水泥窯余熱發電工程設計施工優化措施

李升華

(廣州聯華建筑安裝有限公司，廣東 廣州 510000)

水泥業整體的能源損耗量是巨大的，與此同時，也會造成一定的能源的浪費，即使采用最為先進的干法工藝依然有接近35%的低溫余熱被大量的浪費掉，真正被有效利用的余熱量是非常少的。水泥窯余熱發電是與國家節能減排政策相吻合的一種發電技術，通過多年的發展，余熱發電技術發生了翻天覆地的變化。從整體運行效果分析，水泥業的發展能夠推動該行業很好地發展，同時也能為相關企業創造意想不到的社會經濟效益。此外，由于系統熱量的散失，使溫度比較低，造成系統并未達到最佳的預期發電目標，但是導致這一現象的產生原因是由各方面因素共同作用的結果，具體包含設計因素、安裝因素、運行操作因素等。水泥窯余熱發電技術在我國起步比較晚，有部分設計單位對我國水泥窯余熱發電的特征認識不充分，通常是根據小型火力發電站的設計要求和以前的工作經驗，加上引入的其他國家水泥窯余熱發電技術來開展的水泥窯余熱發電設計工作，并未圍繞我國水泥窯余熱所具備的特征來開展相關優化設計。為此總結了這些年余熱發電工程設計、施工、運行的工作經驗，圍繞我國水泥窯余熱的獨特之處，總結出水泥窯余熱發電優化設計基本原則，同時對水泥窯余熱發電工程設計、施工、運行的措施作出了系統性的闡述。

1 水泥窯余熱發電優化設計、施工的原則

（1）余熱發電系統是將水泥窯作為主線，無論在哪種狀況下，余熱發電都不可以對主線生產造成任何不良影響。

（2）不可以通過增加熱耗來提高發電量。

（3）認真遵循以熱定電基本準則，余熱提供量與發電量是對等的關系。

（4）最大限度將余熱調送至余熱電站系統用來發電使用。

（5）不斷地提升余熱電站相對窯的運轉效率，把水泥窯排放的余熱轉換成電能。水泥窯余熱發電優化設計、施工和運行是建立在以上設計、施工的原則基本前提下的，利用先進的科學技術，實現對水泥窯余熱發電的優化設計。除此之外，還需要對工程施工的可行性、整體的投資回收情況等作出綜合的分析。

2 水泥窯余熱發電設計優化措施

（1）充分利用水泥窯余熱：①伴隨著水泥工藝的深入發展、水泥技術的不斷創新，加強高溫風機出口直到增濕塔段道的保溫與增濕塔旁路改造或運用管道增濕等科學技術的出現，窯尾鍋爐排煙的溫度超出150～190℃便可很好地達到烘干原料的基本需求，在這種情況下窯尾鍋爐可利用雙壓技術，借助低溫的煙氣熱量來產生低壓蒸汽，將其作為補汽來進入到汽輪機做功發電，從而促使余熱發電量得到顯著性的提升。②優化系統水路的路徑，提高干蒸氣的品質。一般來說，窯尾的煙溫低，煙氣量大；窯頭煙溫高，煙氣量小。為了更好地提高進入發電汽輪機的蒸汽品質，發電工程設計過程中可首先對窯尾鍋爐進行加熱處理，把水注入窯頭鍋爐中，然后再引到窯頭鍋爐作為補水，可以提高窯頭鍋爐高溫煙氣的利用，同時可以提供更多高品質過熱蒸汽，提高系統鍋爐的出力，進而使整體發電量得到一定的增加。③優化煤磨取風工藝。煤磨在運行過程中需借助高溫熱風進行原料烘干，在水泥窯余熱發電系統中煤磨使用的風會直接進入窯頭鍋爐的煙氣中，因而進入窯頭鍋爐中的煙氣溫度要比煤磨用風所需要的溫度較高一些，在這種情況下可加入冷空氣，從而達到降低煤磨煙氣溫度的目的，從而更好地達到煤磨工作中對用風的基本需求，避免高溫煙氣所造成的能源浪費。④窯頭鍋爐排煙循環再利用的。通常情況下窯頭鍋爐排煙的溫度會在100℃，現有余熱發電系統中窯頭鍋爐排煙經除塵裝置后由窯頭排風機排入到空氣當中，這樣會造成資源的巨大浪費。其實這一部分熱量是可以被有效利用，通過循環風管道把窯頭排風機的排煙接到篦冷機下冷卻風機入口的空氣預熱器，則可以提高進入窯頭的煙氣溫度約20～50℃，這樣使得水泥窯系統熱效率得到提高，從而使余熱發電量得到顯著性的提升。

