水泥窯余熱發(fā)電不達標原因分析及解決措施

　　在我國，水泥窯低溫余熱發(fā)電技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用，無論是工藝技術(shù)、設(shè)備、土建施工、安裝調(diào)試、還是運行均已相當成熟。從目前已投產(chǎn)項目運行情況來看，一些余熱電站發(fā)電量超過設(shè)計值，余熱資源利用充分;但還有相當一部分水泥窯余熱發(fā)電量達不到設(shè)計值。制約水泥窯余熱發(fā)電量的因素有許多，比如工藝、窯型、燃料、原料、分解爐、預(yù)熱器、蓖冷機、風(fēng)機等。依據(jù)設(shè)計規(guī)，筆者結(jié)合運行參數(shù)、操作等方面，從運行角度對水泥窯常見的不達標原因進行分析，為余熱發(fā)電的達標提供一些調(diào)試運行經(jīng)驗。

　　1常見不達標原因

　　不達標是指水泥窯余熱發(fā)電量未達到設(shè)計值，此時需分析關(guān)鍵運行參數(shù):發(fā)電量、鍋爐進出口煙氣溫度、負壓、鍋爐出口蒸汽參數(shù)(流量、壓力、溫度)、汽輪機進汽參數(shù)等。

　　發(fā)電量的多少不僅與窯本身余熱條件、工藝、設(shè)備、燃料有關(guān)，同時也與水泥、發(fā)電兩專業(yè)的配合程度、窯操的操作水平及操作特點有很大關(guān)系。

　　1.1水泥窯實際可利用余熱煙氣量偏低

　　國內(nèi)5 000 t/d水泥窯余熱發(fā)電窯頭余熱鍋爐( Air Quenching Cooler Boiler，簡稱AQC爐)和窯尾余熱鍋爐(Suspension Preheater Boiler，簡稱SP爐)設(shè)計平均煙氣量分別為240 000 Nm'/h和340 000 Nm'/h，實際可利用余熱煙氣量未達到設(shè)計參數(shù)，具體表現(xiàn)如下。

　　1.1.1 SP爐進口煙氣量偏小

　　SP爐出口廢氣要用于原料磨烘干用風(fēng)，其溫度需要滿足生料烘干所需溫度。余熱電站實際運行中，如果鍋爐出口排煙溫度低于設(shè)計值或者鍋爐進出口壓差明顯偏小，說明進入鍋爐煙氣量可能過小。

　　SP爐進口煙氣量未達到設(shè)計值的主要原因是鍋爐旁路閥未完全關(guān)閉。在運行中，旁路閥可以隨時調(diào)節(jié)進入原料磨煙氣的溫度，鍋爐旁路閥打開，部分煙氣直接進入水泥窯原工藝系統(tǒng)，將不再經(jīng)過鍋爐換熱，實際進入鍋爐的煙氣量減少。

　　旁路閥的開度與原料磨的種類、自然條件及操作水平有關(guān):水泥窯原料磨分為管磨、立磨和輥壓機3類，其中管磨運行所需溫度最高，為230℃以上，立磨需要200一220℃，輥壓機所需溫度最低，大約160一170 ℃;不同地區(qū)由于自然條件的不同，導(dǎo)致旁路閥的開度不同，特別是雨季，原料水分含量高，原料磨需要更高的烘干溫度;窯操的操作水平不同。

　　1.1.2 AQC爐進口煙氣量偏小

　　窯頭AQC爐出口廢氣在生產(chǎn)中沒有利用，其排出的廢氣經(jīng)收塵后排放。在余熱鍋爐設(shè)計中，其排煙溫度一般為100℃左右，如果鍋爐排煙溫度較低，則說明廢氣量偏小;同時因為AQC爐受熱面不能被充分利用而導(dǎo)致SP爐給水溫度較低，影響AQC爐及SP爐產(chǎn)汽量。

