水泥余熱發(fā)電的綜合能效提升技術(shù)

李會(huì)聰

摘 要：現(xiàn)如今，我國(guó)是科學(xué)技術(shù)快速發(fā)展的新時(shí)期，綜合國(guó)力顯著加強(qiáng)，介紹了水泥余熱發(fā)電的工藝流程，并詳細(xì)闡述了通過(guò)多年經(jīng)營(yíng)管理和實(shí)踐，總結(jié)并積累的一系列水泥余熱發(fā)電創(chuàng)新技術(shù)，所獲的綜合能效提升經(jīng)驗(yàn)及科技成果，在行業(yè)內(nèi)具有適用性和推廣價(jià)值。

關(guān)鍵詞：水泥余熱發(fā)電;能效提升;創(chuàng)新技術(shù);科技成果

引 言

傳統(tǒng)的水泥工業(yè)是一個(gè)高能耗、高污染的能源型化工產(chǎn)業(yè)，雖然運(yùn)用了新型干法水泥熟料生產(chǎn)工藝，但是燒紙工作仍然采用窯外分解，這一過(guò)程中的能源利用率明顯不足，會(huì)存在大量的中、低溫廢氣沒(méi)有充分參與燃燒過(guò)程，不僅是一種能源浪費(fèi)，還產(chǎn)生了一定環(huán)境污染問(wèn)題。文章基于水泥廠中低溫余熱發(fā)電系統(tǒng)，將水泥生產(chǎn)線中沒(méi)有完全利用排除的中、低溫廢氣加以回收利用，作為二次燃料，減少能源損耗和資金成本。純低溫余熱發(fā)電由于是不用燃料的余熱利用，所以更符合節(jié)能環(huán)保的綠色可持續(xù)發(fā)展理念，水泥廠可以使用余熱發(fā)電，減少外購(gòu)電量，降低水泥生產(chǎn)成本，減少能源損耗，提升經(jīng)濟(jì)效益。是新時(shí)代水泥廠發(fā)展和轉(zhuǎn)型的新趨勢(shì)，我國(guó)作為水泥廠的生產(chǎn)消費(fèi)大國(guó)，需要合理應(yīng)對(duì)能源問(wèn)題，保護(hù)環(huán)境，優(yōu)化水泥生產(chǎn)線，促進(jìn)水泥廠余熱發(fā)電技術(shù)不斷發(fā)展。

一、水泥余熱發(fā)電優(yōu)化設(shè)計(jì)、施工的原則

（1）余熱發(fā)電系統(tǒng)是將水泥作為主線，無(wú)論在哪種狀況下，余熱發(fā)電都不可以對(duì)主線生產(chǎn)造成任何不良影響。（2）不可以通過(guò)增加熱耗來(lái)提高發(fā)電量。（3）認(rèn)真遵循以熱定電基本準(zhǔn)則，余熱提供量與發(fā)電量是對(duì)等的關(guān)系。（4）最大限度將余熱調(diào)送至余熱電站系統(tǒng)用來(lái)發(fā)電使用。（5）不斷地提升余熱電站相對(duì)窯的運(yùn)轉(zhuǎn)效率，把水泥窯排放的余熱轉(zhuǎn)換成電能。水泥余熱發(fā)電優(yōu)化設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)行是建立在以上設(shè)計(jì)、施工的原則基本前提下的，利用先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)水泥余熱發(fā)電的優(yōu)化設(shè)計(jì)。除此之外，還需要對(duì)工程施工的可行性、整體的投資回收情況等作出綜合的分析。

二、綜合能效提升的關(guān)鍵技術(shù)

