余熱發電對水泥生產線的影響及協調措施

□□謝培順,彭明通

余熱發電對水泥生產線的影響及協調措施

The Effect and Solution of Waste Heat Generation on Cement Production

□□謝培順,彭明通

1 引言

近年來，隨著我國水泥工業工藝及裝備技術迅速發展，數百條千噸級干法水泥生產線陸續投產，為水泥窯純低溫余熱發電技術及裝備的推廣應用創造了條件，截止到2008年，有263條新型干法熟料生產線裝有余熱利用電站，裝機容量達1662MW，2009年預計投運的余熱發電生產線232條，安裝發電機組181臺，裝機容量達1677MW[1],余熱發電技術不斷進步發展。但是由于窯系統是一個復雜的系統工程，從已配套純低溫余熱發電水泥生產線的生產實踐情況來看，余熱發電系統不同階段都會對水泥生產線產生一定的影響。

2 余熱發電站建設調試期對生產線的影響

水泥窯余熱發電站的建設和熟料生產線的建設可以采取同步設計、同步建設的方式，或者同步設計、分步建設的方式，也可分步設計、分步施工，具體要根據企業、設計、施工單位情況而定，各有利弊。

對于已投產運行的熟料生產線，由于生產線工藝過程已趨成熟和穩定，比如，燒成熱耗、熟料產量、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都已明確，因此在進行余熱發電理論分析、計算和設備選型時要以實際參數為準，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生產對接，對施工進度也需要有更高更嚴的限制，才能保證發電系統及時調試和并網發電。

對于新建的熟料生產線，同步建設余熱發電站，即在窯尾、窯頭設備安裝未完全結束時，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，但是現場協調量加大，安全隱患加大，鍋爐調試階段有時會給窯系統正常運行帶來影響，如A廠5000t/d熟料新型干法水泥生產線余熱發電系統2008年5月20日投產并網發電，在調試初期，由于窯尾用風沒有探索出較為合適的比例，窯的用風操作與鍋爐取風不協調，還有追求高發電量的傾向，使窯尾拉風過大，出一級筒的溫度高達350～370℃，比投用余熱發電前高出30～50℃，同時窯尾、窯頭用煤比例也發生了變化，而生料投料量偏低。雖然窯尾煙氣溫度越高有利于發電，但是發電不是目的，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，造成爐內積料，在振打清灰時揚起大量的粉塵，驟然增加了高溫風機的負荷，導致高溫風機過流跳停。

3 余熱電站運行期對生產線的影響

3.1 對高溫風機的影響

B廠5000t/d熟料新型干法水泥生產線利用低溫余熱發電技術建成的裝機容量8.6MW余熱發電工程于2007年4月15日投入運行，運行中出現了高溫風機進口頻繁塌料故障，塌料時高溫風機電流由正常值130～155A急劇升高到250～305A，轉速由880r/min分直線降為650r/min，進口負壓由7000MPa減少到5000MPa左右，現場能夠聽到高溫風機發出“哼哼”的響聲，能看到灰塵從高溫風機外殼溢出，數秒后增濕塔下面的回灰螺旋輸送機向外冒灰，同時預熱器也出現塌料，窯頭正壓，嚴重時出現返火，危及巡檢人員及窯頭攝像頭等設備的安全，原料磨也因進磨熱風風量突然減少導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，高溫風機進風管內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，經檢查SP余熱鍋爐振打裝置，發現有兩處振打角度不對，振打力度不夠，經校正，系統塌料現象消除。

這是因為余熱鍋爐整體結構具有較多的煙道轉彎，圓變方漸擴形煙道等截面突變結構，使煙氣流動的溫度場和速度場出現不均勻分布，降低了煙氣沖刷受熱面的有效性，增加受熱面金屬耗量，也使受熱面傳熱能力減少，更為嚴重的是，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。因此窯尾設置的機械振打裝置運轉的可靠性是余熱鍋爐管理的一個關鍵點。

3.2 對中卸烘干生料磨的影響

C公司2500t/d熟料生產線生料粉磨配用?4.6m×（10＋3.5）m中卸烘干磨，設計為圈流粉磨，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著大量的物料，嚴重阻塞下料管和熱風入口，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SP爐錐部下料不暢或阻塞時，生料立磨臺時產量下降，磨機工況不穩，振動較大，對生料立磨安全運行不利。

