水泥廠余熱發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行管理的幾點(diǎn)體會(huì)

楊金波

安康市堯柏水泥有限公司，陜西 旬陽 725772

水泥廠余熱發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行管理的幾點(diǎn)體會(huì)

楊金波

安康市堯柏水泥有限公司，陜西 旬陽 725772

對余熱發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)行管理，不再著重于熱回收量的大小，更關(guān)注熱的功效率，即利用熱力學(xué)第二定律指導(dǎo)余熱發(fā)電，協(xié)調(diào)窯系統(tǒng)的操作，達(dá)到在不進(jìn)行技術(shù)改造的前提下提高余熱發(fā)電量；加強(qiáng)峰電期間的發(fā)電運(yùn)行，提高發(fā)電量，將大大降低用電成本，基本可以在用電高峰期實(shí)現(xiàn)自給自足的目標(biāo)；我公司余熱發(fā)電量超出窯系統(tǒng)用電總量1 000 kWh，完全可以用余熱發(fā)電系統(tǒng)帶動(dòng)窯系統(tǒng)的運(yùn)行用電。

余熱發(fā)電 提高發(fā)電量 運(yùn)行管理

0 引言

目前我國預(yù)分解窯水泥的生產(chǎn)管理水平還比較粗放，導(dǎo)致生產(chǎn)成本居高不下，技術(shù)指標(biāo)與先進(jìn)值仍有一定的差距，這是水泥行業(yè)貫性管理的結(jié)果。水泥行業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整較快，產(chǎn)能增速高位運(yùn)行，由于生產(chǎn)工藝、裝備水平等方面的進(jìn)步，電耗、煤耗等均比原來立窯、初期的新型干法生產(chǎn)線下降很多。思想上認(rèn)為目前這指標(biāo)處于較理想狀態(tài)，或者是認(rèn)為這設(shè)備工藝設(shè)計(jì)有問題，無法取得更好的經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)。這些都是影響和制約水泥企業(yè)技術(shù)骨干和管理層對日常工作的探索、創(chuàng)新和精細(xì)化管理的因素。

我公司積極開展“技術(shù)創(chuàng)新、深耕細(xì)作、降本增效”的工作，在沒有技術(shù)改造的前提下，各方面均取得實(shí)效。本文就余熱發(fā)電系統(tǒng)從操作指導(dǎo)思想、生產(chǎn)協(xié)同運(yùn)行和孤網(wǎng)運(yùn)行技術(shù)提升三個(gè)方面進(jìn)行交流，旨在拋磚引玉。

1 利用熱力學(xué)第二定律提高余熱發(fā)電量

目前余熱發(fā)電工藝很多，有單壓系統(tǒng)、雙壓系統(tǒng)和閃蒸系統(tǒng)等，設(shè)計(jì)單位和水泥廠均一直奉行的純低溫余熱發(fā)電介入預(yù)分解窯水泥生產(chǎn)線基本原則是“四不原則”[1]。這個(gè)基本原則大體內(nèi)容是：（1）不影響熟料生產(chǎn)；（2）不增加熟料生產(chǎn)的熱耗和電耗；（3）不改變熟料生產(chǎn)中原燃料烘干熱源；（4）不改變熟料生產(chǎn)工藝流程及設(shè)備。這個(gè)“四不原則”在我國發(fā)展純低溫余熱發(fā)電的初級(jí)階段有很大的現(xiàn)實(shí)意義，但設(shè)計(jì)上過于保守，很多前期設(shè)計(jì)的發(fā)電系統(tǒng)噸熟料發(fā)電量指標(biāo)均低于30 kWh/t，影響到余熱發(fā)電系統(tǒng)的達(dá)標(biāo)。隨著技術(shù)進(jìn)步和技改，發(fā)電量取得了很大突破，很多技術(shù)改造成功的文獻(xiàn)即可證明，很多企業(yè)在一定程度上陸續(xù)突破“四不原則”。

