谈熟料生产与余热发电的相互影响

谢克平

带余热发电预分解窑的管理与操作人员经常问道：“有没有办法既能多发电，还不影响熟料生产？”答案当然是有，而且这里所谓不影响熟料生产，不仅是指对窑的台产，而且还包括对熟料质量及窑运转率的影响，更重要的是单位熟料的热耗不能增加。可是在我国已投产的新型干法生产线中，凡是投入低温预热发电者，都会有不同程度的影响。某厂两条预分解窑生产线发电之后，每年因发电所获效益可达2000万元，但是购置用煤量却增加了1200万元，使企业效益大打折扣。因此，讨论熟料生产与余热发电的影响关系，确实有着现实意义。

实际生产中，熟料生产量与发电量之间的对应关系有如下几种：发电量增加的同时熟料台产也略有提高，两者同时增加，这是最为理想相互促进的关系；发电量较低而熟料台产也不高，两者同时减少，多在用风量过大或煤质过分波动不稳情况下发生；再者就是此消彼长、此长彼消的关系：不是熟料生产量增加，发电量降低；就是发电量较高而熟料生产量变少，这类情况往往是操作中顾此失彼所造成的。

1 低温余热发电对熟料生产的影响

1.1 相互促进的积极影响

当废气先进入余热锅炉后，可以免除窑尾增湿塔的工作及窑头篦冷机的喷水；降低进入高温风机及头排风机的风量与温度，改善了风机的工作状态。但对此决不能掉以轻心，因为此时风压要求会提高较多；另外，窑尾及窑头收尘器的运行负荷减轻，收尘效果更好。

1.2 相互制约的消极影响

1.2.1 可能直接从窑内取热，降低了二、三次风温

在篦冷机的热源分配上，很多生产线都存在操作误区，因为篦冷机的热风将有四个去处：去窑及分解炉的二、三次风；去煤磨烘干用热风（设计利用窑头废气烘干时）；去AQC锅炉发电用热风；去窑头收尘废气处理。如果是纯余热发电，当发电系统投入后，理论上去锅炉发电用热风应该全部来自去窑头收尘的废气，而不能与二、三次风争风量、争热源，也不应该影响去煤磨热风的温度及风量。而实际上，不少生产线的操作就存在与窑系统争夺热源的倾向，势必增加窑及分解炉的用煤量。

1.2.2 影响入生料磨或煤磨的烘干温度，从而影响熟料煅烧

对于窑尾SP炉废气余热的利用，也要以满足生料磨及煤磨烘干用热源为前提，否则与窑头废气的利用一样，同样会对生产造成类似影响。如生料磨在通风阻力增大不畅时会使磨机产量下降，甚至振动；又如某生产线的煤磨设计是利用窑尾废气烘干，自从余热发电后，进煤磨的废气温度降至200℃以下，使煤粉入窑水分高达10%，火焰黑火头变长，窑的煅烧状态恶化，熟料煤耗陡然增加。

1.2.3 影响窑的运转率

由于锅炉及发电系统的增加使设备故障发生的几率提高，再加之由于管道连接不良，或用风温度不当都会导致窑系统可能的停产，或适当减产。

1.2.4 影响生料成分的稳定

主要是取决于锅炉积灰的处理去向，如果均返回生料库，这种影响会小些；同时尽量缩短锅炉清灰震打的间隔时间，这种影响可以控制住。

2 影响发电效率的因素

当查找发电量低的原因时，首先要区分是窑系统向其供应热焓多少，还是发电系统的自身效率大小。

2.1 与窑操作有关的因素——进入锅炉废气的风温及风量

窑尾废气的利用相对篦冷机废气的利用要单纯些，控制会简单些，但在影响生料烘干及煤粉烘干（煤磨利用窑尾废气烘干时）上，仍有废气利用综合平衡的问题。

对于篦冷机废气量的控制则不是一件轻松的事。在没有余热发电时，就可以看到很多生产线的操作并不够准确，操作效果不尽人意；有了余热发电后，废气的控制影响因素更为复杂，操作的变数会更大，可选择的状态也多，因此，如何能让系统以最佳状态运行，使熟料产量与发电量双赢，是很有必要深究摸索的。

2.1.1 篦冷机头排风机的风门开度

头排风机开得过小时，最敏感的是窑头会出现正压。此时，熟料出口温度会高，进余热锅炉的废气量变少，发电量当然受限。这种状况当然不是热利用效率最好的状态。所以，操作员一般会将头排风机开大。遗憾的是，AQC锅炉投入后，本来有富裕能力的头排风机却在此时显得无能为力，其原因将在下面分析。

