摘要   通過對帶四級和五級預熱器的新型干法水泥窯排放的煙氣量、煙氣溫度、純低溫余熱發(fā)電量以及噸熟料煤耗的定性分析和定量計算，對比國家公布的火電標準煤耗，從理論上闡明了帶五級預熱器的干法水泥生產線純低溫余熱發(fā)電能源利用率高于帶四級預熱器的水泥生產線，解答了帶四級與五級預熱器的新型干法水泥純低溫余熱發(fā)電的優(yōu)劣困惑。
主題詞： 干法水泥   余熱發(fā)電  能源利用率  預熱器

1 概述
    近年來，國內水泥工業(yè)的建設規(guī)模和技術水平都有較大的進步，尤其是帶預分解窯的新型干法窯得到了快速發(fā)展，水泥熟料熱耗從帶四級預熱器的3768 kJ/kg.cl[1]降低到帶有五級預熱器的3011kJ/kg.cl。在熱耗下降的同時，仍然有大量的中低溫余熱沒有被充分利用，純低溫余熱發(fā)電技術可以合理利用水泥生產過程中排放的大量中、低溫余熱資源。目前在新型干法線純低溫余熱發(fā)電項目中，有的在帶四級預熱器的干法窯上建設，噸熟料發(fā)電量達到33.07 kW.h/t.cl [2]；有的在帶五級預熱器的干法窯建設，噸熟料發(fā)電量28 kW.h/t.cl。帶四級預熱器的比帶五級預熱器的干法窯噸熟料純低溫余熱發(fā)電量多，因此，有人認為應建設帶四級預熱器的干法窯并配套純低溫余熱發(fā)電系統(tǒng)，甚至提出把五級預熱器改為四級預熱器以提高噸熟料發(fā)電量。水泥廠純低溫余熱發(fā)電是為了單純增加發(fā)電量還是為了充分利用廢氣余熱？如何評價不同水泥廠純低溫余熱發(fā)電系統(tǒng)？又如何結合水泥煅燒技術和發(fā)電技術以提高能源利用率？……本文通過對帶四級預熱器和帶五級預熱器干法窯的純低溫余熱發(fā)電分析，提出了作者自己的觀點，供水泥廠純低溫余熱發(fā)電關注者參考。

2 帶四級預熱器和五級預熱器的新型干法水泥窯廢氣情況
    對于純低溫余熱發(fā)電來說，相同產量的新型干法水泥生產線，不論是帶有四級預熱器還是帶有五級預熱器的水泥生產線，其窯頭篦冷機的廢氣量與廢氣溫度并無多大差別，其主要區(qū)別在于第一級預熱器出口廢氣溫度、廢氣量以及整個水泥生產線的耗煤量。根據(jù)國內新型干法水泥生產的情況，窯尾煙氣量可達1.5-1.9 Nm3/kg.cl（煤粉燃燒后產生的理論煙氣量為0.8-1.2 Nm3/kg.cl、0.2-0.4 Nm3/kg.cl的漏風、過?？諝?、鹽類分解、自由水蒸發(fā)、高嶺土脫水、空氣帶入含濕量等）[3]。四級預熱器窯由于少了一級預熱器，其漏風量比五級預熱器窯有所減少，窯尾預熱器煙氣量也對應減少。
    在符合新型干法水泥生產工藝要求的條件下，綜合國內不同水泥生產廠的情況，不失一般性，假定下列具體數(shù)據(jù)進行分析：
    四級預熱器相關參數(shù)：按照5000t/d 水泥熟料生產線常規(guī)配置的設備，窯尾煙氣量為1.72 Nm3/kg.cl，則四級預熱器出口煙氣的流量為：Q4=358,300Nm3/h，溫度：T4=375℃，平均熱耗：3768 kJ/kg.cl，熟料燒成煤耗：129 kg/t.cl[1]
    五級預熱器相關參數(shù)：同樣按照5000t/d 水泥熟料生產線常規(guī)配置的設備，窯尾煙氣量為1.75 Nm3/kg.cl，則五級預熱器出口煙氣的流量為：Q5=364,600Nm3/h，溫度：T5=350℃[4]，平均熱耗：3011 kJ/kg.cl，熟料燒成煤耗：103 kg/t.cl, 窯尾煙氣成分如表1：
                             表1   窯尾煙氣成分

3 余熱發(fā)電量分析
3.1余熱發(fā)電量計算
    由于烘干原料的需要，余熱發(fā)電利用后的窯尾預熱器煙氣的排放溫度假定為230℃。四級預熱器與五級預熱器干法水泥窯窯頭廢氣發(fā)電量基本相同，在此只比較窯尾預熱器余熱發(fā)電量。
四級預熱器   根據(jù)煙氣溫度、煙氣成分以及擬排放的煙氣溫度計算出煙氣焓：375℃煙氣焓為H375、230℃煙氣焓為H230 。
    則375℃的廢煙氣通過SP余熱鍋爐排放出230℃煙氣,可以利用的煙氣熱量為：ΔH4= Q4 (H375-H230)＝8205×104 kJ/h
    由于四級預熱器排煙溫度高于五級預熱器，根據(jù)純低溫余熱發(fā)電熱量利用效率的計算，不難計算出SP余熱鍋爐吸收的熱量轉換為電能的效率約為η4=23％[5]，則窯尾廢氣可利用余熱純低溫發(fā)電量為：P4=ΔH4η4/3600＝5242 kw
    五級預熱器  根據(jù)煙氣溫度與煙氣成分以及擬排放的煙氣溫度計算出煙氣焓：350℃煙氣焓H350和230℃煙氣焓H230 。則可以利用的煙氣熱量為：
ΔH5= Q5 (H350-H230) ＝6880×104 kJ/h
    根據(jù)純低溫余熱發(fā)電熱量利用效率的計算，不難計算出SP余熱鍋爐吸收的熱量轉換為電能的效率約為η5=21％[5]，則窯尾廢氣可利用余熱純低溫發(fā)電量為： P5=ΔH5η5/3600＝4013 kw
3.2 四級預熱器和五級預熱器的煤耗
    根據(jù)四級預熱器熱耗3768 kJ/kg.cl 折算成煤耗 b4=129 kg標煤/t.cl。
    即：b4×5000/24＝26875kg標準煤/h
    根據(jù)五級預熱器熱耗為3011 kJ/kg.cl 折算成煤耗 b5=103 kg標煤/t.cl。
    即：b5×5000/24＝21458kg標準煤/h
    計算出的具體數(shù)據(jù)見表2。

表2 四級預熱器和五級預熱器余熱發(fā)電量對比