三次風(fēng)鍋爐在水泥窯余熱電站的應(yīng)用

汪佳杰

1 前言

近年來，我國水泥工業(yè)得到了快速發(fā)展，水泥窯生產(chǎn)過程中排放的大量廢氣余熱不僅污染環(huán)境，而且還影響水泥企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的提高。隨著新型節(jié)能技術(shù)的推廣應(yīng)用，充分利用有限的資源和發(fā)展水泥窯余熱發(fā)電項(xiàng)目已經(jīng)成為水泥行業(yè)發(fā)展的一種趨勢，也完全符合國家產(chǎn)業(yè)政策。通常情況下，水泥企業(yè)僅設(shè)置窯頭、窯尾余熱鍋爐的純低溫電站，但由于窯頭冷卻機(jī)取風(fēng)參數(shù)的波動性較大，直接影響了窯頭余熱鍋爐主蒸汽的穩(wěn)定性，所以決定本方案采用帶三次風(fēng)鍋爐系統(tǒng)的余熱電站。該余熱電站提高了蒸汽的初參數(shù)，保證了主蒸汽參數(shù)的穩(wěn)定性，一定程度上提高了發(fā)電量。

2 熱力系統(tǒng)流程

根據(jù)某公司7 500t/d水泥窯的實(shí)際運(yùn)行情況，確定其窯頭、窯尾及三次風(fēng)余熱鍋爐煙氣參數(shù)，從而制定鍋爐的換熱形式。窯頭（AQC）余熱鍋爐設(shè)置兩段，不設(shè)過熱段，以最大限度地提高飽和蒸汽量。窯頭（AQC）余熱鍋爐I段為飽和蒸汽段，產(chǎn)生23.3t/h、1.9MPa、210℃的飽和蒸汽；Ⅱ段為熱水段，其產(chǎn)生的130℃的熱水分為兩部分，一部分提供給窯頭（AQC）余熱鍋爐I段，另一部分提供給窯尾（SP）余熱鍋爐，SP余熱鍋爐產(chǎn)生34.6t/h、1.9MPa（a）、210℃的飽和蒸汽，送至三次風(fēng)余熱鍋爐中過熱。三次風(fēng)鍋爐將AQC余熱鍋爐與SP余熱鍋爐產(chǎn)生的飽和蒸汽過熱后，送至汽輪發(fā)電機(jī)組做功產(chǎn)生電能。做功后的乏汽通過冷凝器冷凝成水，凝結(jié)水經(jīng)凝結(jié)水泵送入真空除氧器除氧，再經(jīng)給水泵為窯頭（AQC）余熱鍋爐省煤器段提供給水，從而形成完整的熱力循環(huán)系統(tǒng)。熱力系統(tǒng)見圖1。

圖1 熱力系統(tǒng)示意圖

3 三次風(fēng)余熱鍋爐結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

三次風(fēng)過熱器采用臥式結(jié)構(gòu)，整體采用混流布置，內(nèi)部布置三組光管過熱器，外部為包墻汽冷膜式過熱器。

第一組為低溫過熱器，采用拉稀管，錯列、順流結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)可以避免對受熱面管子的磨損，最重要的是可以避免過熱器的高溫腐蝕和堵灰。此級爐側(cè)兩邊各開一個檢查孔，以供觀察及清灰。

第二組為高溫過熱器，錯列、順流。第三組為低溫過熱器，錯列、逆流。高低溫過熱器間設(shè)有噴水減溫器，用來調(diào)節(jié)蒸汽溫度，保證發(fā)電安全。

汽冷膜式過熱器內(nèi)側(cè)敷設(shè)耐磨澆注料或耐磨磚，外側(cè)采用輕質(zhì)保溫層，這樣可以避免漏風(fēng)、降低表面熱損失、減少爐墻投資。汽冷膜式過熱器前部為“L”型轉(zhuǎn)角輻射煙道，可以預(yù)分離掉一些大顆粒的灰塵，可有效降低進(jìn)對流受熱面的溫度，提前析出煙氣中的粘結(jié)性成分，減輕對流受熱面的堵灰情況，同時避免管子受高溫腐蝕。沿?zé)煔夥较虿贾糜腥齻€落灰斗，可有效保證鍋爐中沉降的積灰及時排出。

4 三次風(fēng)余熱鍋爐設(shè)計特點(diǎn)

