余熱發(fā)電對水泥生產(chǎn)線的影響及協(xié)調(diào)措施

□□謝培順,彭明通

余熱發(fā)電對水泥生產(chǎn)線的影響及協(xié)調(diào)措施

The Effect and Solution of Waste Heat Generation on Cement Production

□□謝培順,彭明通

1 引言

近年來，隨著我國水泥工業(yè)工藝及裝備技術(shù)迅速發(fā)展，數(shù)百條千噸級干法水泥生產(chǎn)線陸續(xù)投產(chǎn)，為水泥窯純低溫余熱發(fā)電技術(shù)及裝備的推廣應(yīng)用創(chuàng)造了條件，截止到2008年，有263條新型干法熟料生產(chǎn)線裝有余熱利用電站，裝機容量達1662MW，2009年預(yù)計投運的余熱發(fā)電生產(chǎn)線232條，安裝發(fā)電機組181臺，裝機容量達1677MW[1],余熱發(fā)電技術(shù)不斷進步發(fā)展。但是由于窯系統(tǒng)是一個復(fù)雜的系統(tǒng)工程，從已配套純低溫余熱發(fā)電水泥生產(chǎn)線的生產(chǎn)實踐情況來看，余熱發(fā)電系統(tǒng)不同階段都會對水泥生產(chǎn)線產(chǎn)生一定的影響。

2 余熱發(fā)電站建設(shè)調(diào)試期對生產(chǎn)線的影響

水泥窯余熱發(fā)電站的建設(shè)和熟料生產(chǎn)線的建設(shè)可以采取同步設(shè)計、同步建設(shè)的方式，或者同步設(shè)計、分步建設(shè)的方式，也可分步設(shè)計、分步施工，具體要根據(jù)企業(yè)、設(shè)計、施工單位情況而定，各有利弊。

對于已投產(chǎn)運行的熟料生產(chǎn)線，由于生產(chǎn)線工藝過程已趨成熟和穩(wěn)定，比如，燒成熱耗、熟料產(chǎn)量、冷卻機回收效率、窯尾廢氣溫度、窯尾煙氣含塵量等運行參數(shù)都已明確，因此在進行余熱發(fā)電理論分析、計算和設(shè)備選型時要以實際參數(shù)為準(zhǔn)，否則會影響實際運行效率。另外，余熱電站部分施工還需和窯系統(tǒng)生產(chǎn)對接，對施工進度也需要有更高更嚴(yán)的限制，才能保證發(fā)電系統(tǒng)及時調(diào)試和并網(wǎng)發(fā)電。

對于新建的熟料生產(chǎn)線，同步建設(shè)余熱發(fā)電站，即在窯尾、窯頭設(shè)備安裝未完全結(jié)束時，進行AQC、SP爐的安裝，這樣可利用施工吊裝的機具和資源，縮短鍋爐安裝周期，但是現(xiàn)場協(xié)調(diào)量加大，安全隱患加大，鍋爐調(diào)試階段有時會給窯系統(tǒng)正常運行帶來影響，如A廠5000t/d熟料新型干法水泥生產(chǎn)線余熱發(fā)電系統(tǒng)2008年5月20日投產(chǎn)并網(wǎng)發(fā)電，在調(diào)試初期，由于窯尾用風(fēng)沒有探索出較為合適的比例，窯的用風(fēng)操作與鍋爐取風(fēng)不協(xié)調(diào)，還有追求高發(fā)電量的傾向，使窯尾拉風(fēng)過大，出一級筒的溫度高達350～370℃，比投用余熱發(fā)電前高出30～50℃，同時窯尾、窯頭用煤比例也發(fā)生了變化，而生料投料量偏低。雖然窯尾煙氣溫度越高有利于發(fā)電，但是發(fā)電不是目的，降低熟料煤耗，充分利用窯爐余熱才是真正的目的。

