天瑞集團現(xiàn)在投產(chǎn)運行的有18條水泥熟料生產(chǎn)線,2條2500t/d線、15條5000t/d線、1條目前世界上最大的12000t/d線,全部上有余熱發(fā)電系統(tǒng)。發(fā)電水平多數(shù)能穩(wěn)定在月平均40kWh/t熟料以上,少數(shù)能穩(wěn)定在41kWh/t熟料以上,與兄弟企業(yè)相比,天瑞水泥還有一定的差距,尚需進一步努力。
水泥窯余熱發(fā)電的潛力以及與窯系統(tǒng)之間的關(guān)系、優(yōu)化空間等,筆者在此根據(jù)這幾年天瑞水泥搞余熱發(fā)電的實踐談點個人看法,以供參考。
1 余熱發(fā)電與小火電
余熱發(fā)電不是小火電,是一項利國且利民、環(huán)保且創(chuàng)效、既節(jié)約資源又減少排放的技術(shù),屬于廢棄物的綜合利用范疇,應(yīng)該大力提倡,應(yīng)該足額享受到國家的各項優(yōu)惠政策。
水泥窯余熱發(fā)電單就發(fā)電系統(tǒng)來講,與小火電有很多可以通用的設(shè)備,裝備上還屬于小火電的范疇,事實上比現(xiàn)在要淘汰的小火電還要小。
目前,我國正處在大量淘汰小火電的時期,這些被淘汰的設(shè)備經(jīng)過一些適應(yīng)性改造后,完全能夠滿足水泥窯余熱發(fā)電的要求,既避免了小火電淘汰中的浪費,又能降低余熱發(fā)電的建設(shè)投資,國家應(yīng)該給予鼓勵。
應(yīng)該說,天瑞水泥在這方面帶了個好頭,目前有5條水泥窯余熱發(fā)電系統(tǒng)采用了小火電廠的淘汰設(shè)備,實踐證明是完全可行的。降低了余熱發(fā)電的投資成本,也就是降低了余熱發(fā)電的建設(shè)門檻,更有利于余熱發(fā)電的推廣應(yīng)用。
2 還有大量的低品質(zhì)余熱未得到利用
有專家提出給余熱發(fā)電設(shè)置上限,以防企業(yè)為多發(fā)電變相補燃。其理由是:目前的純低溫余熱發(fā)電已經(jīng)達到40kWh/t熟料,余熱幾乎挖掘殆盡,不補燃不可能再有大的進步了,再多發(fā)就不是余熱利用了。
就水泥行業(yè)來講,不但現(xiàn)有的余熱發(fā)電技術(shù),有大量的低于200℃的低品質(zhì)余熱未能利用,而且諸如窯筒體散熱、空壓機散熱等,也是一塊不小的資源,除少數(shù)企業(yè)冬季采暖利用了一部分外,大部分企業(yè)都白白地浪費掉了。
我們來看看水泥熟料在生產(chǎn)過程中的熱效率是多少,它浪費了多少能源,如果把這些浪費的能源全部轉(zhuǎn)換成電,它又能夠發(fā)多少電?
水泥熟料是由鈣質(zhì)原料、硅質(zhì)原料、鋁質(zhì)原料、鐵質(zhì)原料的混合物,經(jīng)高溫煅燒形成的以硅酸鹽礦物為主的多相組成燒結(jié)體。在高溫?zé)崃W(xué)條件下,物料經(jīng)過了擴散分解反應(yīng)、固相反應(yīng)、液相燒結(jié)等多個主控反應(yīng)過程。由于所用的原料不同,所得熟料的礦物組成有別,其理論熱耗一般波動在1630~1800 kJ范圍內(nèi)(約390~430kcal),這與所采用的生產(chǎn)工藝沒有關(guān)系。而我們現(xiàn)在的生產(chǎn)工藝,熟料熱耗能達到710kcal熟料就已經(jīng)是先進水平了。也就是說:現(xiàn)在熟料燒成的熱效率約為 54.93%~60.56%,單位熟料浪費的熱能約為320~280kcal熟料,這些熱能折算成標(biāo)煤約為45710~40000 g標(biāo)煤/t熟料,按國家規(guī)定的發(fā)電對標(biāo)系數(shù)350g/kWh折算,可發(fā)電130~114kWh/t熟料。
