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如何提高窑操在余热发电上的价值

2014/11/22 天瑞集团水泥有限公司 贾华平 窑操余热发电价值 评论0 0

在工艺和装备已经定型的情况下,余热的运行效果与窑操的水平密不可分,如何在中控室获取理想的操作效果,直接关系到余热发电的运行情况和经济效益。从操作员的培养,热力系统的优化,余热发电的考核等方面阐述了如何来提高窑操的价值。 ......

  摘要:在工艺和装备已经定型的情况下,余热的运行效果与窑操的水平密不可分,如何在中控室获取理想的操作效果,直接关系到余热发电的运行情况和经济效益。从操作员的培养,热力系统的优化,余热发电的考核等方面阐述了如何来提高窑操的价值。

  现代水泥技术装备和水泥窑余热发电已经遍布祖国各地,余热发电的基础是水泥窑提供的余热,在工艺和装备已经定型的情况下,它的运行效果与窑操的水平密不可分,如何在中控室获取理想的操作效果,直接关系到余热发电的运行情况和经济效益。

  1    如何培养一个优秀操作员

  优秀的操作员应该能够利用所拥有的全部操作和管理资源,按照应有的程序与方法,根据现场实际作出判断和选择,从而实现最佳操作和管理。

  如何做一个好操作员,操作员进一步发展的方向是什么,操作员在企业中应该发挥什么作用? 换句话讲,企业对操作员应该有什么要求,企业如何培养和用好操作员? 个人要做一个好的操作员,就应该具有一定的“三员”能力,即是操作员、又是技术员、还是调度员;企业要培养一个好操作员,就要给他一定的“三员”权利、机会和动力。

  因为操作员掌握的信息最全面、最直接、最及时,由他们直接的优化操作、进步技术、调度人员,从管理上讲,操作员岗位是最大效率岗位,所有上面的管理岗位和下面的支持岗位,都应该围绕操作员岗位运转。

  企业领导要支持和鼓励操作员向“三员”努力,给他们一定的权利、帮他们树立威信、为他们创造机会,当过操作员、特别是一个好操作员,应该作为生产系统领导的基本任职条件,用不了几年这个企业就会出现人才济济的局面。

  2    正确认识现有的余热发电水平

  我们来看看水泥熟料在生产过程中的热效率是多少,它浪费了多少能源,如果把这些浪费的能源全部转换成电,它又能够发多少电?

  水泥熟料是由钙质原料、硅质原料、铝质原料、铁质原料的混合物,经高温煅烧形成的以硅酸盐矿物为主的多相组成烧结体。在高温热力学条件下,物料经过了扩散分解反应、固相反应、液相烧结等多个主控反应过程。由于所用的原料不同、所得熟料的矿物组成有别,其理论热耗一般波动在1630-1800kj/kg范围内(约390-430kcal/kg),这与所采用的生产工艺没有关系。

  而我们现在的生产工艺,熟料热耗能达到710kcal/kg熟料就已经是先进水平了。也就是说:①现在熟料烧成的热效率约为 54.93%~60.56%;②单位熟料浪费的热能约为 320~280kcal/kg熟料;③这些热能折算成标煤约为 45710~40000g标煤/t熟料;④按国家规定的发电对标系数350g/kWh折算,可发电130~114kWh/t熟料。

  所以说,在水泥工艺没有把热耗降低到710kcal/t熟料以下之前,我们可以挖掘的潜力应在114kWh/t熟料以上,而我们现在采用的纯低温余热发电才仅仅挖掘了40kWh/t熟料左右。

  即使熟料热耗能达到国际先进水平的700kcal/kg熟料,按以上推算,吨熟料浪费的余热仍可发电126~110 kWh/t熟料,还是要比40kh/t熟料大得多。

  所以,不能说我们今天的余热发电技术已经到顶了,纯低温余热发电不应该满足于现状、更不应该排斥其他非纯低温技术的采用。我们的思路能不能再开阔一些,不能把剩余的70多kWh/t熟料的电能白白的浪费了。比如说:① 首先是纯低温余热发电技术的突破,把可利用的温度再降低一些;②  能不能搞一些低品质发电,用于对供电质量要求不高的装置上。比如一般的通风、照明、制冷、空调等;③ 能不能搞一点不纯低温,用少量的其他综合利用资源搞一点补燃。比如有机垃圾、煤矸石等;④ 或者不发电,直接用汽轮机拖动设备;⑤ 或者用于烘干、预热等其他工艺。

  3    关于热力系统的优化

  “余热发电”与“火力发电”相比,相同点都是发电。就发电系统来讲,余热发电没有太多的新东西,而且装备也要小得多,不会有太多的问题。

  所不同的是,一个是“余热”、一个是“火力”,主要区别在热力系统的不同上。进一步讲就是热源的不同,“余热”这个热源与“火力”相比,品质要低得多,利用起来要复杂得多,这才是搞好余热发电的关键所在。

