增加窯頭罩熱風(fēng)管道 提高噸熟料發(fā)電量

張育虎 黨斌斌 李長青 白小洲 汪峰峰

（文縣祁連山水泥有限公司，甘肅 隴南 746408）

1 余熱發(fā)電系統(tǒng)工藝流程簡述

公司純低溫余熱發(fā)電采用窯尾雙壓+窯頭單壓+雙重過熱系統(tǒng)工藝，裝機(jī)容量選擇汽輪機(jī)5MW+發(fā)電機(jī)6MW。窯尾305℃廢氣經(jīng)SP 鍋爐產(chǎn)生1.35MPa、285℃低溫過熱蒸汽，然后輸送至窯頭與AQC 鍋爐低溫過熱器產(chǎn)生1.3MPa、340℃低溫過熱蒸汽，混合進(jìn)入窯頭高溫過熱器（篦冷機(jī)中部抽取380℃熱風(fēng)）過熱為1.2MPa、360℃高品質(zhì)蒸汽，此蒸汽進(jìn)入汽輪機(jī)和窯尾低溫過熱器產(chǎn)生0.28MPa、170℃低溫過熱蒸汽進(jìn)入汽輪機(jī)補(bǔ)汽口，兩路蒸汽膨脹作功推動(dòng)汽輪機(jī)發(fā)電。蒸汽雙重過熱技術(shù)將窯尾低品質(zhì)蒸汽通過窯頭的高溫?zé)煔庠俅芜^熱為高溫高焓值蒸汽，進(jìn)入蒸汽混合器與窯頭蒸汽混合變壓后送入汽輪機(jī)，大幅的提高了汽輪機(jī)做功效率。

2 運(yùn)行現(xiàn)狀

2019年以來，余熱發(fā)電窯頭鍋爐進(jìn)風(fēng)口熱風(fēng)溫度長期低于設(shè)計(jì)溫度380℃（平均約303℃），窯頭鍋爐蒸發(fā)量偏低導(dǎo)致發(fā)電量長期較低，雖然優(yōu)化了操作和管理，但是進(jìn)口溫度仍然較低，主要由于水泥窯熟料煅燒較好，結(jié)粒較好，熟料冷卻較好，低溫取風(fēng)段和高溫取風(fēng)段溫度都較低（2018年前低溫段380℃ 高溫段600℃，2019年3-8月份低溫段200℃ 高溫度段500℃）。

3 現(xiàn)狀分析及論證

為了盡快解決噸熟料發(fā)電量較低的問題，公司組織相關(guān)技術(shù)人員進(jìn)行攻關(guān)，經(jīng)過對(duì)水泥窯系統(tǒng)拉風(fēng)、篦冷機(jī)配風(fēng)和料層厚度的多次調(diào)整，效果不佳；對(duì)于冷風(fēng)段、熱風(fēng)段及鍋爐旁路閥門的頻繁操作，增加了操作難度和工作量；為提高窯頭鍋爐入口溫度盡可能的接近設(shè)計(jì)溫度，嚴(yán)重影響到煤磨熱風(fēng)溫度的提高及水泥窯、煤磨、篦冷機(jī)的正常運(yùn)行。

經(jīng)過攻關(guān)組的調(diào)查、研究、討論分析后認(rèn)為：余熱發(fā)電系統(tǒng)汽輪機(jī)真空度、端差等參數(shù)均在合理范圍之內(nèi)，噸熟料發(fā)電量較低的原因主要是汽輪機(jī)蒸汽流量和壓力較設(shè)計(jì)和2018年運(yùn)行參數(shù)下降較多，窯尾鍋爐蒸發(fā)量變化不大，窯頭鍋爐蒸發(fā)量下降嚴(yán)重。主要是由于鍋爐入口溫度長期低于設(shè)計(jì)溫度380℃（平均303℃），入口溫度偏低導(dǎo)致篦冷機(jī)旁路閥門開度較大，減少篦冷機(jī)冷風(fēng)進(jìn)入窯頭鍋爐風(fēng)量，導(dǎo)致進(jìn)入窯頭鍋爐的風(fēng)量減少。由于窯頭鍋爐溫度和風(fēng)量的偏低，窯頭鍋爐的蒸發(fā)量下降嚴(yán)重是造成發(fā)電負(fù)荷較低的主要原因。

