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我集团几条5000t/d熟料生产线的吨熟料余热发电量差别非常大，这几条生产线所采用工艺生产方法和设备均相同，为了明确篦冷机高中温热风与余热发电的关系，我们做了一系列的标定和探讨。 1 几条5000t/d熟料生产线余热发电量对比 1.1 吨熟料发电量与熟料热耗的关系 理论上水泥窑余热发电量的高低与单位熟料热耗呈正相关，原因是单位熟料热耗越大所需燃料总发热量就越大，为了能够急冷熟料，必然需要更大的系统鼓风量，余热发电系统可利用余热资源就会越多。煤耗与熟料热耗也呈正相关，而熟料热耗高低又与生料配比和燃煤性质有关，在此不讨论。 1.2 各公司吨熟料发电差异性分析 我集团几条水泥生产线的标定数据见表1。
由表1可以看出，单位熟料热耗、煤耗与吨熟料发电量基本呈正相关分布，但并不是所有的生产线都遵循这个规律，比如安丘2号线与枣庄线熟料热耗高、煤耗高，吨熟料发电量却低。在排除设备原因后，通过对高中温风量和SP锅炉入口风量的标定发现一些规律，SP锅炉入口温度均在310℃左右，风量在 389000m3/h 左右，差别非常小，故在此忽略其对余热发电量的影响，而高中低温温度风量差异较大，是影响余热发电量的主要原因。由于本公司所有余热发电项目都是易世达公司设计承建的带有独立ASH过热器的发电系统，所以只针对这种设备工艺来讨论，其工艺流程见图1。 2 高中低温风量配比与余热发电量的关系 2.1 各公司高中低温风量分布关系对比 安丘2号线和枣庄线在煤耗和熟料热耗最高的情况下吨发电量最低的原因是不是系统鼓风量不足呢？表2是工艺标定人员对高中低温风总量的测量结果（额定高中低温风量为280000Nm3/h）。
从表2的标定数据来看，淄博2号线，安丘1号线和安丘2号线达到了额定风量，其他公司都没有达到设计风量，说明系统鼓风不足，发电量还有提升潜力，枣庄线系统鼓风量最低，故吨熟料发电量最低。熟料热耗高、风量达到设计要求的安丘1号线吨熟料发电量最高，那么具备同样条件的安丘2号线为什么发电量并不高呢？为了便于观察和找出原因，取较有代表性的安丘1号线、2号线与枣庄线来对比分析原因，表3为工艺标定人员给出的高中低温烟气标定结果。 枣庄线余热发电量低是由于篦冷机整体鼓风量不足，没能充分挖掘熟料冷却放出的热量。而安丘两条线的差别是高中低温风的温度、风量分布不一样，这是造成其发电量差异的原因。如果以安丘1号线为标准，那么可以看出，2号线高中温风量占比较小，低温风量占比较大，造成篦冷机内热量分布整个后移，导致高中温温度只相差70℃，低温温度高达297℃，使得高中温的梯级利用并不明显，影响了余热资源的充分利用。
2.2 高中低温风量的最佳比例 从表2中安丘1号线的数据中得出高中低温风量比例关系为1∶1.35∶0.87，2号线的比例关系为1∶0.57∶0.97，差异明显，可知1号线的这种比例分布关系是比较合理的，那么这种分布比例是否是最佳分布比例呢？是否还有优化的空间呢？可以将这个经验配比来定量分析一下，以证明其理论上的可行性。 3 余热发电系统高中温用风的定量分析 取安丘公司1号线5000t/d窑余热发电系统在日发电量210000kWh时标定的数据，见表4。
空气焓值计算公式为： Q=(Q1-Q2)×t×η1×η2 (1) 式中： Q——换热器出口焓值总量,kJ/h; Q1——换热器出口单位焓值,kJ/kg; Q2——换热器进口单位焓值,kJ/kg; t——换热器出口蒸汽(水)量，kg/h; η1——锅炉散热率； η2——锅炉排污率。 由公式(1)可对以下热值分别进行计算： ASH过热器出口蒸汽热值为： Q3=(3215-2898)kJ/kg×51000kg×(1-1%)×(1-1%)=15845277kJ/h； 热水炉出水热值为： Q4=(461-293) kJ/kg×58000kg/h×(1-1%)×(1-1%)=9550094kJ/h; AQC锅炉中压段出口蒸汽热值为： Q5=(2898-454)kJ/kg×21 000kg/h×(1-1%)×(1-1%)=50302652kJ/h； AQC锅炉低压段出口蒸汽热值为: Q6=(2836-2690)kJ/kg×7000kg/h×(1-1%)×(1-1%)=1001662kJ/h； 综合得AQC锅炉汽侧总蒸汽热焓为： QAQC=Q4+Q5+Q6=60854408kJ/h; 同样得SP锅炉出口蒸汽热焓为： QSP=(2959-454)kJ/kg×30000kg/h×(1-1%)×(1-1%)=73654515kJ/h。 