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(dāng)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(dāng)一部分水泥窯余熱發(fā)電量達(dá)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(jī)、風(fēng)機(jī)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(dá)標(biāo)原因進(jìn)行分析，為余熱發(fā)電的達(dá)標(biāo)提供一些調(diào)試運行經(jīng)驗。
1 常見不達(dá)標(biāo)原因
不達(dá)標(biāo)是指水泥窯余熱發(fā)電量未達(dá)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(jìn)出口煙氣溫度、負(fù)壓、鍋爐出口蒸汽參數(shù)(流量、壓力、溫度)、汽輪機(jī)進(jìn)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(dá)到設(shè)計參數(shù)，具體表現(xiàn)如下。
1. 1. 1 SP爐進(jìn)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(jìn)出口壓差明顯偏小，說明進(jìn)人鍋爐煙氣量可能過小。
SP爐進(jìn)口煙氣量未達(dá)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(jìn)人原料磨煙氣的溫度，鍋爐旁路閥打開，部分煙氣直接進(jìn)入水泥窯原工藝系統(tǒng)，將不再經(jīng)過鍋爐換熱，實際進(jìn)人鍋爐的煙氣量減少。
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(jī)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(jī)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(jìn)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(jìn)出口煙氣壓差為600800 Pa，如果余熱發(fā)電中控顯示的鍋爐進(jìn)出口壓差明顯偏小，表明進(jìn)人鍋爐煙氣量過小。
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(jìn)口溫度分別為380℃和320 `}C，進(jìn)口溫度過低將導(dǎo)致鍋爐解列。水泥窯余熱發(fā)電鍋爐進(jìn)口煙氣溫度偏低的主要表現(xiàn)如下。
1.2.1進(jìn)人SP爐煙氣溫度較低
SP爐人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 9C，余熱發(fā)電設(shè)計SP爐人口煙溫為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(jìn)人AQC爐溫度較低
水泥窯窯頭蓖冷機(jī)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(jī)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(jìn)人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(jī)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(jī)二段前部，如果取風(fēng)口設(shè)置過后，可能導(dǎo)致鍋爐人口煙氣溫度偏低。
b.蓖冷機(jī)料層厚度不夠。原水泥窯一般要求“薄料快燒”，如果蓖冷機(jī)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(dá)標(biāo)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(dá)標(biāo)。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(biāo)準(zhǔn)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(dāng)，例如閥門未進(jìn)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(jī)出口到原料磨進(jìn)口;蓖冷機(jī)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(jī)進(jìn)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(jī)性能裕量以及蓖冷機(jī)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(dá)標(biāo)。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(jī)的窯頭罩、蓖冷機(jī)風(fēng)室、蓖板液壓缸推力、蓖速、鼓風(fēng)機(jī)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(jī)能力不足將導(dǎo)致進(jìn)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(jī)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(biāo)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(jī)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(jìn)行保溫或者更換保溫材料。同時對重要點控進(jìn)行監(jiān)測控制。
2.2借鑒改造經(jīng)驗
2.2.1蓖冷機(jī)鼓風(fēng)改造
更換蓖冷機(jī)I段蓖下鼓風(fēng)機(jī):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(jī)為調(diào)頻風(fēng)機(jī)，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(jī)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(jìn)人窯頭鼓風(fēng)機(jī)的空氣溫度達(dá)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(jìn)行循環(huán)利用，仍能保證熟料的正常冷卻，將使進(jìn)人蓖冷機(jī)的冷卻風(fēng)溫度增加50℃左右，從而提高鍋爐進(jìn)口煙氣溫度。
2.2.4頭排風(fēng)機(jī)改造
增加余熱發(fā)電系統(tǒng)后，窯頭頭排風(fēng)機(jī)進(jìn)口阻力相應(yīng)增加1 200 Pa左右，造成風(fēng)機(jī)能力不足，因此，對頭排風(fēng)機(jī)的改造有利于增加AQC爐進(jìn)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(dá)標(biāo)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(jī)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(jī)，結(jié)果導(dǎo)致煙氣溫度降低，且不能保證蓖冷機(jī)的負(fù)壓;蓖床下風(fēng)機(jī)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(rèn)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(jìn)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(jī)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(jìn)行窯頭操作;控制進(jìn)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(dá)標(biāo)達(dá)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(jìn)行調(diào)試，使發(fā)電量盡快達(dá)標(biāo)。
