提高水泥窯9MW純余熱電站發(fā)電量的嘗試

郭立新 中材羅定水泥有限公司

中材羅定水泥有限公司一期工程的4500t/d水泥熟料生產線于2011年10月底投產，12月就實現(xiàn)了熟料月達產。公司在2012年1月對該熟料生產線進行了熱工標定，在標定的基礎上，根據生產線實際生產時窯頭窯尾排放的廢氣參數，最終確認了生產線配置9MW純低溫余熱發(fā)電系統(tǒng)。

1 電站建設

1.1 熱工標定結果

標定期間，窯投料量在380t/h左右，折合熟料產量基本在5630t/d左右。

（1）窯頭篦冷機去電收塵廢氣管段相關參數

窯頭篦冷機去電收塵廢氣管段相關參數見表1。

表1

測試期間煤磨處于正常運行狀態(tài)，煤磨取風口位于篦冷機二段前部。從測試數據來看，篦冷機尾部所排廢氣平均溫度達到318℃，基本正常，測試期間窯況有一定的變化，篦冷機尾部所排廢氣溫度在305～325℃間略有變化，對比投產近三個月來的窯頭電收塵器入口溫度的長趨勢記錄，此次標定的溫度基本能反映生產線平時生產狀況；風量與負壓基本正常。

（2）窯尾C1預熱器出口管段相關參數

窯尾C1出口管段風量測試數據見表2。

表2

從測試數據看，窯尾C1出口平均溫度347℃，與當時生產線中控顯示溫度基本相符，對比投產近三個月來的窯尾預熱器C1出口溫度長趨勢記錄，發(fā)現(xiàn)窯尾C1出口溫度在325～345℃之間，由于此次標定期間熟料f-CaO偏高，窯投料量略減低，為380t/h，低于投產近三個月來380～390t/h的平均水平，窯操作員有意提高溫度煅燒，所以造成了C1出口溫度較平時偏高。風量與負壓基本與此時產量相符。

窯尾C1出口管段廢氣成分測試數據見表3。

表3

從測試數據來看，CO為0.01%，說明窯系統(tǒng)內燃料的燃燒比較完全，O2含量基本正常。

（3）煤磨及生料磨系統(tǒng)相關測試參數

煤磨及生料磨系統(tǒng)相關測試參數見表4。

表4

1.2 電站配置方案

該生產線余熱電站的配置，一是利用窯尾預熱器C1出口的廢氣設置一臺余熱鍋爐（簡稱SP爐），設計參數為359000Nm3/h，340±20℃；二是窯頭篦冷機二段篦床前、中部取出的廢氣設置一臺雙壓余熱鍋爐（簡稱AQC爐），設計參數為220000Nm3/h，380℃。發(fā)電系統(tǒng)設置為1臺9MW補汽凝汽式汽輪機和1臺10MW發(fā)電機，鍋爐主汽參數為1.35MPa，340～360℃；汽機主汽進汽參數為1.25MPa，340±10℃，補汽參數為0.2MPa，150℃。在電站的總體配置上，堅持不以提高發(fā)電量而增加熟料生產熱耗的原則，為不增加熟料生產的煤耗，不采用抽取三次風或窯頭罩等高溫風進行蒸汽過熱的手段。

2 電站投產后運行情況

2.1 電站投產初期效果

余熱電站2012年5月底投產后，7月份即實現(xiàn)相對于窯系統(tǒng)的100%連續(xù)運轉，8月和9月，余熱電站和回轉窯共同實現(xiàn)了連續(xù)兩個月100%運轉。

從余熱電站投產后7月份的運行數據看，篦冷機去煤磨的熱風溫度360～450℃，與1月份熱工標定時估算溫度基本相符，說明電站投運沒有影響煤磨的烘干熱風，窯尾C1出口溫度在320～340℃間，較1月份熱工標定時溫度低，也低于SP鍋爐的設計入口溫度，主要是因為窯產量增加造成C1出口溫度降低。整個7月份，窯二次風溫與電站投運前相比，變化不大，但從窯頭篦冷機二段前、中部取出的AQC爐入口廢氣溫度卻在260～400℃間大幅波動，且難以控制。因此7月份AQC爐入口廢氣溫度波動幅度大且總體偏低，故7月份余熱電站雖然實現(xiàn)了相對于窯系統(tǒng)的100%連續(xù)運轉，但月度噸熟料發(fā)電量只有30.1kWh/t，月平均發(fā)電功率7.51MW。

2.2 提高發(fā)電量的措施及效果

在2012年7月底通過對熟料生產線再次進行了熱工標定，標定期間窯投料量在390t/h左右，折合熟料產量在約5800t/d。經過標定，測算出SP鍋爐入口廢氣標況風量約為300000Nm3/h，SP鍋爐旁通處漏風約為50000Nm3/h，SP鍋爐入口溫度325～335℃間；AQC爐入口廢氣溫度260～400℃間波動，廢氣標況風量約為230000Nm3/h，AQC鍋爐旁通處漏風約為50000Nm3/h，漏風廢氣溫度120～160℃，因篦冷機尾部排出少量低溫廢氣，對余熱電站AQC爐蒸汽產量影響不大，所以通過本次標定，雙方確定今后穩(wěn)定和提高余熱電站發(fā)電量的主要途徑是：

