提高水泥余热发电量的优化改造措施

提高水泥余热发电量的优化改造措施

石,亮

中材节能股份有限公司 天津 300400

摘要：统计数据显示，即使在最先进的预分解窑水泥生产工艺中，仍有约35%的低温余热被浪费掉。因此，合理有效地利用余热资源意义重大。当前，我国为水泥行业制定了一系列低温余热发电的配套政策，鼓励水泥行业充分利用本身废弃的热能进行发电，这不仅可以提供额外的能源，还能有效降低生产中排入大气的废热及粉尘等的污染物。国内水泥企业大多都配套建成了余热发电工程，从企业运行的结果看，取得了一定的成果。但也有一些则出现了发电量低的情况。我公司余热发电机组采用了QC240/360-19-1.6/340窑头锅炉和QC350/330-26-1.25/305窑尾锅炉，BN9-1.25/0.14补齐型汽轮机和QF-J9-2型发电机。在实际使用过程中，因发电系统与烧成系统配合的问题，导致发电量低，余热利用不充分。现将相关措施介绍，供参考。

关键词：水泥余热；发电量；优化；改造措施

引言

在国家节能减排政策的引导下，国内大型水泥企业均已配套建设余热发电工程，并且获得了很好的经济效益和社会环境收益。水泥窑纯低温余热发电是完全利用水泥熟料生产线的废气，以不影响熟料生产为基础和前提，本质上是遵循“废热定电”的原理。大量的工程实践表明，同规模的水泥熟料生产线，甚至同一个设计单位设计，主要设备选型也相同，余热发电量却差别很大。现在业内普遍还是以“吨熟料发电量”来评价余热发电工程的优劣，也有个别单位提出了“吨煤耗发电量”的评价标准。很多研究者研究了余热发电量的影响因素，然而大多局限在发电热力系统、废气利用温度区间、设备选型等方面，却很少关注到生料配比、燃料、系统热耗等对余热发电的影响。本文通过深入分析煤热值、生料配比和熟料热耗对余热烟气参数的影响，找出不同生产线发电量不同的更深层次原因。

1增大窑尾废气排量

窑尾废气是一个含有大量热焓的气体，废气量大，则热量多，发电量就大。废气量不足是众多电站发电量不高的直接原因，造成窑尾废气量不高的原因与窑头冷却风量不足有关。原因有三个：第一是篦冷机冷却风量不足，其表现是出篦冷机熟料过热；其次是料层过厚，风压低，通风不畅；三是篦板篦缝狭窄，影响通风。上述三种原因，影响冷却效果，影响废气排量，也是众多企业成品熟料冷却不好、温度过高、发电量不高的原因。窑头废气量少，窑尾高温风机无风可拉，出力不足，90万立方米的高温风机只能开到70万立方米，窑尾废气排量减少约20%。要增加窑尾废气风量，首先要加大篦冷机冷却风压、风量，加大三次风通过量，是提高窑尾废气风量的重要措施；其次是三次风管制作、操作不当，造成窑尾风量不足：（其一是三次风管管径面积设计小于烟室面积，阻力过大，致三次风通过量不足，全国至少应有25%以上的水泥企业因设计缺陷存在这种状况；其二是三次风阀开度不够，影响三次风通过。）有这种情况的水泥企业，本来三次风就不足，还要限制三次风阀的开度，仅开到30%~50%，不但影响发电量，同时因三次风不足、或温度不高，还会造成分解率不高、或燃煤的浪费。因此，要在原有基础上用“三元流动法”（见作者2013年《中国水泥》笫10期《提高风机运行效能的方法和措施》），在不更换电机的情况下更换风机叶轮，把全部冷却风机的风压、风量提高20%，把出篦冷机熟料的温度由200℃降至100℃以下，是提高熟料质量、向熟料温度要发电量的重要措施；对凡是三次风管直径设计偏小的应列入大修计划，拆除更换。