头排风机开得过大时，进余热锅炉废气量会增加，但废气温度不一定高，所以发电量也不一定大，尽管熟料出篦冷机温度降低，但二次风温度也降低，单位熟料热耗变高。这种状态也不会是我们所希望的。

2.1.2 篦冷机各鼓入风机风量的控制

鼓入风量过多时：如果是高温段的风鼓入过多，则会有利于发电量的提高，但入窑的二次风温度会降低，系统用煤量会增加。严格说，此时已经不是余热发电了。如果是中低温段的风鼓入过多时，虽然出篦冷机熟料温度更低，但发电量有可能会减少，因为此时进入锅炉的废气温度降低。

鼓入风量过少时：如果高温段的风鼓入过少，既不利于煅烧熟料，也不利于发电，而且熟料出口温度变高，浪费了大量熟料中所具有的热焓。如果此时中低温段的用风加大予以弥补，发电量会有所好转，但煅烧熟料仍要用较高的热耗；如果中低温段的用风仍不大，则发电量更会少，而且熟料出篦冷机温度更高。

将上述头排风机的阀门开度与篦冷机各鼓入风机风阀的开度的影响分析基础上，如果再按不同状态组合，其效果就更为复杂，因此，临场的正确判断各风机阀门合理的开度，是十分重要的。

余热发电系统的设计者都很明确熟料生产与发电量的辩证关系：只有熟料生产正常，才会有更多熟料余热提供发电。而窑系统的操作者更应该明确，熟料热耗的降低必须立足于自身工艺操作的正确，而不应当依赖余热发电对余热的回收，也就是说，决不能为了增加发电量，不再重视、甚至有意提高废气的排放温度。因为无论如何发电对热的利用率是无法与熟料煅烧利用的热效率高。无论在什么情况下，熟料生产不正常时，或熟料生产与发电都较低时，首先都要解决影响熟料生产中的问题，而不应该相反。

2.2 与窑操作无关的因素

为了表述发电系统的效果，将实际发电功率与理想发电功率的比值定义为热效率，该热效率一般仅为20%～24%，说明这类损失相当大。以下因素均属此类现象：

系统漏风、漏汽、散热等损失；水-汽的相变热损失；过热蒸汽输送过程中压力、温度损失；机械功转化为电能的功率损失等等。属于发电专业的范畴，在此不过多讨论。

3 增加余热发电后工艺设计中的注意事项

3.1 应该重新认真复核风机的风压及风量

对原有预分解窑系统增加余热发电系统时，很少见有将系统原有的高温风机及头排风机更换的，但在实际运行中就可以发现，其中有些原有风机并不能胜任新的要求，在风门未全部打开时，风机的电机电流就已经超负荷，操作中不得不将本该全部进锅炉的废气令其一部分仍走原路，以保证电机电流在齿定值内。这种人为的事实短路漏风再加上锅炉系统增加的漏风点，都会造成不良后果，既影响了发电系统能力的发挥，也影响了窑系统的熟料生产能力。

道理很简单，原有的两台风机的风量与风压选择是按原有废气温度下的废气量及原有系统所具有的阻力选型的，在增加余热发电锅炉系统后，废气温度降低，废气量相应减少，而废气重度提高；与此同时，系统通风管道由于锅炉的增加，其阻力也增加很多。两者因素的综合影响效果是：系统需要风压加大、风量变小。即风机的工作点已经有重大变化，如果该工作点不在风机制造的特性曲线上，说明风机必须更换。当然，也不排除另外一种情况，对于原有风机的风压偏高，而风量偏小时，既使不更换风机，余热锅炉的增加反而使系统运行状况有所改善。所以，认真复核原有风机的能力是不应省略的工作。如果现在已经感觉原有风机不相适应，应该尽快更换风机，毕竟是买得起马（发电系统），更应当配得起鞍（风机）。

3.2 阀门的设置与结构选型

窑系统的废气是走原有管道，还是走发电锅炉的管道，是靠阀门控制的。但目前大多阀门选择的类型并不一定最好，常常选用两台控制流量用的百叶阀，分别放在两个管路上，这种阀门不仅无法严密锁住气流不应该通过的管道，漏风率一般至少要有5%。这使得在发电时，部分废气走了短路，影响发电量，在不发电时，又有漏风从锅炉进入风机，影响熟料煅烧；另外，这种阀门即使在全开状态下，阀门仍位于管道中，仍明显增加管道阻力，且风叶上易粘有粉灰，如果物料发潮，则更易粘堵。