（1）對SP鍋爐旁通閥進行密封處理，減少旁通處漏風，提高SP鍋爐蒸汽產量。

（2）通過調整生料配比、控制篦冷機料層等手段，提高篦冷機內散熱效果，穩(wěn)定和提高AQC爐入口廢氣溫度。

分析發(fā)現(xiàn)4500t/d水泥熟料生產線所配置的篦冷機（第三代篦冷機，三段活動篦床，九個風室）冷卻面積達147m2，相對于5800t/d的熟料產量，篦冷機一、二段風室風機和固定篦梁充氣風機的風量足夠大，熟料在篦冷機一段已進行了充分的散熱。要穩(wěn)定和提高AQC爐入口廢氣溫度，關鍵還是在不影響窯二次風溫的情況下，穩(wěn)定住篦冷機一段篦床的料層，把熟料熱量往二段篦床后移，首先采用減少一段篦床充氣梁冷卻風機風量和1#、2#、3#風室風機風量的辦法，取得一定成效，但出窯熟料的短時變化很容易壓住一段篦床，且各風室間有竄風現(xiàn)象，一旦壓住了一段篦床，調整周期很長，后來又嘗試把一、二段篦床的各充氣梁冷卻風機和一段篦床下的1#～3#風室風機的風門恢復到100%開度，二段篦床下的4#～6#風室風機的變頻器也恢復到50Hz，讓操作員專心通過調篦床篦速來穩(wěn)定住料層和控制入AQC爐溫度，只通過調整三段篦床下的7#～9#風室冷卻風機的變頻器頻率來控制出篦冷機的熟料溫度、維持窯頭罩壓力。經過一段時間的摸索，操作員通過調整篦床篦速，摸索出了較合適的各風室風壓參數和冷機傳動壓力控制參數，對篦冷機來說，基本參數確定為1#風室風壓控制在7200～6800Pa，2#風室風壓控制在5500～6000Pa，4#和5#風室風壓控制在4700～4500Pa，篦冷機傳動壓力控制在9.5～7.5MPa），當然，隨著生料成分、煤粉灰分成分、投料量等的變化，還要適時調整?？偟膩碚f，逐步穩(wěn)住了篦冷機料層，在不影響窯二次風溫的情況下，AQC爐入口廢氣溫度基本在300～380℃間波動，而且波動頻率大大減少。

在穩(wěn)住篦冷機料層的情況下，又從以下幾個方面入手，來提高余熱電站發(fā)電量：

（1）控制熟料結粒，提高篦冷機中熟料的散熱效果。把熟料SM維持在2.6～2.7間，通過原料調配站r-射線儀密切監(jiān)控原料SM的變化趨勢，發(fā)現(xiàn)異常時及時進行調整，密切關注進廠煤質量的變化情況，必須對進廠煤的質量進行連續(xù)化學分析，每次原煤預均化堆場內更換原煤堆區(qū)時根據煤質的變化調整原料配料，最大限度的降低煤質波動對熟料結粒狀態(tài)的影響。

（2）改造篦冷機風室密封，對風室內傳動口改用金屬密封減少篦冷機風室間竄風，這對于穩(wěn)定篦冷機料層起到了很好的作用。

（3）改造煤磨烘干熱風的取風口，生產中篦冷機去煤磨的熱風溫度360～450℃，由于煤磨進口摻冷風后實際入磨風溫不超過300℃就能保證系統(tǒng)用風要求，從篦冷機至電收塵的風管上增加一路風管至煤磨，減少了從原來篦冷機二段篦床前部取風口的取風量，減少煤磨進口原冷風閥的冷風摻量，增加窯頭AQC鍋爐的熱風溫度。

（4）窯尾SP爐旁通閥進行密封處理，利用停機時間對SP爐旁通百葉閥的葉片邊沿加裝密封板以減少漏風對SP爐蒸汽產量的影響。

在2012年8月份以后的生產中，上述調整措施逐步落實，并收到了較好的效果，余熱發(fā)電量穩(wěn)步提高。2012年7～10月熟料產量和發(fā)電量統(tǒng)計情況見表5。

表5

從表5可以看出，通過上述提高余熱電站發(fā)電量的措施，窯頭AQC鍋爐的入口熱風溫度逐步穩(wěn)定并提高，特別到了9月份后，窯頭AQC鍋爐的入口熱風溫度很少低于300℃以下，波動幅度繼續(xù)減小，頻率變少，余熱電站發(fā)電量穩(wěn)步提高，平均發(fā)電功率達到了設計指標(設計指標為8365kW)，而且二次風溫同余熱電站投產前相比沒有下降，保持在1130～1200℃，說明沒有影響窯系統(tǒng)熱耗。