2篦冷机的改造

首先，用阻料篦板来代替部分篦板使用。在改造中，我们使用了阻料篦板技术，焊接篦板焊接固定在固定篦板上，配对篦板采用螺栓固定在活动篦板梁上。阻料篦板断续布置在篦床左右两侧的若干点处。阻料篦板处熟料不易下漏，而且熟料输送速度慢，冷却时间加长，这样篦床两侧的篦板和护板接触的熟料温度低，减少了篦板和护板的磨损。但阻料篦板不宜过多，过多影响输送效率。第二，组合式护板代替护板。护板及篦板间通常以浇筑料进行链接，而组合式护板代替护板后，更换磨损件时，就可以不用去除浇筑料，有效的确保了护板及篦板间的间隙。此外，磨损的零件在磨损不严重时可以加入调整钢板，对护板和篦板间的间隙进行调整。组合式护板代替护板后，浇注料仅需从壳体浇注到护板基体中间的立筋即可，有效的缩短了浇注时间。第三，主轴的密封改用三明治结构。对主轴的密封进行了改造，以三明治结构代替原有结构，即在上下两层钢板中放置一层聚四氟乙烯板。由于聚四氟乙烯板有着自润滑的特点，不仅密封效果好，不用润滑也较易进行更换。第四，对液压系统进行了改造，以液压推杆装置取代空气炮。空气炮在运行中能够有效避免雪人的形成，但是一旦出现雪人时，空气炮的力量往往不足。液压推杆装置能够借助液压力获得较大的冲击力，避免雪人形成，提升篦冷机运转率。

3凝结器使用除盐水喷淋改造

余热发电一、二号汽轮机夏季满负荷运行中，因汽轮机系统各项参数指标都在极限值状态下运行，凝结器真空值同时也在下限指标中运行，排气温度同时也达到了最高值。除氧器使用联氨除氧，除氧器水温平均在50℃左右，联氨在低温水中反应速度较为缓慢，导致除氧效果不佳。改造措施：为降低汽轮机排气温度，增加除氧器水温度，由除盐水箱底部开口（法兰连接，见图4），使用4kW管道变频泵接至两冷凝器喉部。由泵的给水压力和冷凝器本身的负压将低温除盐水喷至汽机排气口处，经过热交换后的除盐水经凝结水泵打至除氧器，从而达到降低排气温度、提高真空、提高除氧器给水温度的效果。

4在窑尾二级预热器旋风筒内设置过热器

为进一步提高余热发电系统运行的稳定性，浙江兴宝龙、新都、河南登封嵩基等多个余热发电项目在窑尾C2级预热器旋风筒内设置过热器的工业试验均取得成功。C2级旋风筒设置SSH余热过热器，其结构、外形尺寸与窑系统二级预热器旋风筒的内筒一致，以过热管束为主组成，代替C2级预热器旋风筒的内筒。其使用功能是双重的：既是过热器、又起到旋风筒内筒的作用。选择在C2级预热器旋风筒内设置过热器的主要原因是考虑过热温度的需要（C2废气温度500℃～550℃）。SSH余热过热器在兴宝龙公司运行已近40个月，除因吹扫用压缩空气带水造成少量过热器换热管漏水外未发生其他故障，也没有影响窑系统运行等其他问题。

5善窑与余热发电工况配合降低温度波动

窑与余热发电工况配合一直存在温度波动大的问题，严重影响余热的发电量。对窑、篦冷机风量比对制定合理控制参数，加强对分解炉温度及篦冷机料层控制考核，对熟料、生料数据与窑头入炉风温对比分析，合理调整，控制在30℃以内，可有效地提高锅炉热效率，提高了发电量。通过合理的配料方案，提高二次风温，稳定分解炉温度，减少分解炉温度波动幅度，找出合理的篦冷机一段篦压力控制范围，布料尽可能均匀，来解决入炉风温的波动范围。

6 结语

通过对汽轮机组汽水系统、汽轮机本体和锅炉的改造后，增加了整体余热利用率，取得了良好的经济效益，还为环境保护起到了一定作用。并且有利于水泥窑节能减排工作的进行。

参考文献

[1]刘方,杨丽,宋正旭,等.过量空气系数及喂煤量对回转窑温度分布影响[J].轻金属,2010(1):20-24.

[2]汪永祥,王德彬.采用煤低位发热量计算烟气量方法的探讨[J].吉林电力,2008(10):11-14.