余热发电对水泥生产线的影响及协调措施

□□谢培顺,彭明通

余热发电对水泥生产线的影响及协调措施

The Effect and Solution of Waste Heat Generation on Cement Production

□□谢培顺,彭明通

1 引言

近年来，随着我国水泥工业工艺及装备技术迅速发展，数百条千吨级干法水泥生产线陆续投产，为水泥窑纯低温余热发电技术及装备的推广应用创造了条件，截止到2008年，有263条新型干法熟料生产线装有余热利用电站，装机容量达1662MW，2009年预计投运的余热发电生产线232条，安装发电机组181台，装机容量达1677MW[1],余热发电技术不断进步发展。但是由于窑系统是一个复杂的系统工程，从已配套纯低温余热发电水泥生产线的生产实践情况来看，余热发电系统不同阶段都会对水泥生产线产生一定的影响。

2 余热发电站建设调试期对生产线的影响

水泥窑余热发电站的建设和熟料生产线的建设可以采取同步设计、同步建设的方式，或者同步设计、分步建设的方式，也可分步设计、分步施工，具体要根据企业、设计、施工单位情况而定，各有利弊。

对于已投产运行的熟料生产线，由于生产线工艺过程已趋成熟和稳定，比如，烧成热耗、熟料产量、冷却机回收效率、窑尾废气温度、窑尾烟气含尘量等运行参数都已明确，因此在进行余热发电理论分析、计算和设备选型时要以实际参数为准，否则会影响实际运行效率。另外，余热电站部分施工还需和窑系统生产对接，对施工进度也需要有更高更严的限制，才能保证发电系统及时调试和并网发电。

对于新建的熟料生产线，同步建设余热发电站，即在窑尾、窑头设备安装未完全结束时，进行AQC、SP炉的安装，这样可利用施工吊装的机具和资源，缩短锅炉安装周期，但是现场协调量加大，安全隐患加大，锅炉调试阶段有时会给窑系统正常运行带来影响，如A厂5000t/d熟料新型干法水泥生产线余热发电系统2008年5月20日投产并网发电，在调试初期，由于窑尾用风没有探索出较为合适的比例，窑的用风操作与锅炉取风不协调，还有追求高发电量的倾向，使窑尾拉风过大，出一级筒的温度高达350～370℃，比投用余热发电前高出30～50℃，同时窑尾、窑头用煤比例也发生了变化，而生料投料量偏低。虽然窑尾烟气温度越高有利于发电，但是发电不是目的，降低熟料煤耗，充分利用窑炉余热才是真正的目的。

另外，SP炉启用前，锅炉内的电焊条及铁件杂物没有清理干净，杂物将SP炉下料螺旋闸阀堵塞，造成炉内积料，在振打清灰时扬起大量的粉尘，骤然增加了高温风机的负荷，导致高温风机过流跳停。

3 余热电站运行期对生产线的影响

3.1 对高温风机的影响

B厂5000t/d熟料新型干法水泥生产线利用低温余热发电技术建成的装机容量8.6MW余热发电工程于2007年4月15日投入运行，运行中出现了高温风机进口频繁塌料故障，塌料时高温风机电流由正常值130～155A急剧升高到250～305A，转速由880r/min分直线降为650r/min，进口负压由7000MPa减少到5000MPa左右，现场能够听到高温风机发出“哼哼”的响声，能看到灰尘从高温风机外壳溢出，数秒后增湿塔下面的回灰螺旋输送机向外冒灰，同时预热器也出现塌料，窑头正压，严重时出现返火，危及巡检人员及窑头摄像头等设备的安全，原料磨也因进磨热风风量突然减少导致振动值偏高而自动停机。开始我们怀疑塌料的原因是由于余热电站投运后，高温风机进风管内灰尘过多地沉积在短路斜阀上，过一段时间后会通过SP炉进入高温风机，引起气体含尘浓度变化。但开孔检查，斜阀板上并没有积灰，经检查SP余热锅炉振打装置，发现有两处振打角度不对，振打力度不够，经校正，系统塌料现象消除。