（一）鍋爐系統(tǒng)的技術(shù)創(chuàng)新。1）ASH技改。（1）按直翅片管結(jié)構(gòu)重新設(shè)計(jì)ASH過(guò)熱器，解決環(huán)形繞翅片管ASH過(guò)熱器堵灰及阻力高的問(wèn)題，保證煙氣側(cè)阻力值控制在250Pa以下。（2）對(duì)ASH過(guò)熱器管束截面重新設(shè)計(jì)，增加ASH過(guò)熱器換熱面積，ASH過(guò)熱器出口蒸汽參數(shù)可提高至1.0MPa、19.8t/h、370℃。（3）重新設(shè)計(jì)AQC鍋爐至ASH過(guò)熱器之間蒸汽管道，將管徑由DN125提高至DN150，降低管道阻力和壓損。（4）更換ASH過(guò)熱器本體及管道外保溫結(jié)構(gòu)，確保外壁溫度不超環(huán)境溫度+20℃。（5）通過(guò)以上關(guān)鍵技術(shù)的技改，可在鍋爐蒸發(fā)量不變的情況下，發(fā)電量提升約15%。2）在線空氣脈沖自動(dòng)吹灰。（1）AQC爐、ASH爐、SP爐在運(yùn)行過(guò)程中存在嚴(yán)重集灰，厚者達(dá)40公分，嚴(yán)重影響發(fā)電量。我們先后實(shí)行過(guò)振打清灰、蒸汽吹灰等技術(shù)，效果均不理想，除了成本高、維護(hù)大外，人工補(bǔ)清存在安全隱患，蒸汽吹灰容易結(jié)垢凝塊，更難處理。（2）經(jīng)多年論證、研究，發(fā)明了在線空氣脈沖自動(dòng)吹灰技術(shù)，通過(guò)定時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)一定壓力、容量的壓縮空氣，布控好噴槍及噴嘴的位置、角度等參數(shù)，可以徹底清理鍋爐的積灰。目前已在多個(gè)電廠實(shí)施，效果明顯。而且比之振打清灰、蒸汽吹灰投資省，人工成本也低。3）煙道耐磨陶瓷保溫。（1）原鍋爐入口的風(fēng)管內(nèi)襯采用耐火澆注料，厚而保溫差，易脫落，管道易燒塌，壽命不足2年，維護(hù)頻次及成本高。（2）經(jīng)試驗(yàn)性測(cè)試，采用新型耐高溫耐酸堿耐磨的特殊陶瓷材料，其工藝為120mm內(nèi)襯（無(wú)石棉硅酸鈣板50mm+耐磨陶瓷料70mm），材料具備耐受≤700℃高溫，材料薄，通風(fēng)面積大，保溫效果好，壽命達(dá)到5年以上，解決以往多種缺陷，目前已在多廠成功應(yīng)用。4）高溫、中溫?zé)煹勒{(diào)控。（1）在高溫和中溫?zé)煹郎显黾幼詣?dòng)調(diào)控閥，以控制高溫和中溫風(fēng)量，通過(guò)數(shù)據(jù)模型分析，優(yōu)化AQC和ASH蒸汽參數(shù)，達(dá)到發(fā)電功率最大化。（2）該控制模型，正并入信息化大數(shù)據(jù)分析模塊，將增加更多相關(guān)參數(shù)的分析，進(jìn)一步提升機(jī)組的能效數(shù)據(jù)。

（二）降低余熱發(fā)電廠用電。①雙曲線自然通風(fēng)冷卻塔。自然通風(fēng)冷卻塔整體運(yùn)行成本和檢修費(fèi)用是非常低的，但其占地面積是非常大的，初期投資成本非常高。針對(duì)裝機(jī)容量小的余熱發(fā)電系統(tǒng)采用的機(jī)力通風(fēng)冷卻塔更具優(yōu)勢(shì)，而當(dāng)余熱發(fā)電系統(tǒng)所需循環(huán)水量很大，利用雙曲線自然通風(fēng)冷卻塔比機(jī)力通風(fēng)冷卻塔更具優(yōu)勢(shì)。②采用變頻電機(jī)。余熱發(fā)電系統(tǒng)當(dāng)中風(fēng)機(jī)類型的選擇和電泵通常是按照具體工程狀況及安全余量進(jìn)行合理的選擇。但在具體工程施工作業(yè)當(dāng)中，會(huì)隨著余熱發(fā)電狀況的變化，泵與風(fēng)機(jī)選擇的額定流量和揚(yáng)程是比較大的，但實(shí)際需求卻非常小，這就需要通過(guò)閥門(mén)節(jié)流進(jìn)行調(diào)節(jié)直至流量和揚(yáng)程達(dá)到最為合適的一種狀態(tài)。但需要明確指出的是，在這一過(guò)程當(dāng)中閥門(mén)節(jié)流帶來(lái)的損失是非常大的，并且會(huì)使得電機(jī)的能量損耗數(shù)量大大超出估算數(shù)值，同時(shí)廠用電率將一直處于不斷增高的狀態(tài)。變頻電機(jī)選用的時(shí)候，需要注意如果實(shí)際需求流量過(guò)小，則可對(duì)泵、風(fēng)機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速來(lái)做出科學(xué)合理的調(diào)整，以此降低閥門(mén)節(jié)流所造成的巨大損失。根據(jù)以前水泥窯余熱發(fā)電運(yùn)行工作的有關(guān)成功經(jīng)驗(yàn)，在凝結(jié)水泵、給水泵、循環(huán)水泵和冷卻塔風(fēng)機(jī)當(dāng)中都可以通過(guò)運(yùn)用變頻的方式來(lái)解決，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)發(fā)電工程運(yùn)行成本的系統(tǒng)化掌控。③以就近取電作為用電原則。一般情況下，水泥的生產(chǎn)線長(zhǎng)度是非常大的，余熱發(fā)電鍋爐、有關(guān)發(fā)電設(shè)備在分布上過(guò)于分散，要想把發(fā)電系統(tǒng)的電能損耗控制在最低的程度，則可將用電設(shè)備與水泥系統(tǒng)用電聯(lián)合在一起，以就近取電為基本準(zhǔn)則，通過(guò)對(duì)DCS、光纖的全方位掌控，來(lái)達(dá)到提升電力系統(tǒng)整體工作效率的目的。

