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纯低温余热发电能力和效能分析探讨
发布时间:2011/5/30  阅读次数:3416  字体大小: 【】 【】【
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1.        引言
我国预分解生产线纯低温余热发电的技术及工艺通过二十余年的努力,现已取得相当的研究成果和成功实施案例。特别是近年来,在化石燃料日趋枯竭和温室气体排放导致全球气候恶化,引起各国政府高度重视的情况下,清洁能源概念应运而生。水泥生产废热利用问题也得到了前所未有的重视。
2.纯低温余热发电能力分析
2.1问题的提出
近年来,由于国家产业政策的调整和节能减排的要求,许多水泥生产企业在技术改造和新建项目中纷纷考虑建设纯低温余热发电项目,但是也存在一些认识上的误区,主要表现在:
(1)片面追求单位发电量和发电系统装机容量,认为单位熟料发电量越高越好;
(2)单纯考虑企业及建设项目的经济效益,忽视了纯低温余热发电的根本宗旨及社会效益。
2.2余热发电的基本要求及发电效率比较
2.2.1基本要求
由于预分解生产线纯低温余热发电是作为“CDM”即清洁能源的概念提出的,因此必须符合“清洁能源”的基本要求:
(1)主导产品生产技术必须是相对先进的。在水泥生产上则要求熟料烧成工艺是先进的,而且相应的设计及运行指标也应该是先进的;
(2)纯低温余热发电项目设计和运行过程中,发电系统不能采用补燃或变相补燃技术;
(3)发电系统利用的热能应当是,根据当前技术水平,主生产工艺无法再利用或有效回收的废热能。
2.2.2纯低温余热发电的效率及其比较
(1)煤电效率
据有关资料统计的煤电转化效率为38%左右,其中60万千瓦以下亚临界机组发电效率一般低于38%,引进60万千瓦超临界机组发电效率达39%,先进的超临界机组效率可达44%以上,单位电能标准煤耗如下:
                   亚临界机组:                                 350g/kWh
                   60万千瓦超临界机组(引进): 310 g/kWh
                   先进超临界机组:                         250 g/kWh
国际先进国家火电平均综合标煤耗:             320g/kWh
(2)水泥预分解生产线纯低温余热发电效率
由于纯低温余热发电系统锅炉热源为水泥生产线预分解系统和篦冷机系统废气,其热品质与电厂锅炉燃烧室煤粉燃烧直接提供的高温热烟气热品质无法相比拟。此外,由于余热发电系统装机容量相对火电厂机组一般较小,因此,余热发电系统效率相对较低,一般仅为21~23%,即使采用多级闪蒸技术,其效率也不超过26%。毫无疑问,余热锅炉蒸汽状态为亚临界态。
2.2.3纯低温余热发电量
     (1)基本参数
较先进的水泥预分解生产工艺废气状态如下:
预分解系统(五级预热器+分解炉)C1出口废气
  废气量:1.5~1.7Nm3/kg-cl;
  废气温度:310~330℃
冷却机废气(扣除煤磨烘干用气)
  废气量:0.75~0.89Nm3/kg-cl
  废气温度:280~320℃
     (2)纯低温余热发电可利用的热能
预分解系统:考虑到生料烘干,SP锅炉出口废气按210℃考虑,可利用热能为232~313kJ/kg-cl;
冷却机系统:AQC锅炉出口废气按90℃考虑,可利用热能为190~275 kJ/kg-cl。
             QΣ=422~588 kJ/kg-cl。
据纯低温余热发电系统效率(26%)计算吨熟料发电量为,
                     E=ηQΣ/3.6=30.47~42.47kWh/t-cl
       考虑发电系统自用电量,实际输出电量约28~40kWh/t-cl
3.结论
从上述论述可知,纯低温余热发电系统由于受所利用的废热品质和发电效率的限制,单位熟料发电量是有限制的。如单纯追求高单位熟料发电量,势必走入误区。
众所周知,提高单位熟料发电量从技术的角度看,只能采用两种方式,一是提高发电系统的效率,包括余热锅炉的热效率、汽轮机系统机械效率和发电机组的内效率等,但是从目前的情况而言,由于采用亚临界状态水蒸汽作为工作介质,要想较大幅度的提高余热发电系统效率是有困难的,事实上该系统的效率是受到朗肯循环效率为上限的限制的。
另一种提高单位熟料发电量的方法是:提高废气品质。而提高废气品质意味着提高废气温度和增加单位主产品热耗,实质上是变相补燃措施。如上所述纯低温余热发电的效率本身就大大低于煤电效率,如采用提高废气品质的方法,所增加的热能的转化效率会更低,事实上为提高废气温度而增加的燃料不可能完全转化为废气品质的提高,其相当一部分(>50%)的能量将以表面热损等形式浪费掉,因此,试图增加废气品质而采用的变相补燃措施,不仅不能达到节能减排的效果,反而是“废能增排”,这完全不符合CDM项目的宗旨,必须引起足够的重视。
由此可得出如下结论:
(1)目前我国的水泥预分解技术与企业的生产管理现状还有较大的提升空间,与国际先进水平相比,我国水泥预分解生产线综合能耗特别是平均热耗还有很大差距,不能因为纯低温余热发电技术的应用而忽视了这种现实。
(2)纯低温余热发电量不应以单位熟料发电量进行衡量,单位产品发电量高,并不意味着发电系统效率高,节能减排效果好;事实上,不合理的单位产品高发电量,更可能意味着熟料烧成系统技术和(或)管理水平不高。
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