  目前的水泥窑纯低温余热发电,热力系统采用较多的是:“双压系统”和“窑尾蒸汽到窑头进一步加热”的设计,应该说比以前优化了许多,也取得了明显的效果,但还有进一步优化的空间。主要是窑头余热的进一步细分,把短缺的优质余热分离出来,用于锅炉的关键部位,比如:

  (1)在篦冷机篦上的二三段之间加隔墙,防止三段低温废气串入对二段中温废气的贫化;

  (2)将余热发电在篦冷机上的取风口一分为二,实现高温废气与中温废气的分开使用,进一步提高锅炉的蒸发能力;

  (3)在篦冷机的低温区增加一个取风口,作为煤磨用风的主风源,原有中温区的取风口仅作调节温度使用,把原来用于煤磨烘干的中温风让给发电;

  (4)利用窑头排放的废气(还有100多℃)作为篦冷机一二段的冷却风源,抬高余热发电的取风温度,也减少了废气排放;

  (5)进一步增加篦冷机一二段的料层厚度(必要时须对篦下风机进行提压改造),加强熟料中热量的集中释放,提高余热发电取风温度;

  (6)如有必要,可以在三次风管内、或窑头罩内增设蒸发器;或直接取少量的三次风或二次风用于锅炉的蒸发段;或采用有利于综合利用的补燃措施。

  4    窑操如何为余热发电创造条件

  实际上,对于余热发电窑的操作,是既复杂又简单。

  说复杂,是因为操作员被局限在既有的水泥窑和余热发电的工艺和装备上,如果对存在的问题不进行技术进步和改造,他所能发挥的作用是有限的。

  说简单,是因为余热发电要的无非是“供给锅炉足够稳定的温高量足的废气”,而满足这个条件的最佳措施,就是优化和稳定水泥窑的运行。

  既然是水泥窑余热发电,余热发电就是以水泥窑废气余热为基础的发电,没有水泥窑的稳定运行就不可能有稳定的废气余热,稳定的余热发电也就无从谈起。

  比如,喂料和喂煤的质和量的稳定与否,直接关系到能否“供给锅炉足够稳定的温高量足的废气”,它的波动必将导致锅炉温度的忽高忽低,严重时将导致发电系统时而排气运行、时而解列停运。相反,如果熟料系统生产稳定,锅炉与汽轮机的运行负荷就会稳定得多,发电系统就能发更多的电。

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  操作员的职责是在尽量降低水泥窑系统余热的情况下,充分将水泥窑余热用于发电,当然不是让水泥窑给发电系统去创造余热,不能因为为了给多发电创造条件而牺牲了水泥窑的稳定运行。否则,只能是为了多发电而牺牲了水泥窑、牺牲了水泥窑而导致了少发电,以多发电出发而以少发电告终。

  比如,某生产线为了多发电,没有考虑自己原煤水分大、煤磨烘干能力不足的条件,盲目的将去煤磨的烘干用风改为发电用风,导致煤粉水分高达4% 以上,窑内火焰黑火头变长,破坏了窑的原有热工制度,入篦冷机的熟料温度降低,不但影响了熟料的产质量、降低了余热发电的发电量,还导致了熟料电耗、煤耗的增加。

  诚然,如果煤耗没有因多发电而增加,就应该努力多发;如果煤耗在多发电的同时还在减少,不仅说明余热潜力挖得对,更要反省余热的来源及如何降低,但这不影响在降低余热以前,还是应该把这部分浪费的余热尽最大可能的利用起来。除努力稳定水泥窑运行以外,操作员还可以考虑的措施有:

  (1)在前述“热力系统的优化”6条措施改造前,通过操作优化也能部分完成;

  (2)在前述“热力系统的优化”6条措施改造后,在操作上更有了优化空间和手段;

  (3)及时跟踪和调整配料方案,控制合适的熟料结粒,优化发电供风;

  (4)对余热发电来讲,更适合于高KH高SM配料方案,较高的烧成温度会产生较大的余热,这也正是窑外分解窑的优点所在。事实已经证明,双高配料有利于熟料强度的提高,较高的熟料强度有利于节能降耗和综合利用;

  (5)适当控制水泥窑冷却带长度,充分发挥篦冷机的作用,优化发电供风;

  (6)调整篦冷机各室供风,在不影响水泥窑运行的情况下,优化发电供风;

  (7)调整平衡篦冷机各段速度,优化各段料层厚度,优化发电风温;

  (8)对于篦冷机的操作,还要在温度和热焓间作好平衡。热焓取决于废气的温度和风量,而加大风量又会导致温度的降低,只有在满足蒸发温度的情况下,追求最大的热焓供给,才能多发电。