3.4 對窯用風的影響

（1）AQC爐投入后會造成窯頭電收塵器入口溫度低、負壓大和窯頭排風機電流變大，應及時調整入口閥門，保持窯頭負壓，避免窯所需二次風量不夠，窯內通風量無法滿足噴入煤粉燃燒所需的氧含量，窯內存在還原氣氛，輕則出致密黃心料，重則煤粉燃燒不完全導致窯內結圈。如D公司2500t/d生產線在余熱發電系統投運前，窯況正常，產量在2800t/d左右。2009年3月余熱發電系統投運后，一方面由于煤磨烘干用風的取風口后移，熱風溫度約降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壓由－30Pa左右調整為－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℃，煙室負壓也逐漸升高，后加大煤磨系統拉風、降煤水分、調整窯頭負壓至－15Pa左右，情況有所緩和，經過兩天的穩定煅燒，窯圈垮落，系統恢復正常。這是因為煤水分增加，煤粉燃燒時，需蒸發水分，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控，窯中控操作員是根據窯尾煙室溫度來操作的，在這種情況下，操作員往往誤認為窯系統溫度正常，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，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，將未熔的物料粘接在一起，造成結圈。

（2）SP爐的啟停和入爐煙氣的調節涉及到窯系統工況的波動，SP爐啟停操作和風量的調節時，原則上只要保持C1出口負壓和溫度不變，就不會影響到窯系統的穩定，實現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機頻率或液力耦合器轉速三者之間的協調操作。SP爐運轉時，由于入高溫風機比SP爐投入前煙氣溫度會降低，氣體的密度會增加，風機的阻力也會增加，C1的負壓及高溫風機電流都會變化，所以中控操作時高溫風機電流變化是平衡操作所需重視的一個重要特征參數和緩慢調節的一個重要依據，高溫風機頻率或液力耦合器轉速控制目標是：在盡量維持C1出口負壓穩定的同時，高溫風機的電流不超過額定值。

4 協調余熱發電和水泥熟料生產線的措施

對于帶中卸烘干生料磨的系統，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的問題，經過認真研究，認為揚料板間距過小是導致受潮物料入磨后不能翻轉的重要原因，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，再沒有發現磨機端部積料現象，烘干效果也較理想，生料磨廠質量又恢復到SP爐投運前的水平，能滿足水泥窯的需要。

要經常檢查SP爐下料是否通暢，一旦發現有下料不暢的情況，應立即處理，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，粉塵預分離技術，清灰及除灰技術，實現對受熱面及通流結構密封設計，高效傳熱元件設計及高效傳熱元件換熱、阻力特性理論推導及試驗研究的創新性突破。采取特種工藝，減少鍋爐磨損和系統阻力問題。

（2）采用內置式沉降室、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，減少了系統阻力，系統阻力比以前降低了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遠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，節省了投資，減少了設備、煙風管道的散熱，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熟料生產線原窯頭為NC型四通道煤粉燃燒器，由于余熱發電投入后二次風量有些波動，已不能適用窯的煅燒，表現為有時火力不集中，熱力強度不高，窯大齒輪位置經常長圈，原一次風壓為19kPa，后改為法國PILARD公司的Rotafiam高推力燃燒器，一次風壓25～35kPa以上，保證了煤燃燒所需的推力要求。

（4）余熱鍋爐的運行應不影響水泥生產，所以鍋爐啟動和維護必須堅持“副業服從主業，主業兼顧副業”，既要保證產業安全又要保證產業經濟，統籌兼顧，安全第一，保證窯及余熱鍋爐穩定。

（5）高度重視窯尾煙室、增濕塔和鍋爐等三個系統的漏風影響，從根本上加強堵漏密閉工作，盡量減少漏風，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]曾學敏.余熱發電為水泥工業再創輝煌[J].中國水泥網，2009，（3），24－27.

[2]楊光志，李中峰，等.?4.6×（10＋3.5）生料磨烘干倉的改造[J].水泥，2009，（4），53－57.

[3]張云成.余熱鍋爐隨窯啟動及窯相互影響的探討[J].水泥，2008，（12），33－35.

[4]郭量，萬清蓉.新型干法水泥廠純低溫余熱發電站的建設和調試[J].2003，（4），7－10.

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TQ172.625.9

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1001－6171(2010)05－0095－03

2010－01－23；編輯：沈穎