所以說,在水泥工藝沒有把熱耗降低到710×4.2kJ/t熟料以下之前,我們可以挖掘的潛力應(yīng)在114kWh/t熟料以上,而我們現(xiàn)在采用的純低溫余熱發(fā)電才僅僅挖掘了40kWh/t熟料左右。所以,不能說我們今天的余熱發(fā)電技術(shù)已經(jīng)到頂了,純低溫余熱發(fā)電不應(yīng)該滿足于現(xiàn)狀,更不應(yīng)該排斥其他非純低溫技術(shù)的采用。我們的思路應(yīng)該再開闊一些,不能把剩余的多于70kWh/t熟料的能量白白的浪費了。比如說:首先是純低溫余熱發(fā)電技術(shù)的突破,把可利用的溫度再降低一些;能不能搞一些低品質(zhì)發(fā)電,用于對供電質(zhì)量要求不高的裝置上,比如一般的通風(fēng)、照明、制冷、空調(diào)等;能不能搞一點不純低溫,用少量的其他綜合利用資源搞一點補燃,比如有機垃圾、煤矸石等;或者不發(fā)電,直接用汽輪機拖動設(shè)備;或者用于烘干、預(yù)熱等其他工藝。
3 余熱發(fā)電對主工藝的影響
中材節(jié)能公司的董總提出:“余熱發(fā)電的核心價值,是余熱利用,不是發(fā)電,不因發(fā)電犧牲主工藝的能效”,“建設(shè)余熱發(fā)電項目的最終目的,是安全穩(wěn)定高效運行實現(xiàn)節(jié)能降耗”。董總講得非常好。
我們不應(yīng)該拿發(fā)電多少與主工藝能效相比較,而應(yīng)該用“余熱利用”和“節(jié)能降耗”與主工藝能效比較,必要時適當(dāng)影響點主工藝能效未必就不合適。如果多發(fā)電增加的能效大于影響主工藝減少的能效,總的能效是增加的,有利于“余熱利用”和“節(jié)能降耗”,又有什么不可以呢?
發(fā)電專業(yè)主要考慮的應(yīng)該是如何多發(fā)電,不應(yīng)該害怕對主工藝造成影響而束縛了手腳。至于是否對主工藝造成影響,發(fā)電專業(yè)可以向主工藝專業(yè)作出提醒,在征求主工藝專業(yè)意見后由主工藝專業(yè)定奪。因為隔行如隔山,是否對主工藝造成影響,只有主工藝專業(yè)才能說得清楚,即使有影響,主工藝專業(yè)還可能有其他的補救措施,這不是發(fā)電專業(yè)的優(yōu)勢。
只有兩個專業(yè)加強溝通、優(yōu)勢互補,才能最終找到最佳的能效平衡點。
4 余熱發(fā)電與熟料燒成煤耗
這是大家爭論已久的問題,因為兩者互相有一定的影響,特別在對一條線的運行考核上,是以多發(fā)電為主還是以降煤耗為主,筆者認為要根據(jù)具體情況具體分析,要互相兼顧,不應(yīng)該因為重視這一方面而否定了另一方面。放之四海而皆準(zhǔn)的真理,對局部的具體情況往往不是最佳的方案。
冀東(290.67元/噸,0%)(290.67元/噸,0%)水泥在考核上提出了“熟料標(biāo)煤耗發(fā)電量”的概念,用于某條線的前后對比,考核其是否取得進步,是一個不錯的想法。但對于集團內(nèi)不同生產(chǎn)線的對比,就顯出了他的局限性,由于其工藝、裝備、原燃材料不盡相同,決定了他們的煤耗不可能相同,當(dāng)煤耗降不下來時更應(yīng)該多發(fā)電,更有條件多發(fā)電,如果強制的控制發(fā)電量,只能是造成人為的浪費而已。
冀東水泥提出“熟料標(biāo)煤耗發(fā)電量”的本意是:“防止為提高發(fā)電量多燒煤,在降低煤耗的基礎(chǔ)上多發(fā)電”。后半句是對的,但前半句值得商榷。為什么要“防止為提高發(fā)電量多燒煤”呢?國家規(guī)定的發(fā)電對標(biāo)系數(shù)為350g/kWh,如果因為多燒了300g煤而多發(fā)了2kWh的電,又有什么不可以呢?事實上這種可能性是存在的。
在運行考核上,海螺(295.04元/噸,-0.14%)(295.04元/噸,-0.14%)水泥的提法更科學(xué)一些:對2005年以前建設(shè)的窯,考核指標(biāo)為40kWh/t熟料;2005年以后建成的非第四代篦冷機窯,考核指標(biāo)為37kWh/t熟料;2005年以后建成的第四代篦冷機窯,考核指標(biāo)為34kWh/t熟料。根據(jù)技術(shù)裝備水平的先進程度,考慮他們具有的潛力大小,分別設(shè)置不同的考核指標(biāo),才具有可操作性,才不至于造成考核誤導(dǎo)。舉一個極端的例子,設(shè)計為四級預(yù)熱器的窯,可以發(fā)到44~46kWh/t熟料,而設(shè)計為五級預(yù)熱器的窯最多也就能發(fā)40~42kWh/t熟料,不能按同一個“熟料標(biāo)煤耗發(fā)電量”來考核。