这是因为余热锅炉整体结构具有较多的烟道转弯，圆变方渐扩形烟道等截面突变结构，使烟气流动的温度场和速度场出现不均匀分布，降低了烟气冲刷受热面的有效性，增加受热面金属耗量，也使受热面传热能力减少，更为严重的是，由于速度场和温度场分布的不均匀，使烟气中的粉尘出现局部浓度集中，形成间歇性粉尘沉积和堵塞，极大地影响传热和运行安全可靠性。因此窑尾设置的机械振打装置运转的可靠性是余热锅炉管理的一个关键点。

3.2 对中卸烘干生料磨的影响

C公司2500t/d熟料生产线生料粉磨配用ϕ4.6m×（10＋3.5）m中卸烘干磨，设计为圈流粉磨，同时利用窑尾废气作为烘干热源，可烘干综合水分≤8.0%的物料，自投产至2007年8月，进入生料磨烘干仓的气体温度都能控制在310℃以上，即使原料水分经常大于10%，出磨生料成品水分也能保证在0.3%以下，完全符合生产要求。2008年8月，由于窑尾SP锅炉投入运行，入磨气体温度降低40℃以上，当时正值夏季汛期，原料露天堆放，水分极大，最高达到18%，烘干仓进料端扬料板之间便粘结着大量的物料，严重阻塞下料管和热风入口，造成磨机电流升高及滑履轴瓦温度超高报警，并多次造成磨机跳停，其后在启动时因磨机水阻柜温度超高而无法重启，因此不得不每天用风镐人工清理。

3.3 对立磨的影响

立磨停机时，由于直接进入窑尾电除尘器的气体温度增高约50℃左右和湿度降低，造成气体比电阻增高，电除尘器效率下降。当SP炉锥部下料不畅或阻塞时，生料立磨台时产量下降，磨机工况不稳，振动较大，对生料立磨安全运行不利。

3.4 对窑用风的影响

（1）AQC炉投入后会造成窑头电收尘器入口温度低、负压大和窑头排风机电流变大，应及时调整入口阀门，保持窑头负压，避免窑所需二次风量不够，窑内通风量无法满足喷入煤粉燃烧所需的氧含量，窑内存在还原气氛，轻则出致密黄心料，重则煤粉燃烧不完全导致窑内结圈。如D公司2500t/d生产线在余热发电系统投运前，窑况正常，产量在2800t/d左右。2009年3月余热发电系统投运后，一方面由于煤磨烘干用风的取风口后移，热风温度约降30℃左右，煤粉水分比以前稍有增大，另一方面，窑操作员把窑头罩负压由－30Pa左右调整为－60Pa左右，窑头看起来较正常，熟料fCaO也合格，并且灰沙料也减少了。但过了三个班后，从红外线扫描仪看窑38～42m处筒体温度下降较快，平均每班降低50℃，烟室负压也逐渐升高，后加大煤磨系统拉风、降煤水分、调整窑头负压至－15Pa左右，情况有所缓和，经过两天的稳定煅烧，窑圈垮落，系统恢复正常。这是因为煤水分增加，煤粉燃烧时，需蒸发水分，燃烧速度变慢，火焰温度下降，燃尽性能变差，由于烧成带温度无仪表监控，窑中控操作员是根据窑尾烟室温度来操作的，在这种情况下，操作员往往误认为窑系统温度正常，热量后移使过渡带温度过高，液相提前，增加长厚窑皮的因素；另一方面，窑内存在还原气氛，使三价铁还原成二价铁，而FeO液相在1100℃左右出现，并能促使硅方解石[2（CaO·SiO2）·CaO3]的形成，而硅方解石在1180～1220℃形成液相，这样就使液相提前出现，将未熔的物料粘接在一起，造成结圈。

