水泥回轉窯孤網運行經驗探討

王巧林

與水泥窯配套的余熱發電系統，僅可提供水泥生產線總用電量的30%左右的電量，水泥窯生產用電仍然主要依賴于外網供電。當供電局進行停電檢修時，水泥回轉窯就不得不停止正常運轉，導致窯熱工制度的穩定性被破壞，制約了水泥窯系統正常生產。如果在外網供電中斷的情況下，輔助以孤網運行，將有利于回轉窯熱工制度穩定，可以減少熱工波動，對減少耐火材料消耗和降低生產成本有著重要意義。經筆者與多家水泥公司深入研究探討，最終制定了孤網運行方案及詳細的措施，并成功應用于生產實踐，大大提高了回轉窯生產的穩定性，節約了成本，降低了能耗。

1 人員準備

為確保孤網成功運行，要組織好專業精干力量，包括機械、電氣、工藝、操作、余熱及后勤保障等人員，明確分工，密切配合。電氣人員負責協調外線停送電及孤網轉換、全廠負荷控制等；余熱發電人員負責有效地控制發電量，保證用電質量等；中控室人員負責協調相關設備開停，保障回轉窯系統的供電負荷，確保回轉窯系統設備正常運行，并合理控制余熱鍋爐進口溫度、發電量等；其他人員負責保障運行等相關工作。

2 發電量與用電負荷的核算

為了確保水泥窯孤網運行的安全平穩，事先必須嚴格核算窯系統運行所需要的用電負荷，當窯系統供電不足時，停止原料磨系統和水泥磨系統設備供電。為了避免在孤網運行的過程中出現用電負荷大起大落的現象，需注意間歇運行設備的開啟運行（如原煤取料系統）。孤網運行前，全部設備均需正常開啟，即使空載也需要保持運行狀態；提前安排好調峰設備，以備使用；用電負荷確定后，對發電量進行分析預判，確保發電量能夠滿足設備用電需要。

3 關鍵操作步驟

3.1 回轉窯的必要操作

水泥窯余熱發電的全部能量均來源于窯系統的余熱，窯系統的運行狀態對余熱供給影響很大，當窯運行出現波動時就會導致余熱供給不穩，繼而造成發電量出現大幅波動，可能導致整個孤網系統運行失去平衡。為此，首先應確保設備運行穩定，及時排除隱患，避免孤網運行過程中出現設備跳停或故障停機；其次，應確保窯頭窯尾煤量、投料量、系統用風、窯速穩定，保障窯內煅燒溫度穩定；最后，應保證篦床速度穩定及料層厚度穩定，進而保障二、三次風溫穩定；同時，制定必要的應急操作方案，確保廢氣余熱溫度和廢氣量穩定。

3.2 余熱發電的必要操作

發電系統操作人員應與窯系統操作人員、電氣維護人員等及時溝通，合理調整操作參數，保證發電電源質量。具體做法是：

（1）當發電量大于用電量時，調節汽輪機轉速，使其保持在3 000r/min（確保頻率穩定）。隨著汽輪機轉速的調整，汽輪機用氣量減少，鍋爐汽包壓力增大，此時應適當開啟鍋爐排氣閥，保證鍋爐的安全運行，或啟動相關調峰設備。

（2）當發電量小于用電量時，發電系統操作人員應及時通知窯系統操作人員，降低篦冷機風機風量，減少冷風的摻入，從而提高入窯頭鍋爐溫度，提高發電量；也可通過降低煤磨排風機頻率，適當降低煤磨產量，從而降低用電負荷；或者停運相關調峰設備。

3.3 孤網運行的必要操作

（1）外網預約停電前，需保證窯頭和窯尾煤粉倉料位達90%左右，使煤磨處于低產運轉狀態。

（2）斷開非必要運行設備的用電，降低系統用電量。

（3）將余熱發電量調整到滿足系統負荷發電量以上，將總降和余熱發電電壓調整至需用電壓。

（4）總降值班人員需密切觀察窯系統運行負荷情況，當實時負荷＞1 000kW時，果斷退出外網，進入孤網運行模式（該操作需提前于外網斷電，以防孤網運行失敗時，為外網重啟設備留足時間）。

