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水泥窑余热发电不达标原因分析及解决措施

2018/11/30 华北水利水电大学学报(自然科学版)

制约水泥窑余热发电量的因素有许多,比如工艺、窑型、燃料、原料、分解炉、预热器、蓖冷机、风机等。依据设计规,笔者结合运行参数、操作等方面,从运行角度对水泥窑常见的不达标原因进行分析,为余热发电的达标提供一些调试运行经验。......

  在我国,水泥窑低温余热发电技术得到了广泛的应用,无论是工艺技术、设备、土建施工、安装调试、还是运行均已相当成熟。从目前已投产项目运行情况来看,一些余热电站发电量超过设计值,余热资源利用充分;但还有相当一部分水泥窑余热发电量达不到设计值。制约水泥窑余热发电量的因素有许多,比如工艺、窑型、燃料、原料、分解炉、预热器、蓖冷机、风机等。依据设计规,笔者结合运行参数、操作等方面,从运行角度对水泥窑常见的不达标原因进行分析,为余热发电的达标提供一些调试运行经验。

  1常见不达标原因

  不达标是指水泥窑余热发电量未达到设计值,此时需分析关键运行参数:发电量、锅炉进出口烟气温度、负压、锅炉出口蒸汽参数(流量、压力、温度)、汽轮机进汽参数等。

  发电量的多少不仅与窑本身余热条件、工艺、设备、燃料有关,同时也与水泥、发电两专业的配合程度、窑操的操作水平及操作特点有很大关系。

  1.1水泥窑实际可利用余热烟气量偏低

  国内5 000 t/d水泥窑余热发电窑头余热锅炉( Air Quenching Cooler Boiler,简称AQC炉)和窑尾余热锅炉(Suspension Preheater Boiler,简称SP炉)设计平均烟气量分别为240 000 Nm'/h和340 000 Nm'/h,实际可利用余热烟气量未达到设计参数,具体表现如下。

  1.1.1 SP炉进口烟气量偏小

  SP炉出口废气要用于原料磨烘干用风,其温度需要满足生料烘干所需温度。余热电站实际运行中,如果锅炉出口排烟温度低于设计值或者锅炉进出口压差明显偏小,说明进入锅炉烟气量可能过小。

  SP炉进口烟气量未达到设计值的主要原因是锅炉旁路阀未完全关闭。在运行中,旁路阀可以随时调节进入原料磨烟气的温度,锅炉旁路阀打开,部分烟气直接进入水泥窑原工艺系统,将不再经过锅炉换热,实际进入锅炉的烟气量减少。

  旁路阀的开度与原料磨的种类、自然条件及操作水平有关:水泥窑原料磨分为管磨、立磨和辊压机3类,其中管磨运行所需温度最高,为230℃以上,立磨需要200一220℃,辊压机所需温度最低,大约160一170 ℃;不同地区由于自然条件的不同,导致旁路阀的开度不同,特别是雨季,原料水分含量高,原料磨需要更高的烘干温度;窑操的操作水平不同。

  1.1.2 AQC炉进口烟气量偏小

  窑头AQC炉出口废气在生产中没有利用,其排出的废气经收尘后排放。在余热锅炉设计中,其排烟温度一般为100℃左右,如果锅炉排烟温度较低,则说明废气量偏小;同时因为AQC炉受热面不能被充分利用而导致SP炉给水温度较低,影响AQC炉及SP炉产汽量。

  另外,设计锅炉进出口烟气压差为600800 Pa,如果余热发电中控显示的锅炉进出口压差明显偏小,表明进入锅炉烟气量过小。

  1.2 水泥窑实际余热烟气温度偏低

  5 000 t/d水泥窑余热发电采用双压技术,窑头AQC炉和窑尾SP炉设计平均烟气进口温度分别为380℃和320 ℃,进口温度过低将导致锅炉解列。水泥窑余热发电锅炉进口烟气温度偏低的主要表现如下。

