增加窯頭罩熱風管道 提高噸熟料發電量

張育虎 黨斌斌 李長青 白小洲 汪峰峰

（文縣祁連山水泥有限公司，甘肅 隴南 746408）

1 余熱發電系統工藝流程簡述

公司純低溫余熱發電采用窯尾雙壓+窯頭單壓+雙重過熱系統工藝，裝機容量選擇汽輪機5MW+發電機6MW。窯尾305℃廢氣經SP 鍋爐產生1.35MPa、285℃低溫過熱蒸汽，然后輸送至窯頭與AQC 鍋爐低溫過熱器產生1.3MPa、340℃低溫過熱蒸汽，混合進入窯頭高溫過熱器（篦冷機中部抽取380℃熱風）過熱為1.2MPa、360℃高品質蒸汽，此蒸汽進入汽輪機和窯尾低溫過熱器產生0.28MPa、170℃低溫過熱蒸汽進入汽輪機補汽口，兩路蒸汽膨脹作功推動汽輪機發電。蒸汽雙重過熱技術將窯尾低品質蒸汽通過窯頭的高溫煙氣再次過熱為高溫高焓值蒸汽，進入蒸汽混合器與窯頭蒸汽混合變壓后送入汽輪機，大幅的提高了汽輪機做功效率。

2 運行現狀

2019年以來，余熱發電窯頭鍋爐進風口熱風溫度長期低于設計溫度380℃（平均約303℃），窯頭鍋爐蒸發量偏低導致發電量長期較低，雖然優化了操作和管理，但是進口溫度仍然較低，主要由于水泥窯熟料煅燒較好，結粒較好，熟料冷卻較好，低溫取風段和高溫取風段溫度都較低（2018年前低溫段380℃ 高溫段600℃，2019年3-8月份低溫段200℃ 高溫度段500℃）。

3 現狀分析及論證

為了盡快解決噸熟料發電量較低的問題，公司組織相關技術人員進行攻關，經過對水泥窯系統拉風、篦冷機配風和料層厚度的多次調整，效果不佳；對于冷風段、熱風段及鍋爐旁路閥門的頻繁操作，增加了操作難度和工作量；為提高窯頭鍋爐入口溫度盡可能的接近設計溫度，嚴重影響到煤磨熱風溫度的提高及水泥窯、煤磨、篦冷機的正常運行。

經過攻關組的調查、研究、討論分析后認為：余熱發電系統汽輪機真空度、端差等參數均在合理范圍之內，噸熟料發電量較低的原因主要是汽輪機蒸汽流量和壓力較設計和2018年運行參數下降較多，窯尾鍋爐蒸發量變化不大，窯頭鍋爐蒸發量下降嚴重。主要是由于鍋爐入口溫度長期低于設計溫度380℃（平均303℃），入口溫度偏低導致篦冷機旁路閥門開度較大，減少篦冷機冷風進入窯頭鍋爐風量，導致進入窯頭鍋爐的風量減少。由于窯頭鍋爐溫度和風量的偏低，窯頭鍋爐的蒸發量下降嚴重是造成發電負荷較低的主要原因。

經過攻關組計算論證決定從水泥窯窯頭罩至窯頭鍋爐新增∮2000mm（有效內徑1400mm）熱風管道一個，解決余熱發電窯頭鍋爐入口溫度和風量偏低的問題，提高窯頭鍋爐的入口溫度能夠達到設計溫度，提高蒸發量，提高運行效率。

3.1 理論計算：

假設各部位取風比例和實際尺寸比例相同，按照理論計算增加取風口前窯頭鍋爐進口溫度只能達到303℃，增加取風口后窯頭鍋爐進口溫度閥門全開狀態下能達到368℃，通過適當調整鍋爐進口各風管閥門開度，窯頭鍋爐進口溫度能夠達到設計380℃以上。

3.2 項目實施的優缺點：

2.1 優點：增加一個操作方便的熱風通道，利用窯頭罩高達1000℃的高溫提高窯頭鍋爐熱風熱焓值，鍋爐進口溫度能夠達到設計溫度，噸熟料發電量達到37KWh/t 以上。窯頭鍋爐溫度的提高有利于操作調整各閥門開度，適當關小冷風閥門可以提高煤磨熱風溫度，降低煤粉水份。

