余熱發(fā)電熱力系統(tǒng)不平衡原因及管理與維護(hù)

王海濤，賈津秋

1 概述

近年來(lái)，水泥窯低溫余熱發(fā)電技術(shù)在水泥工業(yè)中得到了普遍的應(yīng)用和推廣，該技術(shù)的應(yīng)用大幅降低了水泥生產(chǎn)的能耗，提高了企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益，保護(hù)了環(huán)境。但是，由于水泥生產(chǎn)線的升級(jí)改造，目前多數(shù)余熱發(fā)電系統(tǒng)普遍存在著熱力系統(tǒng)不平衡的問(wèn)題以及運(yùn)行期間系統(tǒng)管理、維護(hù)不到位的問(wèn)題，造成發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行指標(biāo)的偏離，發(fā)電效率降低。本文將對(duì)水泥窯純低溫余熱發(fā)電存在的這兩方面問(wèn)題進(jìn)行具體分析，并提出相應(yīng)的改造建議，希望能夠?yàn)槠髽I(yè)提高煙氣余熱利用率提供幫助。

2 水泥窯余熱發(fā)電面臨的普遍性問(wèn)題分析

2.1 熱力系統(tǒng)不平衡的問(wèn)題

在設(shè)計(jì)之初，水泥窯余熱發(fā)電系統(tǒng)需選取與其煙氣溫度、壓力、流量等參數(shù)相匹配的最佳工況點(diǎn)，使熱力系統(tǒng)達(dá)到平衡，而且還要綜合考慮站用電、耗水量等幾個(gè)綜合指標(biāo)，使熱量利用率最佳，發(fā)電收益最大化。隨著水泥工藝技術(shù)的進(jìn)步，目前大多數(shù)企業(yè)對(duì)生產(chǎn)線進(jìn)行了升級(jí)改造，如第四代篦冷機(jī)的應(yīng)用、脫硫脫硝技術(shù)的應(yīng)用等。一系列的升級(jí)改造使余熱發(fā)電系統(tǒng)中的某些參數(shù)與原始設(shè)計(jì)值發(fā)生了偏差，導(dǎo)致系統(tǒng)原有的熱力平衡被打破，系統(tǒng)整體效率下降，發(fā)電量偏低。具體從以下三個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行闡述。

2.1.1 窯尾余熱鍋爐系統(tǒng)

窯尾余熱鍋爐利用的煙風(fēng)溫度主要取決于水泥窯預(yù)熱器C1級(jí)煙氣出口溫度。由于生產(chǎn)工藝的改進(jìn)以及脫硝技術(shù)的應(yīng)用，水泥窯預(yù)熱器C1級(jí)煙氣出口溫度越來(lái)越低，現(xiàn)階段余熱鍋爐利用的煙風(fēng)溫度較原始設(shè)計(jì)值已偏低30～50℃。煙風(fēng)溫度的降低使得余熱鍋爐出力達(dá)不到額定設(shè)計(jì)要求，并且蒸汽溫度及蒸汽壓力有不同程度的降低。蒸汽參數(shù)降低將導(dǎo)致整個(gè)熱力系統(tǒng)壓力下降，使整個(gè)熱力系統(tǒng)發(fā)電效率下降。

2.1.2 窯頭余熱鍋爐系統(tǒng)

對(duì)于窯頭，目前大部分水泥廠采用第四代篦冷機(jī)，第四代篦冷機(jī)對(duì)熟料的冷卻更充分，使篦冷機(jī)取風(fēng)口溫度偏高，窯頭余熱鍋爐的進(jìn)口煙風(fēng)溫度升高，多數(shù)窯頭余熱鍋爐進(jìn)口的煙風(fēng)溫度均比原始設(shè)計(jì)值偏高20～40℃。煙風(fēng)溫度升高，使原有窯頭余熱鍋爐排煙溫度過(guò)高，已安裝的窯頭余熱鍋爐能力相對(duì)偏小，煙氣余熱沒(méi)有得到完全回收利用。

2.1.3 汽輪機(jī)發(fā)電系統(tǒng)