  1.2.1进入SP炉烟气温度较低

  SP炉入口烟温主要由水泥窑预热器C1级出口温度决定,根据水泥工厂设计规范,采用五级预热器时不应高于320℃,余热发电设计SP炉入口烟温为320℃,实际运行时,有些水泥窑在310℃以下,造成余热利用温度偏低。

  1.2.2进入AQC炉温度较低

  水泥窑窑头蓖冷机余风温度为250一300℃,如图1所示,余热发电设计时,从蓖冷机中前部引出管道,抽出380℃左右的废气滤去大颗粒粉尘后引至AQC炉,进入AQC炉烟气温度较低可能原因如下。

  a.取风点位置靠后。余热发电可利用热量主要集中在蓖冷机I段、I(段,为了不影响二、三次风的温度及风量,保证水泥窑正常生产,余热发电取风口设在蓖冷机二段前部,如果取风口设置过后,可能导致锅炉入口烟气温度偏低。

  b.蓖冷机料层厚度不够。原水泥窑一般要求“薄料快烧”,如果蓖冷机料层厚度不够,冷却风穿透料层来不及充分蓄热升温,将导致窑头废气温度较低。

  1.3余热电站设计和安装存在缺陷

  1. 3. 1管道设计缺陷

  a.烟气管道。烟气管道设计不合理,例如角度不够将导致管道内部产生积灰,影响通风量,造成锅炉蒸发量不足。

  b.蒸汽管道。蒸汽管道设计不合理将影响疏水、并汽、解列、单线考核等。另外管道内径太大,蒸汽流速底,将引起蒸汽温降较大。

  1.3.2保温设计及安装缺陷

  热量散失是影响余热电站项目达标的主要因素之一,因此保温效果也决定着余热电站系统发电量是否达标。发电量高低主要是由风量和废气温度决定的,在保证风量足够大、温度足够高的情况下,如何保证系统余热热量能够尽可能多地用来发电,取决于保温措施的好坏。

  a.烟气管道。

  余热发电发展时间较短,早期水泥窑保温仅考虑了防烫伤及结露要求,标准过低。配套余热发电后,原有设备及烟道热量损失较大,另外新增烟气管道及设备保温不当,例如阀门未进行保温等,都影响余热利用。

  烟气管道及设备的主要保温部分为:窑尾预热器C1级出口至SP炉入口管道;高温风机出口到原料磨进口;蓖冷机抽气口至AQC炉人口管道;烟气管道阀门;烟气管道支座。

  b.蒸汽管道。

  蒸汽管道、阀门保温不佳,将导致锅炉蒸汽出口到汽机进口温降过大。

  1.4水泥窑工艺及设备制约

  水泥生产线的超产能力、风机性能裕量以及蓖冷机结构都会影响余热发电量。

  余热发电系统稳定的前提是水泥工艺系统的稳定,水泥窑的较大波动将迫使余热锅炉的解列,余热电站无法正常发电,更谈不上达标。此外,早期投建的一些水泥生产线选用的设备比较陈旧,且未考虑配套余热发电项目的预留空地。

  蓖冷机的窑头罩、蓖冷机风室、蓖板液压缸推力、蓖速、鼓风机及蓖床跑偏影响料层厚度控制等因素均会直接影响窑头AQC炉烟气量和烟气温度。窑头风机能力不足将导致进人AQC炉烟气量不足。

  2解决措施

  2.1做好前期设计、安装工作

  余热电站依附于水泥窑,熟悉水泥窑运行特点对于水泥窑与余热发电系统有机衔接极为重要,是整个余热电站工艺设计及车间布置的主要依据。

  热工标定是余热电站参数设计的依据,余热发电项目遵循“以热定电”原则,水泥窑可利用余热量决定余热电站装机规模、设备选取及工艺设计。

  国内外即使是相同生产规模的水泥窑,由于设计、地域、业主的不同,在工艺流程、设备结构形式、收尘方式、烟气冷却方式以及运行水平等方面存在差异。余热发电需要针对各条水泥窑的特点,选择最佳工艺系统、参数和设备型号,避免设计和安装缺陷。

