• LHWC水泥厂余热发电项目热工检测和效益评估
2015-3-20 12:50:43   作者:盛洁,公磊,李昌勇   出处:《新世纪水泥导报》2010年第3期      热     ★★★
摘要:对LHWC水泥厂2 500 t/d新型干法窑的热工标定数据分析,熟料产量超过3 000 t/d以上,已经超过设计产量指标20%,产量指标达到了国内先进水平。 C1筒出口废气温度降低到300 ℃左右,显著降低了预热器废气热损失;各级预热器的换热效率比较高,但是其阻力损失也比较大。篦冷机的热回收效率比较低,高温风机也没有多少富余。若增加余热发电系统,必须更换高温风机或者对系统进行优化以降低系统的阻力。从余热发电的效益评估来看增加余热发电系统,只需两年半到三年半就可回收成本。
  •  

    盛 洁  公 磊  李昌勇
    (南京工业大学材料科学与工程学院,210009) 
     

    0 引言
        LHWC水泥有限公司2500 t/d新型干法窑于2005年建成投产,由窑头熟料冷却机和窑尾预热器排放的350 ℃以下废气,其热量约占水泥熟料烧成系统总热耗的30%以上。为了能充分利用这些热量,实现水泥熟料的节能降耗,厂方打算增加纯低温余热发电系统。本文根据对烧成系统的综合热工检测结果进行分析,为纯低温余热发电系统工程提供可靠的基础参数,并对增加余热发电工程进行经济效益分析。

    1 系统热工标定的主要参数
        我们对LHWC水泥厂2 500 t/d的生产线进行了现场热工标定(表1~表4),标定期间,原料与煤粉质量稳定,系统运行也较稳定,标定结果具有代表性和可靠性。

    2 热工标定数据分析
        LHWC公司2 500 t/d预分解窑系统的运行情况良好,运转率超过90%以上,熟料产量超过3 000 t/d以上,已经超过设计产量指标20%。C1筒出口废气温度降低到300 ℃左右,显著降低了预热器废气热损失,系统的熟料烧成热耗3 227.8 kJ/kg,低于国内一般带五级旋风预热预分解系统的2 500 t/d级新型干法窑的平均水平(3 260~3 350 kJ/kg熟料),指标也是比较优良的,但与国际水平2 842 kJ/kg相比[1],还是有一定的差距。热耗较低的主要原因是出预热器废气量比较少,C1筒出口废气温度也比较低(304 ℃),这是该烧成系统热耗较低的重要原因;其次,分解炉煤粉燃烧情况比较理想,各级预热器气固换热比较充分,这也是预热器系统温度较低的重要原因。

    2.1 关于预热器
        该生产线C1预热器的废气温度(304 ℃)对2500 t/d级新型干法窑而言属于较好水平,说明预热器系统的气固换热情况、各撒料装置功能发挥情况都是比较好的(表5)。

        从旋风筒结构看,该系统的旋风筒采用了四心大涡壳结构,以求提高系统分离效果,这样的总体思路是可取的,分离效果也是比较理想的,加上良好的气固换热效果,为系统稳定运行和提高性能指标奠定了较扎实的基础。这也是系统产能和热耗指标都比较好的重要原因之一。系统漏风量比较小,有利于旋风筒的物料分离和换热效果[2]。

        应该指出的是,该系统的阻力损失明显偏大,远高于常规预热器系统。这对系统的影响主要表现
    在电耗上。从实际运行情况看,当前窑内存在比较明显的还原气氛,窑尾时有爆燃现象,说明从系统用风来看熟料产量已经达到极限。在增加余热发电系统后,由于窑尾余热锅炉阻力损失一般为800~1 200 Pa,系统的熟料产量将会因阻力损失过大而受到一定影响。

    2.2 关于高温风机运行现状
        该系统所选高温风机的全压正常为7000 Pa,风量46万m3/h,电机功率1 250 kW。由于系统预热器阻力偏高,高温风机的风压、电机电流也已经基本达到额定值。若要增加余热发电锅炉,一般需要增加阻力损失800~1 200 Pa(相当于当前系统压力13%~18%),届时风机风压、风机电流均将大幅超过额定能力的上限。因而余热锅炉投入运行后对生产参数的稳定、对系统产能可能会有一定的不利影响,但如果在增加余热发电设备的同时优化系统结构,降低系统的阻力损失[4],则不仅能够保持当前的高产量,还有可能达到更加理想的熟料产量和质量指标。

        总之,从烧成系统来看,该生产线的总体指标达到了国内先进水平,但熟料冷却效果不好、窑尾
    系统阻力大等问题是目前急需解决的。否则增加余热发电系统后,系统熟料产能和熟料质量都将受到
    较明显的影响。

    2.3 关于篦式冷却机
    熟料冷却效果不够理想,出冷却机熟料温度高达187.8 ℃,冷却机热回收效率2(见表6)只有58.73%,即使把煤磨的热风也全部认为是有效回收热,热回收效率也处在比较差的水平(60.96%)。冷却机用风量2.093 Nm3/kg熟料,余风排放量1.201 Nm3/kg熟料,通过与国内部分篦冷机比较(表6)可以看出,该冷却机热回收情况总体上水平较差。

        冷却机的性能指标不仅影响熟料冷却效果,而且对系统能耗影响很大[3]。如果熟料冷却效果得以改善,出冷却机熟料温度较当前降低70 ℃,则相当于多回收热量59.2 kJ/kg熟料(相当于每天节煤8.06 t),无论是对降低能耗还是提高余热发电量都将是十分可观的。