由于窯尾余熱鍋爐的出力不足，產(chǎn)汽壓力比設(shè)計(jì)值要低，直接導(dǎo)致汽輪機(jī)前混合蒸汽壓力降低，汽輪機(jī)的進(jìn)汽壓力偏離設(shè)計(jì)值，造成機(jī)組效率降低。如，多數(shù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的鍋爐出口蒸汽壓力為1.25MPa，汽輪機(jī)進(jìn)汽壓力為1.15MPa，但運(yùn)行時(shí)汽輪機(jī)的進(jìn)汽壓力約為 0.8～0.9MPa，明顯偏離設(shè)計(jì)值。同時(shí)在設(shè)計(jì)時(shí)汽輪機(jī)發(fā)電系統(tǒng)機(jī)組選型會(huì)稍微偏大，當(dāng)出現(xiàn)發(fā)電指標(biāo)偏離的情況時(shí)，通常會(huì)通過(guò)加大蒸汽量來(lái)提高發(fā)電量，但事實(shí)上，這樣做會(huì)使汽輪機(jī)的進(jìn)汽壓力進(jìn)一步降低，機(jī)組效率更低，同時(shí)還會(huì)使站用電加大，整體經(jīng)濟(jì)指標(biāo)并不理想。

綜上所述，窯尾余熱鍋爐系統(tǒng)、窯頭余熱鍋爐系統(tǒng)、汽輪機(jī)發(fā)電系統(tǒng)分別存在著參數(shù)偏離原始設(shè)計(jì)值的問(wèn)題，導(dǎo)致整個(gè)熱力系統(tǒng)的熱平衡被打破，整體發(fā)電量下降，電站收益降低。

2.2 系統(tǒng)管理和維護(hù)的問(wèn)題

系統(tǒng)運(yùn)行后，使用方對(duì)系統(tǒng)的管理和維護(hù)不到位，同樣會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)發(fā)電指標(biāo)偏離，整體發(fā)電量下降，電站收益降低。具體表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

2.2.1 熱力系統(tǒng)的保溫問(wèn)題導(dǎo)致系統(tǒng)熱損失增大

系統(tǒng)運(yùn)行一段時(shí)間后，由于對(duì)蒸汽管道、煙風(fēng)管道以及閥門等處的保溫維護(hù)不及時(shí)，使得局部保溫失效，造成系統(tǒng)熱損失增大。特別是對(duì)煙風(fēng)管道，如窯尾余熱鍋爐進(jìn)口煙風(fēng)管道合理溫降應(yīng)該在10℃之內(nèi)，多數(shù)實(shí)際溫降卻＞15℃。如果保溫做得好，后期維護(hù)得好，溫度能控制在合理范圍內(nèi)，對(duì)于一條2 500t/d水泥線配置的4 500kW余熱電站，發(fā)電功率約能提升100kW。

2.2.2 窯尾余熱鍋爐系統(tǒng)漏風(fēng)及清灰裝置失靈

窯尾余熱鍋爐的煙風(fēng)管道上設(shè)有一個(gè)旁路閥門，窯尾余熱鍋爐的負(fù)壓壓差比較大，旁路閥門如果關(guān)得不嚴(yán)將導(dǎo)致漏風(fēng)率＞5%，相當(dāng)于煙風(fēng)熱量沒(méi)有完全被窯尾余熱鍋爐回收利用。比如對(duì)于2 500t/d水泥生產(chǎn)線，如果窯尾旁路煙風(fēng)閥漏風(fēng)率由10%降到5%，則發(fā)電功率能提升約100kW。這一點(diǎn)可以通過(guò)測(cè)量風(fēng)機(jī)入口的風(fēng)溫是否比窯尾余熱鍋爐出口風(fēng)溫高來(lái)檢驗(yàn)。同時(shí)余熱鍋爐運(yùn)行一段時(shí)間后，清灰裝置可能會(huì)部分失靈，造成余熱鍋爐對(duì)流管束的積灰，積灰會(huì)影響傳熱效率，使熱量利用不充分，產(chǎn)汽量下降。

2.2.3 水泥窯窯操調(diào)節(jié)不及時(shí)

水泥窯余熱發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電指標(biāo)與水泥窯窯操的調(diào)節(jié)也有著緊密的聯(lián)系，在某個(gè)窯操班組操作時(shí)，如果發(fā)電指標(biāo)持續(xù)較低，則說(shuō)明該班組的調(diào)節(jié)存在問(wèn)題。窯操可以通過(guò)對(duì)篦冷機(jī)內(nèi)料層的厚度以及配風(fēng)比的調(diào)節(jié)，來(lái)影響窯頭余熱鍋爐可利用的煙風(fēng)熱量，進(jìn)而影響余熱發(fā)電量。實(shí)踐證明，適當(dāng)?shù)卦黾恿蠈雍穸群徒档鸵患?jí)推進(jìn)速度，會(huì)提升余熱利用的效果，提升發(fā)電指標(biāo)。

