提高水泥窯9MW純余熱電站發電量的嘗試

郭立新 中材羅定水泥有限公司

中材羅定水泥有限公司一期工程的4500t/d水泥熟料生產線于2011年10月底投產，12月就實現了熟料月達產。公司在2012年1月對該熟料生產線進行了熱工標定，在標定的基礎上，根據生產線實際生產時窯頭窯尾排放的廢氣參數，最終確認了生產線配置9MW純低溫余熱發電系統。

1 電站建設

1.1 熱工標定結果

標定期間，窯投料量在380t/h左右，折合熟料產量基本在5630t/d左右。

（1）窯頭篦冷機去電收塵廢氣管段相關參數

窯頭篦冷機去電收塵廢氣管段相關參數見表1。

表1

測試期間煤磨處于正常運行狀態，煤磨取風口位于篦冷機二段前部。從測試數據來看，篦冷機尾部所排廢氣平均溫度達到318℃，基本正常，測試期間窯況有一定的變化，篦冷機尾部所排廢氣溫度在305～325℃間略有變化，對比投產近三個月來的窯頭電收塵器入口溫度的長趨勢記錄，此次標定的溫度基本能反映生產線平時生產狀況；風量與負壓基本正常。

（2）窯尾C1預熱器出口管段相關參數

窯尾C1出口管段風量測試數據見表2。

表2

從測試數據看，窯尾C1出口平均溫度347℃，與當時生產線中控顯示溫度基本相符，對比投產近三個月來的窯尾預熱器C1出口溫度長趨勢記錄，發現窯尾C1出口溫度在325～345℃之間，由于此次標定期間熟料f-CaO偏高，窯投料量略減低，為380t/h，低于投產近三個月來380～390t/h的平均水平，窯操作員有意提高溫度煅燒，所以造成了C1出口溫度較平時偏高。風量與負壓基本與此時產量相符。

窯尾C1出口管段廢氣成分測試數據見表3。

表3

從測試數據來看，CO為0.01%，說明窯系統內燃料的燃燒比較完全，O2含量基本正常。

（3）煤磨及生料磨系統相關測試參數

煤磨及生料磨系統相關測試參數見表4。

表4

1.2 電站配置方案

該生產線余熱電站的配置，一是利用窯尾預熱器C1出口的廢氣設置一臺余熱鍋爐（簡稱SP爐），設計參數為359000Nm3/h，340±20℃；二是窯頭篦冷機二段篦床前、中部取出的廢氣設置一臺雙壓余熱鍋爐（簡稱AQC爐），設計參數為220000Nm3/h，380℃。發電系統設置為1臺9MW補汽凝汽式汽輪機和1臺10MW發電機，鍋爐主汽參數為1.35MPa，340～360℃；汽機主汽進汽參數為1.25MPa，340±10℃，補汽參數為0.2MPa，150℃。在電站的總體配置上，堅持不以提高發電量而增加熟料生產熱耗的原則，為不增加熟料生產的煤耗，不采用抽取三次風或窯頭罩等高溫風進行蒸汽過熱的手段。

2 電站投產后運行情況

2.1 電站投產初期效果

余熱電站2012年5月底投產后，7月份即實現相對于窯系統的100%連續運轉，8月和9月，余熱電站和回轉窯共同實現了連續兩個月100%運轉。

從余熱電站投產后7月份的運行數據看，篦冷機去煤磨的熱風溫度360～450℃，與1月份熱工標定時估算溫度基本相符，說明電站投運沒有影響煤磨的烘干熱風，窯尾C1出口溫度在320～340℃間，較1月份熱工標定時溫度低，也低于SP鍋爐的設計入口溫度，主要是因為窯產量增加造成C1出口溫度降低。整個7月份，窯二次風溫與電站投運前相比，變化不大，但從窯頭篦冷機二段前、中部取出的AQC爐入口廢氣溫度卻在260～400℃間大幅波動，且難以控制。因此7月份AQC爐入口廢氣溫度波動幅度大且總體偏低，故7月份余熱電站雖然實現了相對于窯系統的100%連續運轉，但月度噸熟料發電量只有30.1kWh/t，月平均發電功率7.51MW。

2.2 提高發電量的措施及效果

在2012年7月底通過對熟料生產線再次進行了熱工標定，標定期間窯投料量在390t/h左右，折合熟料產量在約5800t/d。經過標定，測算出SP鍋爐入口廢氣標況風量約為300000Nm3/h，SP鍋爐旁通處漏風約為50000Nm3/h，SP鍋爐入口溫度325～335℃間；AQC爐入口廢氣溫度260～400℃間波動，廢氣標況風量約為230000Nm3/h，AQC鍋爐旁通處漏風約為50000Nm3/h，漏風廢氣溫度120～160℃，因篦冷機尾部排出少量低溫廢氣，對余熱電站AQC爐蒸汽產量影響不大，所以通過本次標定，雙方確定今后穩定和提高余熱電站發電量的主要途徑是：