　　另外，設(shè)計鍋爐進出口煙氣壓差為600800 Pa，如果余熱發(fā)電中控顯示的鍋爐進出口壓差明顯偏小，表明進入鍋爐煙氣量過小。

　　1.2 水泥窯實際余熱煙氣溫度偏低

　　5 000 t/d水泥窯余熱發(fā)電采用雙壓技術(shù)，窯頭AQC爐和窯尾SP爐設(shè)計平均煙氣進口溫度分別為380℃和320 ℃，進口溫度過低將導(dǎo)致鍋爐解列。水泥窯余熱發(fā)電鍋爐進口煙氣溫度偏低的主要表現(xiàn)如下。

　　1.2.1進入SP爐煙氣溫度較低

　　SP爐入口煙溫主要由水泥窯預(yù)熱器C1級出口溫度決定，根據(jù)水泥工廠設(shè)計規(guī)范，采用五級預(yù)熱器時不應(yīng)高于320℃，余熱發(fā)電設(shè)計SP爐入口煙溫為320℃，實際運行時，有些水泥窯在310℃以下，造成余熱利用溫度偏低。

　　1.2.2進入AQC爐溫度較低

　　水泥窯窯頭蓖冷機余風(fēng)溫度為250一300℃，如圖1所示，余熱發(fā)電設(shè)計時，從蓖冷機中前部引出管道，抽出380℃左右的廢氣濾去大顆粒粉塵后引至AQC爐，進入AQC爐煙氣溫度較低可能原因如下。

　　a.取風(fēng)點位置靠后。余熱發(fā)電可利用熱量主要集中在蓖冷機I段、I(段，為了不影響二、三次風(fēng)的溫度及風(fēng)量，保證水泥窯正常生產(chǎn)，余熱發(fā)電取風(fēng)口設(shè)在蓖冷機二段前部，如果取風(fēng)口設(shè)置過后，可能導(dǎo)致鍋爐入口煙氣溫度偏低。

　　b.蓖冷機料層厚度不夠。原水泥窯一般要求“薄料快燒”，如果蓖冷機料層厚度不夠，冷卻風(fēng)穿透料層來不及充分蓄熱升溫，將導(dǎo)致窯頭廢氣溫度較低。

　　1.3余熱電站設(shè)計和安裝存在缺陷

　　1. 3. 1管道設(shè)計缺陷

　　a.煙氣管道。煙氣管道設(shè)計不合理，例如角度不夠?qū)?dǎo)致管道內(nèi)部產(chǎn)生積灰，影響通風(fēng)量，造成鍋爐蒸發(fā)量不足。

　　b.蒸汽管道。蒸汽管道設(shè)計不合理將影響疏水、并汽、解列、單線考核等。另外管道內(nèi)徑太大，蒸汽流速底，將引起蒸汽溫降較大。

　　1.3.2保溫設(shè)計及安裝缺陷

　　熱量散失是影響余熱電站項目達標的主要因素之一，因此保溫效果也決定著余熱電站系統(tǒng)發(fā)電量是否達標。發(fā)電量高低主要是由風(fēng)量和廢氣溫度決定的，在保證風(fēng)量足夠大、溫度足夠高的情況下，如何保證系統(tǒng)余熱熱量能夠盡可能多地用來發(fā)電，取決于保溫措施的好壞。

　　a.煙氣管道。

　　余熱發(fā)電發(fā)展時間較短，早期水泥窯保溫僅考慮了防燙傷及結(jié)露要求，標準過低。配套余熱發(fā)電后，原有設(shè)備及煙道熱量損失較大，另外新增煙氣管道及設(shè)備保溫不當，例如閥門未進行保溫等，都影響余熱利用。