經(jīng)過攻關(guān)組計(jì)算論證決定從水泥窯窯頭罩至窯頭鍋爐新增∮2000mm（有效內(nèi)徑1400mm）熱風(fēng)管道一個(gè)，解決余熱發(fā)電窯頭鍋爐入口溫度和風(fēng)量偏低的問題，提高窯頭鍋爐的入口溫度能夠達(dá)到設(shè)計(jì)溫度，提高蒸發(fā)量，提高運(yùn)行效率。

3.1 理論計(jì)算：

假設(shè)各部位取風(fēng)比例和實(shí)際尺寸比例相同，按照理論計(jì)算增加取風(fēng)口前窯頭鍋爐進(jìn)口溫度只能達(dá)到303℃，增加取風(fēng)口后窯頭鍋爐進(jìn)口溫度閥門全開狀態(tài)下能達(dá)到368℃，通過適當(dāng)調(diào)整鍋爐進(jìn)口各風(fēng)管閥門開度，窯頭鍋爐進(jìn)口溫度能夠達(dá)到設(shè)計(jì)380℃以上。

3.2 項(xiàng)目實(shí)施的優(yōu)缺點(diǎn)：

2.1 優(yōu)點(diǎn)：增加一個(gè)操作方便的熱風(fēng)通道，利用窯頭罩高達(dá)1000℃的高溫提高窯頭鍋爐熱風(fēng)熱焓值，鍋爐進(jìn)口溫度能夠達(dá)到設(shè)計(jì)溫度，噸熟料發(fā)電量達(dá)到37KWh/t 以上。窯頭鍋爐溫度的提高有利于操作調(diào)整各閥門開度，適當(dāng)關(guān)小冷風(fēng)閥門可以提高煤磨熱風(fēng)溫度，降低煤粉水份。

2.2 缺點(diǎn)：

增加投資約26 萬元；將部分水泥窯二次風(fēng)引入窯頭鍋爐，噸熟料增加煤耗約1.5Kg；

3.3 項(xiàng)目實(shí)施成功的可能性：

3.1 理論計(jì)算窯頭鍋爐進(jìn)口溫度能夠達(dá)到設(shè)計(jì)溫度，調(diào)整閥門風(fēng)量就能夠達(dá)到設(shè)計(jì)風(fēng)量。

3.2 從進(jìn)口壓力分布分析窯頭罩、高溫取風(fēng)閥、低溫取風(fēng)閥部位均能夠保證熱風(fēng)的流動(dòng)方向和流速。

3.3 窯頭罩取風(fēng)量占窯頭鍋爐總風(fēng)量的15.02%，溫度理論計(jì)算能夠提高65℃。

3.4 項(xiàng)目實(shí)施失敗的可能性及解決措施：

4.1 窯頭罩取風(fēng)位置較靠前，取風(fēng)占二三次風(fēng)量的15%，對(duì)水泥窯煅燒及其它有一定影響，影響小可以繼續(xù)使用，影響大將增加的高溫閘板可以全部關(guān)閉，做好相應(yīng)密封，對(duì)系統(tǒng)和水泥窯煅燒沒有任何影響，僅造成投資26 萬元的損失。

4.2 窯頭罩取風(fēng)位置靠近水泥窯落料點(diǎn)，窯頭鍋爐拉風(fēng)可能帶來大量的細(xì)顆粒物料可能造成管道內(nèi)積灰，通過設(shè)計(jì)管道等部位傾角大于45°，保證物料不能形成堆積。