另外，SP爐啟用前，鍋爐內(nèi)的電焊條及鐵件雜物沒有清理干凈，雜物將SP爐下料螺旋閘閥堵塞，造成爐內(nèi)積料，在振打清灰時揚起大量的粉塵，驟然增加了高溫風(fēng)機的負(fù)荷，導(dǎo)致高溫風(fēng)機過流跳停。

3 余熱電站運行期對生產(chǎn)線的影響

3.1 對高溫風(fēng)機的影響

B廠5000t/d熟料新型干法水泥生產(chǎn)線利用低溫余熱發(fā)電技術(shù)建成的裝機容量8.6MW余熱發(fā)電工程于2007年4月15日投入運行，運行中出現(xiàn)了高溫風(fēng)機進口頻繁塌料故障，塌料時高溫風(fēng)機電流由正常值130～155A急劇升高到250～305A，轉(zhuǎn)速由880r/min分直線降為650r/min，進口負(fù)壓由7000MPa減少到5000MPa左右，現(xiàn)場能夠聽到高溫風(fēng)機發(fā)出“哼哼”的響聲，能看到灰塵從高溫風(fēng)機外殼溢出，數(shù)秒后增濕塔下面的回灰螺旋輸送機向外冒灰，同時預(yù)熱器也出現(xiàn)塌料，窯頭正壓，嚴(yán)重時出現(xiàn)返火，危及巡檢人員及窯頭攝像頭等設(shè)備的安全，原料磨也因進磨熱風(fēng)風(fēng)量突然減少導(dǎo)致振動值偏高而自動停機。開始我們懷疑塌料的原因是由于余熱電站投運后，高溫風(fēng)機進風(fēng)管內(nèi)灰塵過多地沉積在短路斜閥上，過一段時間后會通過SP爐進入高溫風(fēng)機，引起氣體含塵濃度變化。但開孔檢查，斜閥板上并沒有積灰，經(jīng)檢查SP余熱鍋爐振打裝置，發(fā)現(xiàn)有兩處振打角度不對，振打力度不夠，經(jīng)校正，系統(tǒng)塌料現(xiàn)象消除。

這是因為余熱鍋爐整體結(jié)構(gòu)具有較多的煙道轉(zhuǎn)彎，圓變方漸擴形煙道等截面突變結(jié)構(gòu)，使煙氣流動的溫度場和速度場出現(xiàn)不均勻分布，降低了煙氣沖刷受熱面的有效性，增加受熱面金屬耗量，也使受熱面?zhèn)鳠崮芰p少，更為嚴(yán)重的是，由于速度場和溫度場分布的不均勻，使煙氣中的粉塵出現(xiàn)局部濃度集中，形成間歇性粉塵沉積和堵塞，極大地影響傳熱和運行安全可靠性。因此窯尾設(shè)置的機械振打裝置運轉(zhuǎn)的可靠性是余熱鍋爐管理的一個關(guān)鍵點。

3.2 對中卸烘干生料磨的影響

C公司2500t/d熟料生產(chǎn)線生料粉磨配用?4.6m×（10＋3.5）m中卸烘干磨，設(shè)計為圈流粉磨，同時利用窯尾廢氣作為烘干熱源，可烘干綜合水分≤8.0%的物料，自投產(chǎn)至2007年8月，進入生料磨烘干倉的氣體溫度都能控制在310℃以上，即使原料水分經(jīng)常大于10%，出磨生料成品水分也能保證在0.3%以下，完全符合生產(chǎn)要求。2008年8月，由于窯尾SP鍋爐投入運行，入磨氣體溫度降低40℃以上，當(dāng)時正值夏季汛期，原料露天堆放，水分極大，最高達到18%，烘干倉進料端揚料板之間便粘結(jié)著大量的物料，嚴(yán)重阻塞下料管和熱風(fēng)入口，造成磨機電流升高及滑履軸瓦溫度超高報警，并多次造成磨機跳停，其后在啟動時因磨機水阻柜溫度超高而無法重啟，因此不得不每天用風(fēng)鎬人工清理。