我公司2008年年底4 000 t/d熟料生產(chǎn)線點(diǎn)火投入運(yùn)營，2009年年中7.5 MW純低溫余熱發(fā)電并網(wǎng)發(fā)電，設(shè)計(jì)的發(fā)電系統(tǒng)是單壓系統(tǒng)，窯頭取風(fēng)口位于篦冷機(jī)二段與三段交接處，是典型的基于“四不原則”進(jìn)行設(shè)計(jì)和建造的純低溫余熱發(fā)電系統(tǒng)。并網(wǎng)運(yùn)行后，噸熟料發(fā)電量長期低于30 kWh/t，離設(shè)計(jì)的34 kWh/t指標(biāo)相差5 kWh/t左右。

最初，余熱發(fā)電運(yùn)行指導(dǎo)思想是能量守恒，即熱力學(xué)第一定律：就是不同形式的能量在傳遞與轉(zhuǎn)換過程中守恒的定律，表達(dá)式為Q=△U+W。表述形式：熱量可以從一個(gè)物體傳遞到另一個(gè)物體，也可以與機(jī)械能或其他能量互相轉(zhuǎn)換，但是在轉(zhuǎn)換過程中，能量的總值保持不變。這一定律指導(dǎo)下，于是要提高余熱發(fā)電量，窯操作員就會(huì)想到盡可能多地回收熟料熱量，加大篦冷機(jī)用風(fēng)，為保證負(fù)壓，隨即加大窯頭排風(fēng)機(jī)頻率；工藝技術(shù)員就會(huì)想到提高熟料飽合比和硅率，降低熟料結(jié)粒，增加表面積，為冷卻創(chuàng)造條件。目的是提高熱的回收率，增加熱能總量。實(shí)踐證明，上述操作在增加熟料電耗的同時(shí)，并不能大幅度地提高噸熟料發(fā)電量。

熱力學(xué)第二定律：不可能把熱從低溫物體傳到高溫物體而不產(chǎn)生其他影響，或不可能從單一熱源取熱使之完全轉(zhuǎn)換為有用的功而不產(chǎn)生其他影響，或不可逆熱力過程中熵的微增量總是大于零。開爾文表述：不可能制成一種循環(huán)動(dòng)作的熱機(jī)，從單一熱源取熱，使之完全變?yōu)楣Χ灰鹌渌兓?。熱力學(xué)第二定律更符合余熱發(fā)電系統(tǒng)的指導(dǎo)，因?yàn)楦⒅責(zé)岬墓π??；跓崃W(xué)第二定律，注意到能量的品位差別與梯級(jí)利用，開始提出總能系統(tǒng)?？偰芟到y(tǒng)主要含義為：按照能量品位的高低進(jìn)行梯級(jí)利用，處理好功、熱（冷）與工質(zhì)內(nèi)能等多種能量之間的配合關(guān)系與轉(zhuǎn)換利用，不僅要著眼于提高單一設(shè)備或工藝的能源利用率，而且要全面兼顧動(dòng)力、動(dòng)態(tài)、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保等多因素、多目標(biāo)，以獲得全局的最佳總效率。

應(yīng)用到實(shí)踐，我公司立即調(diào)整操作指導(dǎo)思想。不再著重于熱回收量的大小，更關(guān)注熱的功效率，即從過去的加大熟料的冷卻用風(fēng)調(diào)整為減少冷卻風(fēng)量，降低篦冷機(jī)三段風(fēng)機(jī)和窯頭排風(fēng)機(jī)頻率，提高廢氣的溫度100 ℃，保證在420 ℃運(yùn)行。使其余電過熱蒸汽品質(zhì)大幅提高，噸熟料發(fā)電量達(dá)到36 kWh/t，月平均噸熟料發(fā)電量增加7 kWh/t以上，提高能效24%以上。具體參數(shù)調(diào)整見表1。在取得較好的經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，最大化地減少了窯頭AQC鍋爐的磨損和熟料系統(tǒng)用電量，達(dá)到窯與余熱發(fā)電兩個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的目的。

表1 參數(shù)調(diào)整情況

為了保證熟料性能，每天進(jìn)行2個(gè)批次熟料物理性能檢驗(yàn)。項(xiàng)目涉及凝結(jié)時(shí)間、需水量、凈漿流動(dòng)度、強(qiáng)度等指標(biāo)，均顯示正常。經(jīng)分析，熟料急冷關(guān)鍵是在1 350 ℃和600 ℃兩個(gè)溫度區(qū)間，我公司的調(diào)整加快了二段速度，使二段更薄，達(dá)到600 ℃急冷目的。三段速度調(diào)整引起的出窯熟料溫度高對易磨性有一定影響，略微提高熟料KH，改善易磨性和粒度控制。三段風(fēng)量減少后，篦板磨損會(huì)有增加。隨著三段風(fēng)量減少，降低窯頭排風(fēng)機(jī)的頻率，風(fēng)速下降，緩解了AQC過熱器的磨損。

