三次風鍋爐在水泥窯余熱電站的應用

汪佳杰

1 前言

近年來，我國水泥工業得到了快速發展，水泥窯生產過程中排放的大量廢氣余熱不僅污染環境，而且還影響水泥企業經濟效益的提高。隨著新型節能技術的推廣應用，充分利用有限的資源和發展水泥窯余熱發電項目已經成為水泥行業發展的一種趨勢，也完全符合國家產業政策。通常情況下，水泥企業僅設置窯頭、窯尾余熱鍋爐的純低溫電站，但由于窯頭冷卻機取風參數的波動性較大，直接影響了窯頭余熱鍋爐主蒸汽的穩定性，所以決定本方案采用帶三次風鍋爐系統的余熱電站。該余熱電站提高了蒸汽的初參數，保證了主蒸汽參數的穩定性，一定程度上提高了發電量。

2 熱力系統流程

根據某公司7 500t/d水泥窯的實際運行情況，確定其窯頭、窯尾及三次風余熱鍋爐煙氣參數，從而制定鍋爐的換熱形式。窯頭（AQC）余熱鍋爐設置兩段，不設過熱段，以最大限度地提高飽和蒸汽量。窯頭（AQC）余熱鍋爐I段為飽和蒸汽段，產生23.3t/h、1.9MPa、210℃的飽和蒸汽；Ⅱ段為熱水段，其產生的130℃的熱水分為兩部分，一部分提供給窯頭（AQC）余熱鍋爐I段，另一部分提供給窯尾（SP）余熱鍋爐，SP余熱鍋爐產生34.6t/h、1.9MPa（a）、210℃的飽和蒸汽，送至三次風余熱鍋爐中過熱。三次風鍋爐將AQC余熱鍋爐與SP余熱鍋爐產生的飽和蒸汽過熱后，送至汽輪發電機組做功產生電能。做功后的乏汽通過冷凝器冷凝成水，凝結水經凝結水泵送入真空除氧器除氧，再經給水泵為窯頭（AQC）余熱鍋爐省煤器段提供給水，從而形成完整的熱力循環系統。熱力系統見圖1。

圖1 熱力系統示意圖

3 三次風余熱鍋爐結構特點

三次風過熱器采用臥式結構，整體采用混流布置，內部布置三組光管過熱器，外部為包墻汽冷膜式過熱器。

第一組為低溫過熱器，采用拉稀管，錯列、順流結構，該結構可以避免對受熱面管子的磨損，最重要的是可以避免過熱器的高溫腐蝕和堵灰。此級爐側兩邊各開一個檢查孔，以供觀察及清灰。

第二組為高溫過熱器，錯列、順流。第三組為低溫過熱器，錯列、逆流。高低溫過熱器間設有噴水減溫器，用來調節蒸汽溫度，保證發電安全。

汽冷膜式過熱器內側敷設耐磨澆注料或耐磨磚，外側采用輕質保溫層，這樣可以避免漏風、降低表面熱損失、減少爐墻投資。汽冷膜式過熱器前部為“L”型轉角輻射煙道，可以預分離掉一些大顆粒的灰塵，可有效降低進對流受熱面的溫度，提前析出煙氣中的粘結性成分，減輕對流受熱面的堵灰情況，同時避免管子受高溫腐蝕。沿煙氣方向布置有三個落灰斗，可有效保證鍋爐中沉降的積灰及時排出。

4 三次風余熱鍋爐設計特點

在設計工況下，905℃的部分煙氣由水泥窯三次風管道取出，送入三次風余熱鍋爐（ASH），換熱后煙氣溫度降至595℃，回風至原三次風管道。在鍋爐取、回風之間的三次風管道上設置用于調節三次風鍋爐進風量及解列鍋爐的閘板閥。經計算三次風余熱鍋爐可以產生1.7MPa（a）、420℃的過熱蒸汽。詳細參數見表1。

表1 詳細參數

三次風鍋爐（ASH）的入口煙氣溫度較高，物料容易在過熱器上粘結，容易發生積灰和結焦問題，這不僅影響傳熱效率，造成蒸汽溫度下降和排煙溫度升高，引起過熱器超溫和高溫腐蝕，而且嚴重時造成過熱器爆管，因此設計時在低溫過熱器處采用拉稀管，適當加大高溫過熱器集箱管束排布間隙。三次風鍋爐本體采用激波脈沖清灰裝置，沿煙氣方向布置有三個落灰斗。應根據實際的煙氣含塵量和現場實際運行情況，適當增加激波脈沖清灰的頻率，定期對受熱面進行清灰，保持受熱面傳熱良好。

由于三次風鍋爐進出口煙氣溫度較高，導致鍋爐的落灰溫度也相對較高，這就對鍋爐下料裝置提出了更高的要求。下料設備最高使用溫度應達到600℃，并在下灰管道與拉鏈機之間設置一個空氣斜槽，通過向斜槽中通入空氣對三次風鍋爐下灰進行初步冷卻，避免溫度過高導致拉鏈輸送機受熱變形。由于振打落灰中會有較大的片狀結焦物，且體積較大，為避免堵塞下料器，需選用翻板閥，避免采用回轉型星型下料器?？紤]到落灰溫度較高會產生較大的熱膨脹量，布置拉鏈機時應避免其長度過長，若輸送距離較長，應盡量采取兩條拉鏈機倒運的方式。同時，拉鏈機應配有彈簧自動拉緊裝置，以適應溫度變化導致的鏈條長度變化。

由于水泥窯本身的生產特點，在實際運行中，進入窯頭、窯尾的廢氣量及廢氣溫度是不斷變化的，窯頭和窯尾鍋爐供給三次風余熱鍋爐的飽和蒸汽量也是不斷變化的。蒸汽量和煙氣溫度均變化較大，過熱器壁溫隨之波動，容易造成超溫。過熱器壁溫周期性的波動引起交變應力而使其產生疲勞損傷，容易造成高溫腐蝕，嚴重時造成過熱器爆管。設計時應在ASH鍋爐過熱器集箱加裝噴水減溫裝置，將汽溫和壁溫控制在合理范圍內，避免超溫。

5 結語

三次風余熱鍋爐將窯頭余熱鍋爐與窯尾余熱鍋爐產生的飽和蒸汽加熱成過熱蒸汽，提高了進入汽輪機蒸汽的初參數，提高了余熱利用率，降低了機組汽耗率，大大提高了余熱電站的發電功率。三次風余熱鍋爐能靈活適應水泥生產線窯頭、窯尾生產中煙氣波動的特點，保證進入汽輪機蒸汽參數的穩定性，滿足節能減排的要求，增加水泥企業的經濟效益?！?/p>