技术 | 采用六级预热器的熟料生产线余热锅炉设计参数的确定

余热锅炉的热源为窑头窑尾大量低品质的余热，要想实现废气能量的梯级利用，要想实现系统余热利用效率最高，余热锅炉的参数选择非常重要。五级预热器的熟料生产线，预热器的出口温度在320℃左右，根据热平衡模拟计算和热工标定及实际运行情况，窑头余热锅炉采用双压和设置公共省煤器及公共过热器，窑头锅炉的公共省煤器出口高温热水供窑头锅炉和窑尾锅炉，窑尾锅炉产生的蒸汽和窑头锅炉产生的蒸汽汇合后至窑头公共过热器再过热后作为主蒸汽进汽轮发电机，汽轮机采用补汽凝汽式汽轮机，额定主汽压力1.6MPa(a)，主汽温度320℃，额定补汽压力0.35MPa(a)，补汽温度155℃时余热利用最彻底，热效率最高。

六级预热器的熟料生产线，预热器的出口温度低至270℃以下，再采用和五级预热器一样的设计参数会导致锅炉排烟温度较高，饱和水和蒸汽的产生量热量上无法平衡，会因设计参数的选择不当导致余热不能很好利用。本文以冀东某采用六级预热器的万吨熟料线为例，对整个余热发电系统进行热平衡计算和参数确定，使整体的余热利用热效率最高。

该水泥生产线对余热发电系统的设计要求见表1。

根据水泥线对余热系统的设计要求，进行余热系统的设计。从热工理论分析，双压工艺可使相对高温热源产生较高参数的蒸汽，使相对低温热源产生较低参数的蒸汽，实现废气能量梯级利用，系统余热利用效率最高，在五级预热器的余热发电系统中多采用双压，本次计算保留双压系统。双压余热发电系统见图1。

主汽压力和主汽温度越高，汽轮机效率越高，五级预热器常用额定主汽压力1.6MPa，主汽温度320℃，来源于窑尾余热锅炉出口蒸汽压力1.60MPa，1.70MPa的饱和温度2040℃，窑尾余热锅炉产生1.70MPa，温度3000℃的蒸汽到窑头余热锅炉再过热，由于预热器出口烟风温度3200℃，整体选择这个主汽压力和主汽温度水和汽刚好平衡，热效率最高。而六级预热器出口烟风温度只有2500℃，再选择这个锅炉出口蒸汽参数产生的蒸汽窑头余热锅炉没有能力完成过热，水汽无法平衡，锅炉排烟温度无法满足水泥生产线的要求，所以需要热平衡试算出一个采用六级预热器后的最佳窑头锅炉和窑尾锅炉蒸汽出口温度和压力。

无论五级预热器或六级预热器，窑头冷却机的参数变化不大，对本次采用的四代篦冷机进行热工模拟计算，模拟出窑头余热锅炉最佳的进口风温和风量，一般理论上四代篦冷机单位熟料废气量（标况下）按2.2m3/kg考虑（校核计算实际为2.45m3/kg），经过公司多年研究和建模热平衡计算，考虑二、三次风及不能用于余热发电的风外，还有42.3%的风量可以用于余热发电，折合为1.00m3/kg（为保守计算，按0.92m3/kg计算），考虑二、三次风及不能用于余热发电的风外，用于窑头发电的高温点为571℃（煤磨在窑尾时），低点温度为110℃，折合总的风量为460000m3/h。考虑热工模拟的偏差，设计计算风量为425000m3/h，温度360℃。模拟计算结果见图2。

图2 冷却机热工模拟结果图

六级预热器和五级预热器出口烟气温度相差较大，设定窑尾余热锅炉产生饱和蒸汽，采用热平衡试算法来满足水和蒸汽的平衡，以及余热锅炉排烟温度需满足水泥生产线的要求，热平衡试算结果见表2。

表2 窑尾余热锅炉试算结果对比

根据窑尾余热锅炉的试算结果，最终余热锅炉定的参数为，窑尾余热锅炉0.9MPa，窑尾余热锅炉产生饱和蒸汽，饱和蒸汽产量26.5t/h。结合窑头冷却机烟气量和烟气温度，热平衡综合平衡计算后，给水温度135℃，给水来自窑头余热锅炉的给水加热器。计算实际排烟温190℃，完全能够满足煤磨及原料磨的用热风，窑尾余热锅炉产生的饱和蒸汽在窑头余热锅炉过热产生过热蒸汽。

窑头余热锅炉，总的风量（标况下）为425000 m3/h，平均温度360℃用于计算。窑头余热锅炉设置一个取风口，设置一台窑头余热锅炉，余热锅炉设置公用省煤器，用于加热窑头余热锅炉和窑尾余热锅炉的给水。

窑头余热锅炉采用双压锅炉+热水加热段，窑头余热锅炉热水加热段给水温度42℃。窑头余热锅炉高压蒸汽温度为330℃，压力为0.9MPa；低压蒸汽温度为155℃，压力为0.45MPa；计算高压蒸汽产生量74.83t/h，低压蒸汽产生量6.5t/h。窑头余热锅炉实际排烟温度85℃，排烟温度满足水泥生产线对余热发电的要求。窑头余热锅炉热水加热段给水温度42℃。

计算发电量12500kW，装机容量15MW。折合吨熟料实际发电量25.06kWh。

目前国内外采用六级预热器的水泥熟料线配套余热发电成熟的案例较少，借鉴五级预热器的余热发电工艺和锅炉参数，因六级预热器出口烟气温度较低，会导致水汽不能平衡，余热利用效率较低。设计上需进行严格的热平衡计算，选择最合适的余热锅炉参数才能保证水汽的平衡，才能保证较高的余热利用效率。

作者：唐占甫

来源：《洛阳建材建筑设计研究院有限公司》

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