3.3 對立磨的影響

立磨停機時，由于直接進入窯尾電除塵器的氣體溫度增高約50℃左右和濕度降低，造成氣體比電阻增高，電除塵器效率下降。當(dāng)SP爐錐部下料不暢或阻塞時，生料立磨臺時產(chǎn)量下降，磨機工況不穩(wěn)，振動較大，對生料立磨安全運行不利。

3.4 對窯用風(fēng)的影響

（1）AQC爐投入后會造成窯頭電收塵器入口溫度低、負(fù)壓大和窯頭排風(fēng)機電流變大，應(yīng)及時調(diào)整入口閥門，保持窯頭負(fù)壓，避免窯所需二次風(fēng)量不夠，窯內(nèi)通風(fēng)量無法滿足噴入煤粉燃燒所需的氧含量，窯內(nèi)存在還原氣氛，輕則出致密黃心料，重則煤粉燃燒不完全導(dǎo)致窯內(nèi)結(jié)圈。如D公司2500t/d生產(chǎn)線在余熱發(fā)電系統(tǒng)投運前，窯況正常，產(chǎn)量在2800t/d左右。2009年3月余熱發(fā)電系統(tǒng)投運后，一方面由于煤磨烘干用風(fēng)的取風(fēng)口后移，熱風(fēng)溫度約降30℃左右，煤粉水分比以前稍有增大，另一方面，窯操作員把窯頭罩負(fù)壓由－30Pa左右調(diào)整為－60Pa左右，窯頭看起來較正常，熟料fCaO也合格，并且灰沙料也減少了。但過了三個班后，從紅外線掃描儀看窯38～42m處筒體溫度下降較快，平均每班降低50℃，煙室負(fù)壓也逐漸升高，后加大煤磨系統(tǒng)拉風(fēng)、降煤水分、調(diào)整窯頭負(fù)壓至－15Pa左右，情況有所緩和，經(jīng)過兩天的穩(wěn)定煅燒，窯圈垮落，系統(tǒng)恢復(fù)正常。這是因為煤水分增加，煤粉燃燒時，需蒸發(fā)水分，燃燒速度變慢，火焰溫度下降，燃盡性能變差，由于燒成帶溫度無儀表監(jiān)控，窯中控操作員是根據(jù)窯尾煙室溫度來操作的，在這種情況下，操作員往往誤認(rèn)為窯系統(tǒng)溫度正常，熱量后移使過渡帶溫度過高，液相提前，增加長厚窯皮的因素；另一方面，窯內(nèi)存在還原氣氛，使三價鐵還原成二價鐵，而FeO液相在1100℃左右出現(xiàn)，并能促使硅方解石[2（CaO·SiO2）·CaO3]的形成，而硅方解石在1180～1220℃形成液相，這樣就使液相提前出現(xiàn)，將未熔的物料粘接在一起，造成結(jié)圈。

（2）SP爐的啟停和入爐煙氣的調(diào)節(jié)涉及到窯系統(tǒng)工況的波動，SP爐啟停操作和風(fēng)量的調(diào)節(jié)時，原則上只要保持C1出口負(fù)壓和溫度不變，就不會影響到窯系統(tǒng)的穩(wěn)定，實現(xiàn)這一原則的重要手段是SP爐進出口閥門、旁路閥門和窯尾高溫風(fēng)機頻率或液力耦合器轉(zhuǎn)速三者之間的協(xié)調(diào)操作。SP爐運轉(zhuǎn)時，由于入高溫風(fēng)機比SP爐投入前煙氣溫度會降低，氣體的密度會增加，風(fēng)機的阻力也會增加，C1的負(fù)壓及高溫風(fēng)機電流都會變化，所以中控操作時高溫風(fēng)機電流變化是平衡操作所需重視的一個重要特征參數(shù)和緩慢調(diào)節(jié)的一個重要依據(jù)，高溫風(fēng)機頻率或液力耦合器轉(zhuǎn)速控制目標(biāo)是：在盡量維持C1出口負(fù)壓穩(wěn)定的同時，高溫風(fēng)機的電流不超過額定值。