    3 余热发电
        根据热工检测结果,计算得到可用于余热发电的热量总量如表7所示。

        根据测定结果计算得出,预热器废气管可利用热焓全部转化成电能可发电6 846.0 kW,窑头废气的理想发电量(理论值)为11 876.3 kW,二者之和为18 722.3 kW。实际上,发电系统,尤其是纯低温余热发电系统需要考虑锅炉及管道系统散热损失、相变热损失、汽轮机效率等影响之后方可最后确定比较合理的汽轮机规格。正常大型电厂发电系统的热效率可达30%~35%左右;水泥厂纯低温余热发电系统由于废气温度低、产生的蒸气压力低、气体参数波动大等原因,余热发电系统的热效率相对要低一些,约16%~23%。国内早期的余热发电系统效率较低,只有14%~18%,目前国内TJ、YSD等系列的低温余热发电系统的热效率一般为16%~20%,个别系统可达20%~21%。先进的低温余热发电技术,由于采用高效闪蒸技术,使得热利用效率和发电参数的稳定性均明显提高,纯低温余热发电系统的热回收效率一般能达到22%左右,个别废气温度较高的系统甚至达到25%~27%。本烧成系统若采用效率与先进技术指标相当的纯低温余热发电系统,热回收效率按22%考虑,则与该烧成系统标定期间参数相适应的发电量可达4 118.9 kW。再考虑冷却机系统通过结构优化减少熟料带走热损失,则发电量还有增加的余地,因而,从适当留有余地的角度考虑,建议发电机组功率按4 500 kW选型。

    4 效益评估
        LHWC水泥厂2 500 t/d(实际生产能力约为3000 t/d)水泥生产线余热发电的发电机组功率若按4 500 kW选型,总投资一般为每千瓦发电装机5 500~6 500元人民币[5]。同时要考虑银行贷款利息,贷款利息按本金的15%计算。

        预计总投资为:4 500×(5 500~6 500)×1.15 ≈(2 846~3 364)万元人民币。

        具体投资数额视项目具体情况(项目所在地、水源、地质情况、场地情况、水泥熟料生产线情况、水泥厂现有电源情况等)不同而不同。

        水泥厂余热发电系统运行后是不形成现金销售收入的,其形成的收入实际是水泥厂少向电网支付的相当于电站供电量的电费,而形成的利润则是水泥厂少向电网支付的电费与电站发电成本的差额。水泥厂余热发电系统投入生产运行后的发电成本主要由以下几部分组成:

        (1)折旧费:按十年折旧考虑,每度电折旧费一般为0.09~0.11元人民币;

        (2)运行费:由电站投入生产运行后消耗的水、机油、化学药品、人工、维修等费用组成,根据地水价、人工费等价格条件及发电装机容量,运行费每度电一般为0.05~0.07元人民币;

        (3)其它费用的支出,包括电网调度管理费等每度电一般为0.05~0.08元人民币。

        按照上述各项费用,项目投入生产运行后的发电成本为0.19~0.26元人民币。按余热发电系统运转率90%,正常平均发电功率按4 000 kW计,则年发电量:4 000×24×365×90%=3 153.6万kWh。

        按照平均电价0.55元/kWh计,除去发电成本,每度电的净利润为0.29~0.36元人民币,年利润:(0.29~0.36)×3153.6万kWh=(925~1134)万元人民币。

        成本回收年限:(2846~3364)万元÷(925~1134)万元=(2.5~3.6)年。

        大约在两年半到三年半的时间里就可以把全部的成本回收。

    5 结束语
        通过对LHWC水泥厂2 500 t/d新型干法窑的热工标定数据分析,熟料产量超过3 000 t/d以上,已经超过设计产量指标20%,产量指标达到了国内先进水平。

        (1)C1级筒出口废气温度降低到300 ℃左右,显著降低了预热器废气热损失;各级预热器的换热效率比较高,但是其阻力损失也比较大。

        (2)篦冷机的热回收效率比较低,高温风机也没有多少富余。若增加余热发电系统,必须要更换高温风机或者对系统进行优化以降低系统的阻力。

        (3)从余热发电的效益评估来看增加余热发电系统,只需两年半到三年半就可回收成本。

    参考文献
    [1] 曾学敏. 水泥工业能源消耗现状与节能潜力[J]. 中国水泥,2006, (3): 16-21.
    [2] 李昌勇,曹百言,陈传文.漏风对旋风预热器工作特性的影响[J].水泥,1989, (8): 23-28.
    [3] 邢国梁, 李昌勇, 王洛阳. 等. 高电石渣掺量1 200 t/d生产线热工标定[J].水泥,2008, (4): 20-22.
    [4] 王洛阳,李昌勇.巢湖铁道水泥厂1500t/d新型干法窑系统余热发电前景分析[J].新世纪水泥导报,2008, (3):8-10.
    [5] 朱碧文.水泥厂纯低温余热发电系统及经济性简析[J]. 中国招标,2008, (32): 30-31.

点击次数:  [责任编辑:罗明松 林琳 贺光岳] 转载请注明“来源:水泥商情网”
  • >>更多相关新闻
  • 没有相关新闻
  • 水泥商情官方微信:
    微信号:snsqw-wx
  • 手机客户端:点击进入扫描安装>>
  • 成都编辑部:028-83380472
  • 自贡编辑部:0813-5106054
  • 广  告  部:028-83334977
  •             0813-5106054
  • 发  行  部:028-83380471