前面講過,目前即使配套了余熱發(fā)電的水泥窯,仍然有大量的低品質(zhì)余熱未能被利用,所以中材的董總才搞什么“朗肯循環(huán)”。但在“朗肯循環(huán)”成熟以前怎么辦?我們能不能利用少量的高溫余熱(導(dǎo)致少量的煤耗增加)來帶動,或者說激發(fā)一部分低溫余熱的利用呢(產(chǎn)出大于投入)?這一點,琉璃河的余熱發(fā)電已經(jīng)給出了一個肯定的答案,是可以有所作為的。
我們不應(yīng)該把自己禁錮在“余熱發(fā)電” 這個小概念上,而必須把自己放在“余熱利用”這個大概念中。就現(xiàn)有的水泥窯和純低溫余熱發(fā)電技術(shù)水平,正常的余熱利用應(yīng)該在40kWh/t熟料左右,再增加發(fā)電量就會導(dǎo)致煤耗的增加。參照國家規(guī)定的350g/kWh的發(fā)電對標(biāo)系數(shù),作為集團化的管理考核,為引導(dǎo)各公司尋求最佳的能效平衡點,應(yīng)“以40kWh/t為基數(shù),每多發(fā)一度電獎勵300g/t熟料的煤耗指標(biāo)”,讓各公司根據(jù)自己的實際情況追求最佳能效。
進一步講,在余熱發(fā)電上,大家都比較避諱“補燃”這個概念,實際上,對于“補燃(或變相補燃)”,不應(yīng)該全盤否定。如果“補燃”能增加綜合能效就可以適當(dāng)補燃;再說,補燃不一定是燒煤,生活垃圾、木業(yè)垃圾、矸石煤泥、工業(yè)有機垃圾、農(nóng)業(yè)秸稈稻殼、食品工業(yè)的排渣等,都可以作為補燃的材料,既避免了這些垃圾對環(huán)境的影響,又增加了單靠余熱發(fā)電沒有用完的低溫余熱的利用,不是很好嗎?國家在政策上應(yīng)該鼓勵多種綜合利用技術(shù)和多種環(huán)保措施的組合使用。
5 熱力系統(tǒng)的優(yōu)化
“余熱發(fā)電”與“火力發(fā)電”相比,相同點都是發(fā)電,但余熱發(fā)電沒有太多的新東西,而且裝備也要小得多,不會有太多的問題。
所不同的是,一個是“余熱”,一個是“火力”,主要區(qū)別在熱力系統(tǒng)的不同上。進一步講就是熱源的不同,“余熱”這個熱源與“火力”相比,品質(zhì)要低得多,利用起來要復(fù)雜得多,這才是搞好余熱發(fā)電的關(guān)鍵所在。
目前的水泥窯純低溫余熱發(fā)電,熱力系統(tǒng)采用較多的是 “雙壓系統(tǒng)”和“窯尾蒸汽到窯頭進一步加熱”的設(shè)計,應(yīng)該說比以前優(yōu)化了許多,也取得了明顯的效果,但還有進一步優(yōu)化的空間。主要是窯頭余熱的進一步細分,把短缺的優(yōu)質(zhì)余熱分離出來,用于鍋爐的關(guān)鍵部位,比如:
(1)在篦冷機篦上的二三段之間加隔墻,防止三段低溫廢氣串入對二段中溫廢氣的貧化;
(2)將余熱發(fā)電在篦冷機上的取風(fēng)口一分為二,實現(xiàn)高溫廢氣與中溫廢氣的分開使用,進一步提高鍋爐的蒸發(fā)能力;
(3)在篦冷機的低溫區(qū)增加一個取風(fēng)口,作為煤磨用風(fēng)的主風(fēng)源,原中溫區(qū)取風(fēng)口僅作調(diào)節(jié)溫度使用,把原來用于煤磨烘干的中溫風(fēng)讓給發(fā)電;
(4)利用窯頭排放的廢氣(還有100多℃)作為篦冷機一二段的冷卻風(fēng)源,抬高余熱發(fā)電的取風(fēng)溫度,也減少了廢氣排放;
(5)進一步增加篦冷機一二段的料層
(6)如有必要,可在三次風(fēng)管內(nèi)或窯頭罩內(nèi)增設(shè)蒸發(fā)器,或直接取少量的三次風(fēng)或二次風(fēng)用于鍋爐的蒸發(fā)段,或采用有利于綜合利用的補燃措施。
6 結(jié)束語
水泥窯余熱發(fā)電技術(shù)是國家實行節(jié)能減排的一項重大技術(shù),不僅給企業(yè)帶來極大的經(jīng)濟效益,在環(huán)保方面也帶來極大的社會效益。但在余熱發(fā)電運行中,還有非常大潛力可挖。我們應(yīng)該從各個方面入手,不斷優(yōu)化系統(tǒng),提高余熱發(fā)電潛力,做到把“余熱利用”和“節(jié)能降耗”放在首位,實現(xiàn)經(jīng)濟效益與社會效益雙豐收。