用熱力學(xué)第二定律指導(dǎo)調(diào)整提高了能效利用率，藉此對“四不原則”進(jìn)行分析評價(jià)。

“四不原則”是在初期余熱發(fā)電作為新工藝新技術(shù)時(shí)期，同時(shí)水泥市場量價(jià)齊升階段，為了保證系統(tǒng)的可靠性，減少對窯系統(tǒng)的干擾，以水泥為主業(yè)、余電為輔業(yè)的思路，不太注重余電能效發(fā)揮。

“四不原則”是當(dāng)時(shí)的一種推理，并不能證明余熱取風(fēng)口靠前、低溫段冷卻風(fēng)量下降及其他變化會(huì)對窯系統(tǒng)產(chǎn)生什么干擾。隨著市場需求下降，成本壓力的上升，純低溫余熱發(fā)電技術(shù)的成熟，有些設(shè)計(jì)院和水泥廠開展了富有成效的技改。第二定律是在“四不原則”基礎(chǔ)上進(jìn)行的一種新的嘗試和改造，最終要看綜合效益產(chǎn)出。

2 余熱發(fā)電促進(jìn)避峰生產(chǎn)，提高余熱發(fā)電的經(jīng)濟(jì)效益

水泥廠是耗電大戶，基本都使用的是國電電網(wǎng)供電。國電電網(wǎng)工業(yè)用電分為峰、平、谷三個(gè)區(qū)間，單價(jià)區(qū)別較大，峰值電價(jià)是0.857 7元/度，平值電價(jià)是0.540 1元/度，谷值電價(jià)是0.225 5元/度。在市場不景氣，產(chǎn)能未能充分發(fā)揮的條件下，水泥廠均選擇避峰生產(chǎn)，即水泥磨在谷值期間開機(jī)生產(chǎn)，降低生產(chǎn)成本。

盡可能多用谷值期間的電，避免使用峰值的高價(jià)電，降低水泥生產(chǎn)綜合電價(jià)，是成本降低的有力措施。但絕大多數(shù)生產(chǎn)管理人員往往忽視了余熱發(fā)電系統(tǒng)對避峰生產(chǎn)的作用。

眾所周知，余熱發(fā)電的成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于國家電網(wǎng)的價(jià)格，基本在0.10～0.15元/度。同樣是1度電，在峰、平、谷三個(gè)區(qū)間產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益是不同的，若按余熱發(fā)電最高成本0.15元/度計(jì)算，峰、平、谷三個(gè)區(qū)間產(chǎn)生的效益分別是0.707 7元/度、0.390 1元/度和0.075 5元/度。水泥廠連續(xù)運(yùn)行的設(shè)備主要是回轉(zhuǎn)窯系統(tǒng)，合理調(diào)整運(yùn)行，原料磨也可以避峰電。因此若加強(qiáng)峰電期間的發(fā)電運(yùn)行，提高發(fā)電量，將大大降低用電成本，為企業(yè)創(chuàng)造效益?；谏鲜銮闆r，我公司主要采取措施如下：（1）加大峰電、平電期間的余熱發(fā)電量統(tǒng)計(jì)，加重此區(qū)間的考核力度，重獎(jiǎng)重罰，機(jī)制上予以保證；（2）降低熟料冷卻用風(fēng)，進(jìn)一步提高AQC鍋爐進(jìn)口溫度，增加發(fā)電量；（3）減少峰電期間設(shè)備運(yùn)行負(fù)荷，根據(jù)負(fù)荷選擇性地停止磨機(jī)、破碎機(jī)和輔機(jī)等設(shè)備。經(jīng)運(yùn)行觀察，基本可以在用電高峰期實(shí)現(xiàn)自給自足的目標(biāo)。

3 孤網(wǎng)運(yùn)行，提高窯系統(tǒng)的連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)