  5   关于余热发电的考核问题

  这是大家争论已久的问题,因为余热发电与烧成煤耗有一定的影响,特别在对一条线的运行考核上,是以多发电为主还是以降煤耗为主,我认为关键要把握一个度,要根据具体情况具体分析、要互相兼顾,不应该因为重视这一方面而否定了另一方面。放之四海而皆准的真理,对局部的具体情况往往不是最佳的方案。

  5.1 按“熟料标煤耗发电量”考核

  “熟料标煤耗发电量” 概念,用于某条线的前后对比,考核其是否取得进步,是一个不错的想法;但对于集团内不同生产线的对比,就显出了他的局限性,由于其工艺、装备、原燃材料不尽相同,决定了他们的煤耗不可能相同,当煤耗降不下来时更应该多发电、更有条件多发电,如果强制的控制发电量,只能是造成人为的浪费而已。

  “熟料标煤耗发电量”的本意是:“防止为提高发电量多烧煤,在降低煤耗的基础上多发电”。后半句是对的,但前半句值得商榷。为什么要“防止为提高发电量多烧煤” 呢?关键是多烧了多少煤、多发了多少电,国家规定的发电对标系数为350g/kWh,如果因为多烧了300g煤而多发了2kWh的电,又有什么不可以呢?事实上这种可能性是存在的。

  余热发电比要淘汰的小火电还要小,它之所以受到国家的鼓励,并不是效率高,而是因为它能利用余热,这是实事求是的体现。对于多烧一点煤如果多发的电投入大于产出、在大的环境中总煤耗是降低的,我们也应该实事求是。

  5.2 按“余热利用率”考核

  某集团在运行考核上:对2005年以前建设的窑,考核指标为40kWh/t熟料;2005年以后建成的非四代篦冷机窑,考核指标为37kWh/t熟料;2005年以后建成的第四代篦冷机窑,考核指标为34kWh/t熟料。根据技术装备水平的先进程度,考虑他们具有的潜力大小,分别设置不同的考核指标,就是概念性的统一考核一个余热利用率。

  举一个极端的例子,设计为四级预热器的窑,可以发到44 ~ 46kWh/t熟料,而设计为五级预热器的窑最多也就能发40~42kWh/t熟料,不能按同一个“熟料标煤耗发电量”来考核。但这么具体的考核指标的制定依据又是什么呢?

  5.3 按“熟料综合能耗”考核

  我们不应该把自己禁锢在“余热发电” 这个小概念上,而必须把自己放在“综合能耗” 这个大概念中。就现有的水泥窑和纯低温余热发电技术水平,正常的余热利用应该在40kWh / t熟料左右,再增加发电量就可能导致煤耗的增加。但企业发电煤耗增加时,国家总的发电煤耗却不一定增加,控制在一定范围内时还可能降低。

  参照国家规定的350g/kWh的发电对标系数,作为集团化的管理考核,为引导各公司寻求最低的综合能耗,应“以40kWh / t为基数,每多发一度电奖励350g / t熟料的煤耗指标”,让各公司根据自己的实际情况追求最佳能效。其结果是,在国家总的电煤不增加的情况下,企业也获得了效益最大化。

  实际上,对某条水泥熟料生产线来讲,余热发电除了对煤耗有影响外,对熟料生产系统的电耗也有影响,余热发电的自耗电量也是一个指标,但不管是煤耗、电耗、余热发电、自耗电量,都是这条线的综合能耗问题。

  我们很难把这些能耗分得清清楚楚,也没这个必要。如果我们不去细抠什么煤耗、电耗与发电,而是直接考核这条线的综合能耗不是更全面、更合理吗!事实上这是行得通的最佳考核方法:

  熟料综合能耗 = 系统总煤耗 +(系统总电耗–余热发电)×K

  系统总煤耗:包括烧成煤耗、余热发电等增加的煤耗;

  系统总电耗:包括烧成电耗、余热发电增加的烧成电耗、余热发电自耗电等;

  K:为煤电转换系数。

  如果按国家规定的350g / kWh的发电对标系数,则K为0.35kg ;

  如果以企业效益最大化考虑,按一般水泥企业进厂煤价0.8元 / kg、电价0.6元 / kWh、余热发电综合成本0.2元 / kWh计,则:K = ( 0.6–0.2 ) / 0.8 = 0.5kg

  进一步讲,就是在余热发电上,如果“补燃或变相补燃” 能降低综合能耗就可以适当补燃;当然,补燃不一定是烧煤,生活垃圾、木业垃圾、矸石煤泥、工业有机垃圾、农业秸秆稻壳、食品工业的排渣等,都可以作为补燃的材料,既避免了这些垃圾对环境的影响,又增加了单靠余热发电没有用完的低温余热的利用,不是很好吗?

(责任编辑:王欣欣)

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