2.2.4 真空系統(tǒng)不理想

汽輪機(jī)發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電效率嚴(yán)重依賴凝汽器的真空度，真空度降低會(huì)導(dǎo)致汽輪機(jī)排汽溫度升高，使得機(jī)組效率降低。影響凝汽器真空度的因素主要包括以下幾方面：（1）原始的射水抽氣系統(tǒng)本身的真空度就不理想。一般來(lái)說(shuō)，射水抽氣器工作時(shí)水溫越低，其建立的真空度越高；反之，水溫越高，抽吸能力越小。某些地區(qū)由于季節(jié)差異，夏季時(shí)水箱溫度偏高，水池散熱較差，隨著運(yùn)行時(shí)間增加，抽出的高溫混合氣夾雜物使工作水溫不斷升高，造成真空度偏低。（2）凝汽器的換熱效果不好也會(huì)導(dǎo)致真空度降低。比如循環(huán)水處理的不理想或者運(yùn)行期間不經(jīng)處理直接使用，會(huì)造成凝汽器銅管腐蝕、結(jié)垢，從而影響凝汽器的換熱效果，致使真空度降低。

3 改造建議

基于以上水泥窯余熱發(fā)電現(xiàn)存問(wèn)題的分析，提出相應(yīng)的改造建議如下：

3.1 修正熱力系統(tǒng)，使其重新平衡

對(duì)于熱力系統(tǒng)的不平衡，需要重新對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行分析、設(shè)定和計(jì)算并進(jìn)行相關(guān)的改造，使系統(tǒng)重新平衡。建議的改造方式主要有兩種，其一，保持汽輪機(jī)的進(jìn)汽參數(shù)不變，同時(shí)更換窯頭余熱鍋爐和窯尾余熱鍋爐，更改系統(tǒng)流程，設(shè)置窯尾余熱鍋爐產(chǎn)出的飽和蒸汽的壓力為窯頭余熱鍋爐鍋筒工作壓力的1.02～1.05倍，此飽和蒸汽進(jìn)入窯頭余熱鍋爐的過(guò)熱段，與其生產(chǎn)的飽和蒸汽一并進(jìn)行過(guò)熱，窯頭余熱鍋爐需加大過(guò)熱段，過(guò)熱段的產(chǎn)汽參數(shù)滿足汽輪機(jī)進(jìn)汽要求。其二，更改汽輪機(jī)的通流部分，以適應(yīng)汽輪機(jī)當(dāng)前的進(jìn)汽壓力，無(wú)需更改原熱力系統(tǒng)流程，但需加大窯頭余熱鍋爐，使之能最大化地利用窯頭煙氣余熱并增加產(chǎn)汽量，增加汽輪機(jī)進(jìn)汽量，從而提升發(fā)電指標(biāo)。

3.2 加強(qiáng)管理和維護(hù)

系統(tǒng)的管理和維護(hù)對(duì)提升余熱電站的收益同樣至關(guān)重要，應(yīng)做好系統(tǒng)的保養(yǎng)和維護(hù)工作，加強(qiáng)單元設(shè)備的能耗管理，進(jìn)一步強(qiáng)化工作人員的節(jié)能意識(shí)，不可因系統(tǒng)本身是利用余熱資源的節(jié)能項(xiàng)目，就忽略余熱資源的利用率，從而造成能源的浪費(fèi)。

4 結(jié)論與建議

以上論述是針對(duì)比較典型的案例進(jìn)行的，因?yàn)槊織l水泥線的工藝以及人員、技術(shù)力量各不相同，對(duì)于不同的水泥生產(chǎn)線應(yīng)該有針對(duì)性地進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研，提出更適合的改造方案。

同時(shí)，企業(yè)為了提高水泥窯余熱發(fā)電系統(tǒng)的能源利用率，應(yīng)逐一排查系統(tǒng)現(xiàn)存的問(wèn)題，并根據(jù)自身實(shí)際情況完善余熱發(fā)電系統(tǒng)，選擇合理的改造措施，提高發(fā)電效率，節(jié)約成本，創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)創(chuàng)造社會(huì)效益。