fā)電后，雖然出余熱鍋爐的廢氣溫度更低，但由于需要考慮余熱鍋爐與窯系統(tǒng)不同步運(yùn)行時(shí)的情況，此時(shí)需要考慮出五級(jí)預(yù)熱器3 2 0 ℃的溫度增濕降溫到 2 0 0 ℃以下的增濕塔， 或者需要效率更高的管道噴水系統(tǒng)。另外由于一般來(lái)說(shuō)原來(lái)的管道位置被余熱發(fā)電占據(jù)，管道形狀彎曲和容積受到影響，在余熱鍋爐旁路管道上加噴水系統(tǒng)難度比較大些。所以采用六級(jí)預(yù)熱器對(duì)管道噴水更能適應(yīng)。
窯頭余熱的利用問(wèn)題：假如采用六級(jí)預(yù)熱器系統(tǒng)，窯尾再進(jìn)行余熱發(fā)電的意義變得不大， 在沒(méi)有余熱發(fā)電的情況下，窯頭的廢氣余熱利用需要進(jìn)一步考慮，一是進(jìn)一步提高冷卻機(jī)的熱效率 ，提高二、 三次風(fēng)溫和降低熟料溫度，正常情況下出冷卻機(jī)的廢氣溫度應(yīng)該在2 5 0 ℃左右；二是當(dāng)原料水分較高時(shí)，將窯頭廢氣引到窯尾去烘干原料，但這種情況往往需要加大設(shè)備規(guī)格，否則廢氣量太大不能充分進(jìn)入設(shè)備；三是考慮其它用途，如已經(jīng)有一些工廠(chǎng)利用窯頭廢氣余熱來(lái)烘干礦渣等混合材，并取得了成功，采用的工藝主要是相對(duì)低溫的廢氣( 250 ℃左右) 與混合材的懸浮態(tài)傳熱 ，這種思 路可能是正確的，值得嘗試 ，但這種高效率的烘干設(shè)備有待于進(jìn)一步開(kāi)發(fā)研究。另外還可以考慮用窯頭熱風(fēng)作為窯燃燒的一次風(fēng)及冷卻用風(fēng)等來(lái)進(jìn)一步利用廢熱。
當(dāng)然在采用六級(jí) 預(yù)熱 器系統(tǒng)的前 提下再采用余熱發(fā)電的技術(shù)繼續(xù)回收熱量仍然存 在一定空間，只是窯尾的發(fā)電量肯定要受到一定影響，但隨著余熱發(fā)電技術(shù)的不斷提高，也存在這種可能性。
開(kāi)發(fā)六級(jí)預(yù) 熱器 的必要性和可行性：不管余熱發(fā)電技術(shù)發(fā)展如何，應(yīng)用如何，畢竟水泥工業(yè)自身節(jié)能環(huán)保是第一位的，很明顯用旋風(fēng)預(yù)熱器對(duì)流換熱直接降低廢氣溫度來(lái)節(jié)能 的效率是大大高于通過(guò)一個(gè)復(fù)雜的發(fā)電系統(tǒng)來(lái)節(jié)能的效率的，由于節(jié)能和經(jīng)濟(jì)等原因，國(guó)際上采用六級(jí)預(yù)熱器技術(shù)的工廠(chǎng)也越來(lái)越多，尤其是能源較短缺的一些國(guó)家和缺水的國(guó)家國(guó)外幾大水泥公司都有六級(jí)預(yù)熱器的技術(shù)并都有較多工程的業(yè)績(jī)，可以認(rèn)為這項(xiàng)技術(shù)是先進(jìn) 的和有發(fā)展前景的，而且目前窯尾普遍采用袋收塵器，噴水增濕降溫的目的變成只是為了降溫，不存在噴水增濕不夠入電收塵器比電阻不合適的問(wèn)題。這也為采用六級(jí)預(yù)熱器鋪平了一個(gè)道路，雖然六級(jí)預(yù)熱器比五級(jí)預(yù)熱器的塔架要高，但通過(guò)對(duì)每級(jí)預(yù)熱器的局部?jī)?yōu)化，使六級(jí)預(yù)熱器的實(shí)際高度比我們預(yù)想的降低10-15m還是有可能的，國(guó)外文獻(xiàn)也有能降低六級(jí)預(yù)熱器高度的報(bào)道，因此總高度也不比現(xiàn)有的五級(jí)預(yù)熱器高很多。另外在采用六級(jí)預(yù)熱器后，由于出口溫度降到280 ℃左右，對(duì)管道噴水無(wú)增濕塔系統(tǒng)非常有利，只需降低80 ℃以上的溫度 即可達(dá)到入袋收塵器的要求，當(dāng)生料磨開(kāi)時(shí)噴水量可以很少或不需要噴水。按生料磨不開(kāi)時(shí)計(jì)算噴水量可以節(jié)省三分之一左右， 每噸水泥熟料用水量大約從120 kg降到 80 kg 。目前國(guó)外采用六級(jí) 預(yù)熱器很多 ，技術(shù)上很成熟國(guó)內(nèi)也有一個(gè)國(guó)外進(jìn)口六級(jí)預(yù)熱器水泥廠(chǎng)的先例，大量推廣六級(jí)預(yù)熱器的時(shí)間已經(jīng)成熟，天津水泥工業(yè)設(shè)計(jì)研究院正在加緊六級(jí) 預(yù)熱器研發(fā)工作，在六級(jí)預(yù)熱器配置新一代預(yù)分解系統(tǒng)和第四代冷卻機(jī)及短窯的情況下，系統(tǒng)設(shè)計(jì) 優(yōu)化后，窯系統(tǒng)熱耗小于2926 k J／k g熟 料甚至更小是沒(méi)有問(wèn)題 的，完全可以達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。
結(jié)論：六級(jí)預(yù)熱器能夠進(jìn)一步降低水泥燒成熱耗 ，節(jié)約104.5 -125.4 kJ/kg熟料熱耗 ， 同時(shí)可以降低窯尾管道噴水難度并節(jié)約噴水量三分之一左右 ，對(duì)節(jié)能節(jié)水是很有利的。六級(jí)預(yù)熱器作為一種選擇，適合于原料水分不是很高的工廠(chǎng)，尤其對(duì)能源和水資源較短缺的國(guó)家是一種較好的選擇，開(kāi)發(fā)應(yīng)用前景良好。
—— 來(lái)源：水泥技術(shù) 2007年 第四期
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