2.2 缺點：

增加投資約26 萬元；將部分水泥窯二次風引入窯頭鍋爐，噸熟料增加煤耗約1.5Kg；

3.3 項目實施成功的可能性：

3.1 理論計算窯頭鍋爐進口溫度能夠達到設計溫度，調整閥門風量就能夠達到設計風量。

3.2 從進口壓力分布分析窯頭罩、高溫取風閥、低溫取風閥部位均能夠保證熱風的流動方向和流速。

3.3 窯頭罩取風量占窯頭鍋爐總風量的15.02%，溫度理論計算能夠提高65℃。

3.4 項目實施失敗的可能性及解決措施：

4.1 窯頭罩取風位置較靠前，取風占二三次風量的15%，對水泥窯煅燒及其它有一定影響，影響小可以繼續使用，影響大將增加的高溫閘板可以全部關閉，做好相應密封，對系統和水泥窯煅燒沒有任何影響，僅造成投資26 萬元的損失。

4.2 窯頭罩取風位置靠近水泥窯落料點，窯頭鍋爐拉風可能帶來大量的細顆粒物料可能造成管道內積灰，通過設計管道等部位傾角大于45°，保證物料不能形成堆積。

4.3 窯頭罩取風點溫度較高（1000℃以上），耐高溫及磨損處理不到位造成系統燒損及漏風嚴重。系統的耐火處理要求較高，風量調整要求高溫閘板具備1200℃的工作要求。管道采取∮1400mm 的內徑，增加100mm 納米材料保溫和200mm剛玉質澆注料，確保外殼溫度低于120℃以下，高溫閘板采用實心剛玉質澆注料，能夠使用半年以上。膨脹量約20mm 采用自制套筒式膨脹節，內部填耐高溫硅酸鋁纖維，外部采用套筒式并填充細沙料，最外部采用帆布密封。

4 項目實施及實施后效果驗證

經過攻關組論證決定后于2019年8月份開始準備材料及備件制作，利用9月份水泥窯檢修時間進行了安裝。

實施后的經濟指標完成情況：

自2019年9月18日在余熱發電啟機并網正常后各項參數基本達到預期的目標，窯頭鍋爐入口溫度達到設計要求溫度380℃；篦冷機廢氣管道閥門能夠關小到20%以下，鍋爐的煙風量有了大幅提高；發電負荷從原來的3500kwh 提高到了4500kwh 以上，噸熟料發電量提高到37Kwh 以上，余熱發電整體運行經濟效益明顯提高，確保了余熱發電安全穩定高效的運行。

5 項目經濟效益分析：

5.1 增加成本：

5.1.1 項目實際投資24.0 萬元，年維護費用9.8 萬元；年產熟料80 萬噸計算，噸熟料增加成本0.15 元；

5.1.2 噸熟料增加煤耗按照1.5Kg 計算噸熟料成本增加0.86 元；

5.2 降低成本

噸熟料發電量提高7.64Kwh 計算降低成本3.13 元；

綜合噸熟料降低成本約2.12 元，按照全年生產80 萬噸熟料計算，年節約169.6萬元。

6 結束語

影響余熱發電負荷的主要因素是蒸汽溫度、壓力和汽輪機的真空度、端差，提高蒸汽溫度可以有效提高發電負荷，在優化操作中窯尾需要進一步降低廢氣溫度的情況下，盡可能提高窯頭廢氣溫度和風量是提高窯頭AQC 鍋爐蒸發量的主要途徑。但提高AQC 溫度和風量將會和水泥窯二、三次風造成搶風的矛盾和熟料煤耗的小幅上升，公司噸熟料發電量29.52Kwh，雖然在水泥純低溫余熱發電系統處于中間水平，由于窯頭采用雙重過熱技術，當窯頭鍋爐進口熱風溫度低于340℃時窯尾蒸汽送到窯頭鍋爐時造成蒸汽熱晗會下降，高于340℃且越高時蒸汽熱晗越高，因此增加熱風管道提高AQC 溫度到380℃以上，噸熟料發電量大幅度提高，也取得了較好的經濟效益。