（5）孤網運行以確保發電量為前提，不過度追求窯的產量。余熱發電和窯操作人員應密切配合，確保余熱發電電壓在系統運行要求電壓以上，頻率在要求頻率以上。

（6）當發電電壓和頻率（頻率是關鍵）確實調整不上去時，應及時、果斷停止煤磨運行，利用煤粉倉的存量，繼續維持窯系統運行若干小時。煤磨停運后，窯操作人員應密切關注煤粉的存量，在煤粉耗盡前，走空輸送系統。煤磨停運后在電壓和頻率上調前，不再啟動，以避免窯系統電壓波動，造成窯系統停機。

（7）外網來電后，正常操作站內主變壓器帶電，通知生產人員。

（8）生產人員接到外網恢復正常供電的通知后，及時組織停窯，將余熱發電退出運行。

（9）余熱發電退出運行后，盡快恢復站內主變壓器向各車間送電（特別強調，若總降尚未同期裝置，不得在外網來電后直接與余熱發電機組并網運行）。

（10）各支路送電完成后，生產系統按正常順序恢復正常生產，余熱發電滿足并網條件后，開啟余熱發電相關設備并網發電。

4 安全防范措施

孤網運行存在電源的不確定性等風險，為減少事故發生，需采取必要的安全防范措施。

4.1 安全措施

（1）與外網解列前，對孤網運行方案進行充分的模擬演練，并在發電量稍大于用電負荷時，及時與外網解列。考慮到并網時會對設備造成沖擊或引發設備事故，并網時，若沒有同期裝置，則考慮先采用余熱發電脫離電網，待外網電源合閘后，再重新并入。

（2）孤網運行時，斜拉鏈地坑、窯頭平臺、窯尾及煙室附近禁止有人，在進出斜拉鏈地坑、窯頭平臺、窯尾及煙室各通道處，拉警戒線禁止通行，停止帶有一定危險性的作業，相關區域只巡檢不停留作業，防止人身事故的發生。

4.2 應急措施

（1）接到孤網運行通知后，準備照明裝備，以備電源跳閘后使用。

（2）均化庫底安排人員值班，確保電源跳閘時能及時關閉入均化庫小倉斜槽手動閥，防止小倉倉滿。同時關閉入窯喂料秤手動閥，防止入窯斗式提升機斜槽堵死，避免入窯斗式提升機因超負荷停止運行。窯中安排人員巡檢，確保電源跳閘時，能及時將輔助傳動裝置通電轉窯。

5 應用實例

YJ公司水泥熟料生產線設計產量為6 000t/d，配套低溫余熱發電機組容量為11MW，單回路供電，配套柴油發電機作為保安電源。2019年6月12日00：00時，該公司實施了首次孤網運行，共運行近4h，后因頻率低于設定值跳閘。孤網運行雖未成功持續至外網恢復供電，但為孤網運行的可行性提供了事實依據。2019年10月6日，該公司實施了第二次孤網運行，成功運行至外網供電，期間共運行了近8h。

6 結語

為避免外網供電線路恢復供電時發生脫網停窯止料情況，影響窯系統安全穩定生產，可考慮在主進柜側增設自動同期裝置，當外網恢復供電時，調節余熱發電與外網同期同步。總降主進柜作為并網柜并網運行，確保了回轉窯系統正常運行的情況下，靈活切換內網與外網。原料粉磨系統不能在孤網運行期間運行，均化系統和窯的回灰不能滿足工藝需求時，可通過改造將生料回灰直接入稱重倉。

水泥窯余熱發電孤網運行前，需結合實際情況制定詳盡的運行方案，對方案進行充分論證和模擬演練，保證孤網運行時設備運行平穩，余熱溫度供給平穩，相應參數調整及時，確保孤網運行電源質量穩定。