國家電網(wǎng)每年均會(huì)組織1～2次線路檢查，需要停電作業(yè)。若與水泥廠生產(chǎn)安排不一致，將會(huì)引起停電停機(jī)，會(huì)給企業(yè)增加點(diǎn)火柴油、煤和電等方面的消耗。分析我公司日常負(fù)荷控制情況，余熱發(fā)電量超出窯系統(tǒng)用電總量的1 000 kWh，完全可以用余熱發(fā)電系統(tǒng)帶動(dòng)窯系統(tǒng)的運(yùn)行用電。主要需解決的問題是發(fā)電負(fù)荷波動(dòng)對窯系統(tǒng)電機(jī)工作頻率產(chǎn)生的跳停事件。我公司于2011年10月組織了1次孤網(wǎng)運(yùn)行，用余熱發(fā)電系統(tǒng)帶窯系統(tǒng)生產(chǎn)運(yùn)行，僅維持了2 h，以失敗告終，風(fēng)險(xiǎn)較大，后來幾年均未組織孤網(wǎng)運(yùn)行。

2015年5月為配合窯連續(xù)運(yùn)行的目標(biāo)，再次組織孤網(wǎng)運(yùn)行，邀請孤網(wǎng)運(yùn)行方面的專家進(jìn)行指導(dǎo)，實(shí)現(xiàn)了“斷網(wǎng)停電——孤網(wǎng)運(yùn)行——合閘供電”三階段的操作，達(dá)到了大網(wǎng)停電，仍完成窯和余電系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。措施是：斷網(wǎng)停電前，做好負(fù)荷控制，防止過高過低波動(dòng)引起的電壓波動(dòng)。具體為：（1）通過適當(dāng)降低窯喂料量，使窯況處于較輕的狀態(tài)，增強(qiáng)窯系統(tǒng)熱工抗干擾能力；（2）嚴(yán)禁調(diào)整篦冷機(jī)篦速和冷卻風(fēng)機(jī)頻率；（3）斷開電力室所有的補(bǔ)償柜；（4）密切監(jiān)控好發(fā)電負(fù)荷與用電負(fù)荷平衡，過高過低通過水泥磨和窯尾排風(fēng)機(jī)的高壓電機(jī)變頻調(diào)節(jié)，平衡電網(wǎng)負(fù)荷，保證電網(wǎng)頻率50 Hz。

4 結(jié)束語

對余熱發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)行管理，不再著重于熱回收量的大小，更關(guān)注熱的功效率，即從過去的加大熟料的冷卻用風(fēng)調(diào)整為減少冷卻風(fēng)量，降低篦冷機(jī)三段風(fēng)機(jī)和窯頭排風(fēng)機(jī)頻率，提高廢氣溫度100 ℃，保證在420 ℃運(yùn)行。使其余電過熱蒸汽品質(zhì)大幅提高，噸熟料發(fā)電量達(dá)到36 kWh/t，月平均噸熟料發(fā)電量增加7 kWh/t以上，提高能效24%以上。

加大峰電、平電期間的余熱發(fā)電量統(tǒng)計(jì)，加重此區(qū)間的考核力度，重獎(jiǎng)重罰，機(jī)制上予以保證；降低熟料冷卻用風(fēng)，進(jìn)一步提高AQC鍋爐進(jìn)口溫度，增加發(fā)電量；減少峰電期間設(shè)備運(yùn)行負(fù)荷，根據(jù)負(fù)荷選擇性地停止磨機(jī)、破碎機(jī)和輔機(jī)等設(shè)備，基本可以在用電高峰期實(shí)現(xiàn)自給自足的目標(biāo)。

我公司余熱發(fā)電量超出窯系統(tǒng)用電總量的1 000 kWh，完全可以用余熱發(fā)電系統(tǒng)帶動(dòng)窯系統(tǒng)的運(yùn)行用電。

[1]劉成，楊國春，鄒偉斌，等.中控操作員必讀[C].成都：中國水泥工業(yè)中控操作技能大比武賽事委員會(huì)，2011.

TQ172.625.9

B

1008-0473(2016)04-0079-03 DOI編碼：10.16008/j.cnki.1008-0473.2016.04.016

2016-02-03）