4 協(xié)調(diào)余熱發(fā)電和水泥熟料生產(chǎn)線的措施

對于帶中卸烘干生料磨的系統(tǒng)，對生料磨烘干倉進行改造，如C廠針對SP爐投入運行生料磨出現(xiàn)的問題，經(jīng)過認(rèn)真研究，認(rèn)為揚料板間距過小是導(dǎo)致受潮物料入磨后不能翻轉(zhuǎn)的重要原因，決定進行隔行刪除處理，即每隔一行切掉端部兩塊揚料板（保留揚料板底部以便保護筒體不被磨損）。改造一年多來，再沒有發(fā)現(xiàn)磨機端部積料現(xiàn)象，烘干效果也較理想，生料磨廠質(zhì)量又恢復(fù)到SP爐投運前的水平，能滿足水泥窯的需要。

要經(jīng)常檢查SP爐下料是否通暢，一旦發(fā)現(xiàn)有下料不暢的情況，應(yīng)立即處理，防止物料越積越多。

（1）通過研究粉塵顆粒特性，粉塵沉積、污染特性，磨損及防磨技術(shù)，粉塵預(yù)分離技術(shù)，清灰及除灰技術(shù)，實現(xiàn)對受熱面及通流結(jié)構(gòu)密封設(shè)計，高效傳熱元件設(shè)計及高效傳熱元件換熱、阻力特性理論推導(dǎo)及試驗研究的創(chuàng)新性突破。采取特種工藝，減少鍋爐磨損和系統(tǒng)阻力問題。

（2）采用內(nèi)置式沉降室、光管形式受熱面、煙氣自下而上的AQC余熱鍋爐。因取消了外置式沉降室，減少了煙氣管道，煙氣從下往上走，減少了系統(tǒng)阻力，系統(tǒng)阻力比以前降低了400Pa左右。從煙氣熟料磨損機理來說，煙氣從下往上走，對余熱鍋爐的防磨有極大好處，鍋爐受熱面磨損程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于煙氣從上往下行走。AQC過熱器受熱面采用光管形式，可減少高溫段的積灰。

新型AQC余熱鍋爐減少了占地面積，節(jié)省了投資，減少了設(shè)備、煙風(fēng)管道的散熱，提高了余熱利用效率1%～2%左右。由于窯頭阻力減少，對于窯頭風(fēng)機的運行、廠用電耗有益。

（3）窯頭采用新型大推力燃燒器，E公司2500t/d熟料生產(chǎn)線原窯頭為NC型四通道煤粉燃燒器，由于余熱發(fā)電投入后二次風(fēng)量有些波動，已不能適用窯的煅燒，表現(xiàn)為有時火力不集中，熱力強度不高，窯大齒輪位置經(jīng)常長圈，原一次風(fēng)壓為19kPa，后改為法國PILARD公司的Rotafiam高推力燃燒器，一次風(fēng)壓25～35kPa以上，保證了煤燃燒所需的推力要求。

（4）余熱鍋爐的運行應(yīng)不影響水泥生產(chǎn)，所以鍋爐啟動和維護必須堅持“副業(yè)服從主業(yè)，主業(yè)兼顧副業(yè)”，既要保證產(chǎn)業(yè)安全又要保證產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟，統(tǒng)籌兼顧，安全第一，保證窯及余熱鍋爐穩(wěn)定。

（5）高度重視窯尾煙室、增濕塔和鍋爐等三個系統(tǒng)的漏風(fēng)影響，從根本上加強堵漏密閉工作，盡量減少漏風(fēng)，堵漏密閉工作表面上零碎和繁瑣，但效果是顯著的，而且投入不多。

[1]曾學(xué)敏.余熱發(fā)電為水泥工業(yè)再創(chuàng)輝煌[J].中國水泥網(wǎng)，2009，（3），24－27.

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TQ172.625.9

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1001－6171(2010)05－0095－03

2010－01－23；編輯：沈穎