在設(shè)計工況下，905℃的部分煙氣由水泥窯三次風(fēng)管道取出，送入三次風(fēng)余熱鍋爐（ASH），換熱后煙氣溫度降至595℃，回風(fēng)至原三次風(fēng)管道。在鍋爐取、回風(fēng)之間的三次風(fēng)管道上設(shè)置用于調(diào)節(jié)三次風(fēng)鍋爐進(jìn)風(fēng)量及解列鍋爐的閘板閥。經(jīng)計算三次風(fēng)余熱鍋爐可以產(chǎn)生1.7MPa（a）、420℃的過熱蒸汽。詳細(xì)參數(shù)見表1。

表1 詳細(xì)參數(shù)

三次風(fēng)鍋爐（ASH）的入口煙氣溫度較高，物料容易在過熱器上粘結(jié)，容易發(fā)生積灰和結(jié)焦問題，這不僅影響傳熱效率，造成蒸汽溫度下降和排煙溫度升高，引起過熱器超溫和高溫腐蝕，而且嚴(yán)重時造成過熱器爆管，因此設(shè)計時在低溫過熱器處采用拉稀管，適當(dāng)加大高溫過熱器集箱管束排布間隙。三次風(fēng)鍋爐本體采用激波脈沖清灰裝置，沿?zé)煔夥较虿贾糜腥齻€落灰斗。應(yīng)根據(jù)實(shí)際的煙氣含塵量和現(xiàn)場實(shí)際運(yùn)行情況，適當(dāng)增加激波脈沖清灰的頻率，定期對受熱面進(jìn)行清灰，保持受熱面?zhèn)鳠崃己谩?/p>

由于三次風(fēng)鍋爐進(jìn)出口煙氣溫度較高，導(dǎo)致鍋爐的落灰溫度也相對較高，這就對鍋爐下料裝置提出了更高的要求。下料設(shè)備最高使用溫度應(yīng)達(dá)到600℃，并在下灰管道與拉鏈機(jī)之間設(shè)置一個空氣斜槽，通過向斜槽中通入空氣對三次風(fēng)鍋爐下灰進(jìn)行初步冷卻，避免溫度過高導(dǎo)致拉鏈輸送機(jī)受熱變形。由于振打落灰中會有較大的片狀結(jié)焦物，且體積較大，為避免堵塞下料器，需選用翻板閥，避免采用回轉(zhuǎn)型星型下料器?？紤]到落灰溫度較高會產(chǎn)生較大的熱膨脹量，布置拉鏈機(jī)時應(yīng)避免其長度過長，若輸送距離較長，應(yīng)盡量采取兩條拉鏈機(jī)倒運(yùn)的方式。同時，拉鏈機(jī)應(yīng)配有彈簧自動拉緊裝置，以適應(yīng)溫度變化導(dǎo)致的鏈條長度變化。

由于水泥窯本身的生產(chǎn)特點(diǎn)，在實(shí)際運(yùn)行中，進(jìn)入窯頭、窯尾的廢氣量及廢氣溫度是不斷變化的，窯頭和窯尾鍋爐供給三次風(fēng)余熱鍋爐的飽和蒸汽量也是不斷變化的。蒸汽量和煙氣溫度均變化較大，過熱器壁溫隨之波動，容易造成超溫。過熱器壁溫周期性的波動引起交變應(yīng)力而使其產(chǎn)生疲勞損傷，容易造成高溫腐蝕，嚴(yán)重時造成過熱器爆管。設(shè)計時應(yīng)在ASH鍋爐過熱器集箱加裝噴水減溫裝置，將汽溫和壁溫控制在合理范圍內(nèi)，避免超溫。

5 結(jié)語

三次風(fēng)余熱鍋爐將窯頭余熱鍋爐與窯尾余熱鍋爐產(chǎn)生的飽和蒸汽加熱成過熱蒸汽，提高了進(jìn)入汽輪機(jī)蒸汽的初參數(shù)，提高了余熱利用率，降低了機(jī)組汽耗率，大大提高了余熱電站的發(fā)電功率。三次風(fēng)余熱鍋爐能靈活適應(yīng)水泥生產(chǎn)線窯頭、窯尾生產(chǎn)中煙氣波動的特點(diǎn)，保證進(jìn)入汽輪機(jī)蒸汽參數(shù)的穩(wěn)定性，滿足節(jié)能減排的要求，增加水泥企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。■