（1）對SP鍋爐旁通閥進行密封處理，減少旁通處漏風，提高SP鍋爐蒸汽產量。

（2）通過調整生料配比、控制篦冷機料層等手段，提高篦冷機內散熱效果，穩定和提高AQC爐入口廢氣溫度。

分析發現4500t/d水泥熟料生產線所配置的篦冷機（第三代篦冷機，三段活動篦床，九個風室）冷卻面積達147m2，相對于5800t/d的熟料產量，篦冷機一、二段風室風機和固定篦梁充氣風機的風量足夠大，熟料在篦冷機一段已進行了充分的散熱。要穩定和提高AQC爐入口廢氣溫度，關鍵還是在不影響窯二次風溫的情況下，穩定住篦冷機一段篦床的料層，把熟料熱量往二段篦床后移，首先采用減少一段篦床充氣梁冷卻風機風量和1#、2#、3#風室風機風量的辦法，取得一定成效，但出窯熟料的短時變化很容易壓住一段篦床，且各風室間有竄風現象，一旦壓住了一段篦床，調整周期很長，后來又嘗試把一、二段篦床的各充氣梁冷卻風機和一段篦床下的1#～3#風室風機的風門恢復到100%開度，二段篦床下的4#～6#風室風機的變頻器也恢復到50Hz，讓操作員專心通過調篦床篦速來穩定住料層和控制入AQC爐溫度，只通過調整三段篦床下的7#～9#風室冷卻風機的變頻器頻率來控制出篦冷機的熟料溫度、維持窯頭罩壓力。經過一段時間的摸索，操作員通過調整篦床篦速，摸索出了較合適的各風室風壓參數和冷機傳動壓力控制參數，對篦冷機來說，基本參數確定為1#風室風壓控制在7200～6800Pa，2#風室風壓控制在5500～6000Pa，4#和5#風室風壓控制在4700～4500Pa，篦冷機傳動壓力控制在9.5～7.5MPa），當然，隨著生料成分、煤粉灰分成分、投料量等的變化，還要適時調整。總的來說，逐步穩住了篦冷機料層，在不影響窯二次風溫的情況下，AQC爐入口廢氣溫度基本在300～380℃間波動，而且波動頻率大大減少。

在穩住篦冷機料層的情況下，又從以下幾個方面入手，來提高余熱電站發電量：

（1）控制熟料結粒，提高篦冷機中熟料的散熱效果。把熟料SM維持在2.6～2.7間，通過原料調配站r-射線儀密切監控原料SM的變化趨勢，發現異常時及時進行調整，密切關注進廠煤質量的變化情況，必須對進廠煤的質量進行連續化學分析，每次原煤預均化堆場內更換原煤堆區時根據煤質的變化調整原料配料，最大限度的降低煤質波動對熟料結粒狀態的影響。

（2）改造篦冷機風室密封，對風室內傳動口改用金屬密封減少篦冷機風室間竄風，這對于穩定篦冷機料層起到了很好的作用。

（3）改造煤磨烘干熱風的取風口，生產中篦冷機去煤磨的熱風溫度360～450℃，由于煤磨進口摻冷風后實際入磨風溫不超過300℃就能保證系統用風要求，從篦冷機至電收塵的風管上增加一路風管至煤磨，減少了從原來篦冷機二段篦床前部取風口的取風量，減少煤磨進口原冷風閥的冷風摻量，增加窯頭AQC鍋爐的熱風溫度。

（4）窯尾SP爐旁通閥進行密封處理，利用停機時間對SP爐旁通百葉閥的葉片邊沿加裝密封板以減少漏風對SP爐蒸汽產量的影響。

在2012年8月份以后的生產中，上述調整措施逐步落實，并收到了較好的效果，余熱發電量穩步提高。2012年7～10月熟料產量和發電量統計情況見表5。

表5

從表5可以看出，通過上述提高余熱電站發電量的措施，窯頭AQC鍋爐的入口熱風溫度逐步穩定并提高，特別到了9月份后，窯頭AQC鍋爐的入口熱風溫度很少低于300℃以下，波動幅度繼續減小，頻率變少，余熱電站發電量穩步提高，平均發電功率達到了設計指標(設計指標為8365kW)，而且二次風溫同余熱電站投產前相比沒有下降，保持在1130～1200℃，說明沒有影響窯系統熱耗。