（2）提高余熱發電系統效率：①優化篦冷機取風工藝。水泥線當中固有的篦冷機尾部排煙管道中的煙氣非常多，但煙氣的溫度較低、穩定性能差，如果把篦冷機尾部的排煙直接用在余熱發電當中會對整體運行效率造成極為不利的影響，并且操作起來并不方便。為此余熱發電設計當中，根據當前水泥窯最新工藝要求，把余熱發電的窯頭鍋爐煙氣取風口設計在篦冷機的中間位置，在這種情況下煙氣溫度通常會達到600℃以上，甚至可以達到720℃，而且系統趨于較為穩定的狀態。其中尾部排煙管道作為一個旁路，在窯頭鍋爐運行存在問題的狀況下，煙氣會通過篦冷機的尾部煙道中順利排出。經過進一步優化的篦冷機取風工藝技術能夠使得鍋爐產生的溫度大大升高，使余熱發電系統的熱效率得到明顯的增長。②提高凝汽器真空度。凝汽器真空度對于汽輪機蒸汽的排汽焓有著直接性的影響，在蒸汽排汽焓較低的狀態下其轉換的電能排汽焓蒸汽比較差，系統發電量也會增大，反之亦然。為此在進行設計時，若想要促使凝汽器的真空度得到進一步提高，則可通過增加射水抽氣器來將蒸汽中的空氣進行抽干處理，使凝汽器中不凝氣體的含量降到最低的程度，這樣就能夠使凝汽器的真空度得到進一步的提高；亦可在設計中通過科學的方法增加循環冷卻水的水倍率，使循環冷卻水的流量得到一定的增加。③合理地布局工藝流程。對余熱發電系統工藝流程進行科學的布局，把蒸汽的溫度、壓力的損失降到最低的程度。要不斷地提高進入汽輪機蒸汽的品質，這樣才能夠使得發電量得到最大限度上的升高。水泥窯余熱發電設計過程中要有效利用水泥廠固有的場地，在窯頭鍋爐臨近的位置進行汽機房的布置，盡可能地縮減鍋爐與汽機房之間的距離。④減少熱系統的熱量散失，特別是煙道系統和蒸汽管道的熱散失是一個非常嚴重的問題，增加煙氣管道的內外部的隔熱，可以有效提高熱利用效率，通過華潤水泥封開三期余熱發電項目兩條生產線的前后措施的對比，效果非常明顯。

（3）降低余熱發電廠用電。①雙曲線自然通風冷卻塔。自然通風冷卻塔整體運行成本和檢修費用是非常低的，但其占地面積是非常大的，初期投資成本非常高。針對裝機容量小的余熱發電系統采用的機力通風冷卻塔更具優勢，而當余熱發電系統所需循環水量很大，利用雙曲線自然通風冷卻塔比機力通風冷卻塔更具優勢。②采用變頻電機。余熱發電系統當中風機類型的選擇和電泵通常是按照具體工程狀況及安全余量進行合理的選擇。但在具體工程施工作業當中，會隨著余熱發電狀況的變化，泵與風機選擇的額定流量和揚程是比較大的，但實際需求卻非常小，這就需要通過閥門節流進行調節直至流量和揚程達到最為合適的一種狀態。但需要明確指出的是，在這一過程當中閥門節流帶來的損失是非常大的，并且會使得電機的能量損耗數量大大超出估算數值，同時廠用電率將一直處于不斷增高的狀態。變頻電機選用的時候，需要注意如果實際需求流量過小，則可對泵、風機的實際轉速來做出科學合理的調整，以此降低閥門節流所造成的巨大損失。根據以前水泥窯余熱發電運行工作的有關成功經驗，在凝結水泵、給水泵、循環水泵和冷卻塔風機當中都可以通過運用變頻的方式來解決，實現對整個發電工程運行成本的系統化掌控。③以就近取電作為用電原則。一般情況下，水泥的生產線長度是非常大的，余熱發電鍋爐、有關發電設備在分布上過于分散，要想把發電系統的電能損耗控制在最低的程度，則可將用電設備與水泥窯系統用電聯合在一起，以就近取電為基本準則，通過對DCS、光纖的全方位掌控，來達到提升電力系統整體工作效率的目的。

3 結語

在目前水泥窯余熱發電技術廣泛運用的今天，工程設計對水泥線余熱參數和余熱發電熱力系統的認識開始得到了進一步的發展。在此期間，余熱發電技術水平得到了不斷地提升。水泥窯余熱發電設計施工的過程中，通常會按照水泥線余熱的實際狀態來對余熱發電工藝進行科學合理的布局，選用最為適合的工程優化技術措施，從而達到提升水泥窯余熱發電性能、減少系統運行成本的雙重目的。