  好的保温防冻措施对于高寒地区尤为重要。设计中需要针对工程自然条件做好保温设计,对汽包、给水操作平台、取样及加药装置等增加保温小室,对仪表及导管采用保温箱、电伴热或蒸汽伴热,同时考虑设备、汽水管道、烟气管道等部位的保温设计。后期查找管道阀门等容易疏漏的位置,重新进行保温或者更换保温材料。同时对重要点控进行监测控制。

  2.2借鉴改造经验

  2.2.1蓖冷机鼓风改造

  更换蓖冷机 I 段蓖下鼓风机:I段蓖下鼓风压力由10 kPa提高到15 kPa; I段蓖下鼓风风量增大50%;更换蓖下鼓风机为调频风机,在保证熟料冷却前提下,调整鼓风量; I 段、n段风室全部改造为充气梁形式。改造液压缸推力,满足厚料层运行需要。

  2.2.2煤磨取风改造

  水泥窑煤磨在窑头时,将蓖冷机中前部抽取的高温风和窑头AQC炉旁路阀前的余风混合作为煤磨用风,可减少煤磨起停对余热发电的影响,提高系统余热利用效率,减少系统电耗。

  2.2.3循环风改造

  在东北地区,冬季进人窑头鼓风机的空气温度达到一20一30℃,如果将锅炉排放的烟气混合适量冷风,使其温度降到20℃后进行循环利用,仍能保证熟料的正常冷却,将使进人蓖冷机的冷却风温度增加50℃左右,从而提高锅炉进口烟气温度。

  2.2.4头排风机改造

  增加余热发电系统后,窑头头排风机进口阻力相应增加1 200 Pa左右,造成风机能力不足,因此,对头排风机的改造有利于增加AQC炉进口烟气量。

  2.3提高窑操水平

  操作人员影响余热发电项目不达标的主要原因在于经验不足或与余热电站运行人员缺乏交流合作。水泥生产线增加余热发电以后,窑操难度有所增加,例如:为了提高AQC炉烟气温度而减少蓖冷机的鼓风量,将很难保证熟料的冷却温度;为了提高AQC炉的烟气量而拉大窑头风机,结果导致烟气温度降低,且不能保证蓖冷机的负压;蓖床下风机压力、液压缸推力无法满足;蓖速难调整,料层厚易压死蓖床。

  因此,应采取相关措施,激励窑操人员提高认识,尽快积累经验,在不影响水泥质量、产量的同时,摸索最佳运行方式,尽可能把余热多送到锅炉,多发电。操作要求如下:水泥窑喂料量要保持稳定,产量忽大忽小将导致AQC炉无法运行,一般而言,熟料产量越高,发电量也越高;探测进原料磨的最低风温,窑尾SP炉的旁路阀尽量全部关闭,使窑尾烟气余热能得到充分利用;求得蓖冷机最佳料层厚度及鼓风量,按照配套余热发电后的窑头操作要求进行窑头操作;控制进煤磨的最低温度和风量,确保多发电;为保证系统设备的安全运行,操作上尽量避免大幅调整,保证废气温度稳定;加强窑操和余热发电运行人员的沟通配合,尽可能把余热调到余热发电,在水泥和发电两个系统都稳定的前提下,逐步提高发电量。

  3 结语

  余热发电是最大限度利用水泥窑的余热,在不影响熟料热耗及水泥窑正常生产的前提下,遵循以热定电。

  a.余热发电系统依附于主线,余热发电任何情况下决不能影响主线生产。

  b.不能以增加热耗来提高发电量。

  C.应遵循以热定电的原则。

  d.相同熟料热耗的前提下,发电量多少取决于窑操,建议在不影响主线生产前提下,窑操尽可能把余热调送到余热电站系统用来发电。

  e.提高余热电站相对窑的运转率,使水泥线排放的余热同步转化为电能。

  总之,余热发电工程要建设好,更要操作运行好,要按期顺利达标达产,需多方共同努力。要立足现实,借鉴经验,对关键参数进行调试,使发电量尽快达标。

(责任编辑:周程)

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