4.3 窯頭罩取風(fēng)點(diǎn)溫度較高（1000℃以上），耐高溫及磨損處理不到位造成系統(tǒng)燒損及漏風(fēng)嚴(yán)重。系統(tǒng)的耐火處理要求較高，風(fēng)量調(diào)整要求高溫閘板具備1200℃的工作要求。管道采取∮1400mm 的內(nèi)徑，增加100mm 納米材料保溫和200mm剛玉質(zhì)澆注料，確保外殼溫度低于120℃以下，高溫閘板采用實(shí)心剛玉質(zhì)澆注料，能夠使用半年以上。膨脹量約20mm 采用自制套筒式膨脹節(jié)，內(nèi)部填耐高溫硅酸鋁纖維，外部采用套筒式并填充細(xì)沙料，最外部采用帆布密封。

4 項(xiàng)目實(shí)施及實(shí)施后效果驗(yàn)證

經(jīng)過攻關(guān)組論證決定后于2019年8月份開始準(zhǔn)備材料及備件制作，利用9月份水泥窯檢修時(shí)間進(jìn)行了安裝。

實(shí)施后的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)完成情況：

自2019年9月18日在余熱發(fā)電啟機(jī)并網(wǎng)正常后各項(xiàng)參數(shù)基本達(dá)到預(yù)期的目標(biāo)，窯頭鍋爐入口溫度達(dá)到設(shè)計(jì)要求溫度380℃；篦冷機(jī)廢氣管道閥門能夠關(guān)小到20%以下，鍋爐的煙風(fēng)量有了大幅提高；發(fā)電負(fù)荷從原來的3500kwh 提高到了4500kwh 以上，噸熟料發(fā)電量提高到37Kwh 以上，余熱發(fā)電整體運(yùn)行經(jīng)濟(jì)效益明顯提高，確保了余熱發(fā)電安全穩(wěn)定高效的運(yùn)行。

5 項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)效益分析：

5.1 增加成本：

5.1.1 項(xiàng)目實(shí)際投資24.0 萬元，年維護(hù)費(fèi)用9.8 萬元；年產(chǎn)熟料80 萬噸計(jì)算，噸熟料增加成本0.15 元；

5.1.2 噸熟料增加煤耗按照1.5Kg 計(jì)算噸熟料成本增加0.86 元；

5.2 降低成本

噸熟料發(fā)電量提高7.64Kwh 計(jì)算降低成本3.13 元；

綜合噸熟料降低成本約2.12 元，按照全年生產(chǎn)80 萬噸熟料計(jì)算，年節(jié)約169.6萬元。

6 結(jié)束語

影響余熱發(fā)電負(fù)荷的主要因素是蒸汽溫度、壓力和汽輪機(jī)的真空度、端差，提高蒸汽溫度可以有效提高發(fā)電負(fù)荷，在優(yōu)化操作中窯尾需要進(jìn)一步降低廢氣溫度的情況下，盡可能提高窯頭廢氣溫度和風(fēng)量是提高窯頭AQC 鍋爐蒸發(fā)量的主要途徑。但提高AQC 溫度和風(fēng)量將會(huì)和水泥窯二、三次風(fēng)造成搶風(fēng)的矛盾和熟料煤耗的小幅上升，公司噸熟料發(fā)電量29.52Kwh，雖然在水泥純低溫余熱發(fā)電系統(tǒng)處于中間水平，由于窯頭采用雙重過熱技術(shù)，當(dāng)窯頭鍋爐進(jìn)口熱風(fēng)溫度低于340℃時(shí)窯尾蒸汽送到窯頭鍋爐時(shí)造成蒸汽熱晗會(huì)下降，高于340℃且越高時(shí)蒸汽熱晗越高，因此增加熱風(fēng)管道提高AQC 溫度到380℃以上，噸熟料發(fā)電量大幅度提高，也取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。