　　煙氣管道及設(shè)備的主要保溫部分為:窯尾預(yù)熱器C1級出口至SP爐入口管道;高溫風(fēng)機出口到原料磨進口;蓖冷機抽氣口至AQC爐人口管道;煙氣管道閥門;煙氣管道支座。

　　b.蒸汽管道。

　　蒸汽管道、閥門保溫不佳，將導(dǎo)致鍋爐蒸汽出口到汽機進口溫降過大。

　　1.4水泥窯工藝及設(shè)備制約

　　水泥生產(chǎn)線的超產(chǎn)能力、風(fēng)機性能裕量以及蓖冷機結(jié)構(gòu)都會影響余熱發(fā)電量。

　　余熱發(fā)電系統(tǒng)穩(wěn)定的前提是水泥工藝系統(tǒng)的穩(wěn)定，水泥窯的較大波動將迫使余熱鍋爐的解列，余熱電站無法正常發(fā)電，更談不上達標。此外，早期投建的一些水泥生產(chǎn)線選用的設(shè)備比較陳舊，且未考慮配套余熱發(fā)電項目的預(yù)留空地。

　　蓖冷機的窯頭罩、蓖冷機風(fēng)室、蓖板液壓缸推力、蓖速、鼓風(fēng)機及蓖床跑偏影響料層厚度控制等因素均會直接影響窯頭AQC爐煙氣量和煙氣溫度。窯頭風(fēng)機能力不足將導(dǎo)致進人AQC爐煙氣量不足。

　　2解決措施

　　2.1做好前期設(shè)計、安裝工作

　　余熱電站依附于水泥窯，熟悉水泥窯運行特點對于水泥窯與余熱發(fā)電系統(tǒng)有機銜接極為重要，是整個余熱電站工藝設(shè)計及車間布置的主要依據(jù)。

　　熱工標定是余熱電站參數(shù)設(shè)計的依據(jù)，余熱發(fā)電項目遵循“以熱定電”原則，水泥窯可利用余熱量決定余熱電站裝機規(guī)模、設(shè)備選取及工藝設(shè)計。

　　國內(nèi)外即使是相同生產(chǎn)規(guī)模的水泥窯，由于設(shè)計、地域、業(yè)主的不同，在工藝流程、設(shè)備結(jié)構(gòu)形式、收塵方式、煙氣冷卻方式以及運行水平等方面存在差異。余熱發(fā)電需要針對各條水泥窯的特點，選擇最佳工藝系統(tǒng)、參數(shù)和設(shè)備型號，避免設(shè)計和安裝缺陷。

　　好的保溫防凍措施對于高寒地區(qū)尤為重要。設(shè)計中需要針對工程自然條件做好保溫設(shè)計，對汽包、給水操作平臺、取樣及加藥裝置等增加保溫小室，對儀表及導(dǎo)管采用保溫箱、電伴熱或蒸汽伴熱，同時考慮設(shè)備、汽水管道、煙氣管道等部位的保溫設(shè)計。后期查找管道閥門等容易疏漏的位置，重新進行保溫或者更換保溫材料。同時對重要點控進行監(jiān)測控制。

　　2.2借鑒改造經(jīng)驗

　　2.2.1蓖冷機鼓風(fēng)改造

　　更換蓖冷機 I 段蓖下鼓風(fēng)機:I段蓖下鼓風(fēng)壓力由10 kPa提高到15 kPa; I段蓖下鼓風(fēng)風(fēng)量增大50%;更換蓖下鼓風(fēng)機為調(diào)頻風(fēng)機，在保證熟料冷卻前提下，調(diào)整鼓風(fēng)量; I 段、n段風(fēng)室全部改造為充氣梁形式。改造液壓缸推力，滿足厚料層運行需要。

　　2.2.2煤磨取風(fēng)改造

　　水泥窯煤磨在窯頭時，將蓖冷機中前部抽取的高溫風(fēng)和窯頭AQC爐旁路閥前的余風(fēng)混合作為煤磨用風(fēng)，可減少煤磨起停對余熱發(fā)電的影響，提高系統(tǒng)余熱利用效率，減少系統(tǒng)電耗。