（三）水泥廠余熱發(fā)電技術(shù)。水泥廠余熱發(fā)電技術(shù)通常應(yīng)用在預(yù)熱器上，能夠完全吸收余熱廢氣熱能，提高能源的利用率。對(duì)于余熱廢氣無(wú)法保證成分、含量的情況，能夠串聯(lián)多個(gè)廢氣排出口，統(tǒng)一收集，還能夠有效控制溫度在合理范圍內(nèi)。值得注意的是，廢氣余熱轉(zhuǎn)化的過(guò)程比較浮在，由于實(shí)際產(chǎn)出的收益并不能買(mǎi)次都應(yīng)用在電能轉(zhuǎn)化設(shè)備上，提供運(yùn)行功率，所以如何處置多余余熱廢氣也是水泥廠企業(yè)需要重視的問(wèn)題，不能僅僅依賴水泥廠余熱發(fā)電技術(shù)，還要結(jié)合多種技術(shù)方法處理余熱廢氣。

三、余熱發(fā)電智能化發(fā)展趨勢(shì)

未來(lái)智能化余熱發(fā)電系統(tǒng)一定是通過(guò)電廠信息化、智能化等手段有機(jī)的結(jié)合形成一個(gè)大系統(tǒng)，全面融合互聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)、大數(shù)據(jù)等形成一個(gè)大型數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)，給企業(yè)在生產(chǎn)過(guò)程的指導(dǎo)和監(jiān)控、現(xiàn)代化的管理都將帶來(lái)極大的提升和發(fā)展。未來(lái)智能化余熱發(fā)電系統(tǒng)將不斷優(yōu)化工藝系統(tǒng)，改進(jìn)設(shè)備配置，轉(zhuǎn)換編程理念，真正做到生產(chǎn)優(yōu)化與分析、在線決策，輔之以智能巡檢管理、生產(chǎn)報(bào)表管理、設(shè)備實(shí)時(shí)監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)整個(gè)余熱發(fā)電系統(tǒng)的智能控制。

結(jié) 語(yǔ)

本文從目前水泥行業(yè)普遍存在的問(wèn)題出發(fā)，提及了目前國(guó)內(nèi)正在普遍使用的水泥余熱發(fā)電技術(shù)，從概念和背景出發(fā)，指出了目前的水泥余熱發(fā)電技術(shù)的發(fā)展目標(biāo)。同時(shí)也指出了在發(fā)展水泥余熱發(fā)電技術(shù)的過(guò)程中應(yīng)該遵守的基本原則。然后對(duì)余熱發(fā)電技術(shù)的使用方案進(jìn)行了概述，同時(shí)對(duì)目前國(guó)內(nèi)應(yīng)用最廣的水泥窯余熱發(fā)電站的內(nèi)部構(gòu)造進(jìn)行了介紹，最后詳細(xì)指出了余熱發(fā)電站對(duì)水泥生產(chǎn)企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益的積極影響。希望能對(duì)今后國(guó)內(nèi)余熱發(fā)電站的建設(shè)有一定的啟示作用。

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