反推在此吸热情况下的烟气热值： Q吸=S放 (2) 式中： Q吸——锅炉工质吸收的总热量,kJ/h; S放——锅炉进口烟气在锅炉内部释放的热量,kJ/h。 Q吸=Q3（3） S放=SASH（4） SASH=C高×ρ高×V高×T高×η×（1-ζ）（5） 式中： C高——高中温烟气比热容，kJ/（kg·K）； ρ高——高中温烟气密度，取1.293kg/Nm3； V高——锅炉进口烟气流量，Nm3/h； T高——锅炉进口烟气温度，℃； η——ASH 过热器效率，取28%； ζ——ASH过热器漏风系数，取0.05。 联立式(2)~式(4)，将表4中所测相关数据代入得： V高×T高=34639214kJ/h。 受限于节点温差和汽轮机主蒸汽温度，要求烟气温度既不能过高也不能过低，在这里取烟气温度波动区间为450~600℃。 当T高=450℃时， V高=76976m3/h； T高=500℃时，V高=69278m3/h； T高=540℃时，V高=64147m3/h； T高=560℃时，V高=61856m3/h； T高=580℃时，V高=59723m3/h； T高=600℃时，V高=57732m3/h。 再来反推AQC锅炉入口烟气温度和烟气量（取入口温度波动区间为280~420℃）： SAQC=CAQC×ρAQC×VAQC×TAQC×ηAQC×（1-ζ）（6） 式中： SAQC——烟气进入AQC锅炉所放出的热量，kJ/h； CAQC——AQC锅炉入口烟气比热容，kJ/（kg·K）； ρAQC——AQC锅炉入口烟气密度，取1.293kg/Nm3； VAQC——AQC锅炉入口烟气流量,Nm3/h； TAQC——AQC锅炉入口烟气温度,℃； ηAQC——AQC锅炉效率，取72%； ζ——AQC锅炉漏风系数，取0.05。 SAQC=QAQC（7） 联立式(6)、(7)，将表4中所测相关数据代入得： VAQC×TAQC=51735157kJ/h。 当TAQC=420℃时，VAQC=123179m3/h； TAQC=380℃时，VAQC=136145m3/h； TAQC=340℃时，VAQC=152162m3/h； TAQC=300℃时，VAQC=172451m3/h； TAQC=280℃时，VAQC=184768m3/h。 SP锅炉入口风量推算： SSP=CSP×ρSP×VSP×TSP×ηSP×（1-ζ）（8） 式中： SSP——烟气进入SP锅炉所放出的热量，kJ/h； CSP——SP锅炉入口烟气比热容, kJ/（kg·K）； ρSP——SP锅炉入口烟气密度，取1.293kg/Nm3； VSP——SP锅炉入口烟气流量，Nm3/h； TSP——SP锅炉入口烟气温度，℃； ηSP——SP锅炉效率，取30%； ζ——SP锅炉漏风系数，取0.05。 SSP=QSP（9） 联立式(8)、(9)得： VSP×TSP=121455041kJ/h; 当TSP =310℃时，VSP =391790m3/h。 这与公司现场标定的SP锅炉进口风量389000m3/h十分接近，可以看出SP锅炉风量是比较准确的，证明了SP锅炉入口热风焓值的稳定性，但ASH过热器入口烟气温度与AQC锅炉入口烟气温度之间并不十分稳定，所以不太容易做一个十分精确的定量分析，只能分段来计算。比如，在高温580℃，AQC锅炉入口380℃时，经上面推算得出高温风量至少要59723m3/h，AQC锅炉入口至少要136145m3/h，安丘1号窑才能保证发电负荷达到210000kWh/d，此时高中温风量（AQC锅炉入口风量等于高中温风量之和）最佳配比1∶1.28，和上述结论高中温风量比例为1∶1.35是比较接近的，从而证明了这种理论的正确性，也说明安丘1号窑虽然发电量最高，但是仍有调整上升的空间。 作者单位： 山东棱角建材科技有限公司 |
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