　　2.2.3循環(huán)風(fēng)改造

　　在東北地區(qū)，冬季進人窯頭鼓風(fēng)機的空氣溫度達到一20一30℃，如果將鍋爐排放的煙氣混合適量冷風(fēng)，使其溫度降到20℃后進行循環(huán)利用，仍能保證熟料的正常冷卻，將使進人蓖冷機的冷卻風(fēng)溫度增加50℃左右，從而提高鍋爐進口煙氣溫度。

　　2.2.4頭排風(fēng)機改造

　　增加余熱發(fā)電系統(tǒng)后，窯頭頭排風(fēng)機進口阻力相應(yīng)增加1 200 Pa左右，造成風(fēng)機能力不足，因此，對頭排風(fēng)機的改造有利于增加AQC爐進口煙氣量。

　　2.3提高窯操水平

　　操作人員影響余熱發(fā)電項目不達標的主要原因在于經(jīng)驗不足或與余熱電站運行人員缺乏交流合作。水泥生產(chǎn)線增加余熱發(fā)電以后，窯操難度有所增加，例如:為了提高AQC爐煙氣溫度而減少蓖冷機的鼓風(fēng)量，將很難保證熟料的冷卻溫度;為了提高AQC爐的煙氣量而拉大窯頭風(fēng)機，結(jié)果導(dǎo)致煙氣溫度降低，且不能保證蓖冷機的負壓;蓖床下風(fēng)機壓力、液壓缸推力無法滿足;蓖速難調(diào)整，料層厚易壓死蓖床。

　　因此，應(yīng)采取相關(guān)措施，激勵窯操人員提高認識，盡快積累經(jīng)驗，在不影響水泥質(zhì)量、產(chǎn)量的同時，摸索最佳運行方式，盡可能把余熱多送到鍋爐，多發(fā)電。操作要求如下:水泥窯喂料量要保持穩(wěn)定，產(chǎn)量忽大忽小將導(dǎo)致AQC爐無法運行，一般而言，熟料產(chǎn)量越高，發(fā)電量也越高;探測進原料磨的最低風(fēng)溫，窯尾SP爐的旁路閥盡量全部關(guān)閉，使窯尾煙氣余熱能得到充分利用;求得蓖冷機最佳料層厚度及鼓風(fēng)量，按照配套余熱發(fā)電后的窯頭操作要求進行窯頭操作;控制進煤磨的最低溫度和風(fēng)量，確保多發(fā)電;為保證系統(tǒng)設(shè)備的安全運行，操作上盡量避免大幅調(diào)整，保證廢氣溫度穩(wěn)定;加強窯操和余熱發(fā)電運行人員的溝通配合，盡可能把余熱調(diào)到余熱發(fā)電，在水泥和發(fā)電兩個系統(tǒng)都穩(wěn)定的前提下，逐步提高發(fā)電量。

　　3 結(jié)語

　　余熱發(fā)電是最大限度利用水泥窯的余熱，在不影響熟料熱耗及水泥窯正常生產(chǎn)的前提下，遵循以熱定電。

　　a.余熱發(fā)電系統(tǒng)依附于主線，余熱發(fā)電任何情況下決不能影響主線生產(chǎn)。

　　b.不能以增加熱耗來提高發(fā)電量。

　　C.應(yīng)遵循以熱定電的原則。

　　d.相同熟料熱耗的前提下，發(fā)電量多少取決于窯操，建議在不影響主線生產(chǎn)前提下，窯操盡可能把余熱調(diào)送到余熱電站系統(tǒng)用來發(fā)電。

　　e.提高余熱電站相對窯的運轉(zhuǎn)率，使水泥線排放的余熱同步轉(zhuǎn)化為電能。

　　總之，余熱發(fā)電工程要建設(shè)好，更要操作運行好，要按期順利達標達產(chǎn)，需多方共同努力。要立足現(xiàn)實，借鑒經(jīng)驗，對關(guān)鍵參數(shù)進行調(diào)試，使發(fā)電量盡快達標。