（2）SP炉的启停和入炉烟气的调节涉及到窑系统工况的波动，SP炉启停操作和风量的调节时，原则上只要保持C1出口负压和温度不变，就不会影响到窑系统的稳定，实现这一原则的重要手段是SP炉进出口阀门、旁路阀门和窑尾高温风机频率或液力耦合器转速三者之间的协调操作。SP炉运转时，由于入高温风机比SP炉投入前烟气温度会降低，气体的密度会增加，风机的阻力也会增加，C1的负压及高温风机电流都会变化，所以中控操作时高温风机电流变化是平衡操作所需重视的一个重要特征参数和缓慢调节的一个重要依据，高温风机频率或液力耦合器转速控制目标是：在尽量维持C1出口负压稳定的同时，高温风机的电流不超过额定值。

4 协调余热发电和水泥熟料生产线的措施

对于带中卸烘干生料磨的系统，对生料磨烘干仓进行改造，如C厂针对SP炉投入运行生料磨出现的问题，经过认真研究，认为扬料板间距过小是导致受潮物料入磨后不能翻转的重要原因，决定进行隔行删除处理，即每隔一行切掉端部两块扬料板（保留扬料板底部以便保护筒体不被磨损）。改造一年多来，再没有发现磨机端部积料现象，烘干效果也较理想，生料磨厂质量又恢复到SP炉投运前的水平，能满足水泥窑的需要。

要经常检查SP炉下料是否通畅，一旦发现有下料不畅的情况，应立即处理，防止物料越积越多。

（1）通过研究粉尘颗粒特性，粉尘沉积、污染特性，磨损及防磨技术，粉尘预分离技术，清灰及除灰技术，实现对受热面及通流结构密封设计，高效传热元件设计及高效传热元件换热、阻力特性理论推导及试验研究的创新性突破。采取特种工艺，减少锅炉磨损和系统阻力问题。

（2）采用内置式沉降室、光管形式受热面、烟气自下而上的AQC余热锅炉。因取消了外置式沉降室，减少了烟气管道，烟气从下往上走，减少了系统阻力，系统阻力比以前降低了400Pa左右。从烟气熟料磨损机理来说，烟气从下往上走，对余热锅炉的防磨有极大好处，锅炉受热面磨损程度远远低于烟气从上往下行走。AQC过热器受热面采用光管形式，可减少高温段的积灰。

新型AQC余热锅炉减少了占地面积，节省了投资，减少了设备、烟风管道的散热，提高了余热利用效率1%～2%左右。由于窑头阻力减少，对于窑头风机的运行、厂用电耗有益。

（3）窑头采用新型大推力燃烧器，E公司2500t/d熟料生产线原窑头为NC型四通道煤粉燃烧器，由于余热发电投入后二次风量有些波动，已不能适用窑的煅烧，表现为有时火力不集中，热力强度不高，窑大齿轮位置经常长圈，原一次风压为19kPa，后改为法国PILARD公司的Rotafiam高推力燃烧器，一次风压25～35kPa以上，保证了煤燃烧所需的推力要求。

（4）余热锅炉的运行应不影响水泥生产，所以锅炉启动和维护必须坚持“副业服从主业，主业兼顾副业”，既要保证产业安全又要保证产业经济，统筹兼顾，安全第一，保证窑及余热锅炉稳定。

（5）高度重视窑尾烟室、增湿塔和锅炉等三个系统的漏风影响，从根本上加强堵漏密闭工作，尽量减少漏风，堵漏密闭工作表面上零碎和繁琐，但效果是显著的，而且投入不多。

[1]曾学敏.余热发电为水泥工业再创辉煌[J].中国水泥网，2009，（3），24－27.

[2]杨光志，李中峰，等.ϕ4.6×（10＋3.5）生料磨烘干仓的改造[J].水泥，2009，（4），53－57.

[3]张云成.余热锅炉随窑启动及窑相互影响的探讨[J].水泥，2008，（12），33－35.

[4]郭量，万清蓉.新型干法水泥厂纯低温余热发电站的建设和调试[J].2003，（4），7－10.

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2010－01－23；编辑：沈颖