此类使用要求应该选择截止阀。截止阀也有两种，一种是管道外插入式闸板，这种阀门的缺陷是管道的密封不容易做好，插入闸板缝容易漏风；而且二个阀门的控制不易同步。另一种则是三通管道二位快速切断阀（见图1），阀门设置在三通管道接口处，阀位的控制非此即彼，这种阀门只需要一个阀板，而不是像其它各种控制阀需要两个阀门，杜绝了两条风道同时开启或关闭的可能，控制方便合理。这种阀门的唯一缺陷是趋动的力矩较大，需要设计较大功率的电机，但由于使用此阀门次数极少，所以不会影响耗电量。

图1 三通管道示意图

3.3 认真对待发电管道与窑废气管道的连接

在已经投入余热发电的系统中，不难发现轻视管道的连接方式与质量的情况，引起了管道阻力的增加与漏风、堵塞等现象的发生：

有的新风管施工较为粗糙（见图2），认为只要与老风管接通就完成任务，不问方向与位置，这是对空气流动的原理没有基本认识的结果。同样的风量输送，风管连接阻力增加较大时，风机需要克服阻力的风压就要提高很多，而且这种阻力是24小时运转中无时不存在的，使本来由于锅炉增加的风压就更显不足。因此，尽管现场施工会有千难万难，按照最小阻力接通风管是必须做到的，已经错接的三通也应该利用检修时间改正过来。

图2 三通错误接法

如果高温风机进风管道内的灰尘过多地沉积在某一位置，当系统工况略有变化时，可能会造成高温风机进风口频繁塌料，多达每天6～7次。现象是：电流急骤上升，转速成直线下降，进风口负压减少，现场有沉闷的哼哼响声，粉尘从风机外壳溢出，这种现象严重时会出现高温风机定期掉闸的现象。除此之外，还可导致预热器塌料；风机自身及增湿塔回灰输送设备过载；立磨因进入磨机热风风量突然减小而振动跳停等故障。

3.4 认真对待废气管道的随意漏风

现场常常可以见到这样的设计：篦冷机下方的熟料输送收尘方案的设计往往是用一根管道直通窑头收尘器的进风管上，如果说在未利用余热发电前，这只是增加窑头排风机的漏风用电而已，好像比增加一台专用收尘器要省事。那么，投入发电之后，这根短路管道就要影响从锅炉通过的热风量，其结果就要少发不少电。因此，像原来这样的漏风通道必须重新处理，最好的办法是将该管道接入最靠近的篦冷机低温段鼓风机入口，当然，随之而来会加剧该风机风叶的磨损，它可以用耐磨风叶代替予以解决。

4 判断窑操作合理的重要指标

4.1 不影响入窑的二次风温、三次风温

凡是余热发电系统为后来增设时，在AQC炉投入发电后的二、三次风温，都不应低于没有投入之前的数值。但对于新建系统一开始就带发电运行时，没有这种比较，但二、三次风温的绝对值分别不应低于1100℃及900℃，否则就会有发电与窑争热源之嫌。

为了减少这种影响程度，建议在篦冷机高、中温段之间、从顶部向下、沿篦冷机横向加设500mm以上的挡墙，可以减少AQC锅炉用风与入窑的二、三次风之间在此位置形成的扰流。

4.2 保持进入锅炉的废气温度，既不能降低，也不能过高

从窑系统对发电系统的供应基本条件看，必须为发电提供足够的热焓，它要求通过锅炉的废气既要有一定的量，又要具有一定的温度，前者取决于已进行分析的各风机风门开度；后者温度值过低势必影响发电量，但温度过高不但发电量不会增加（甚至会排汽），而且还会直接威胁锅炉运转寿命。

4.3 正确制定管理考核指标

很多企业，一旦投入发电之后，第一个指标就是月发电量，第二个指标就是熟料产量，这两个指标都成了企业考核的硬指标。但是对系统熟料单位热耗的指标却挂在空档，没有数据考核。这应该说是水泥卖方市场时遗留下的习惯模式，始终没有将热耗作为重要指标，但是，热耗不仅是企业管理与运转水平的重要标志，更是影响企业成本的关键因素。其实每个内行人都知道，并不是高产高发电量时用的煤是最省的。而这种管理思想必将导致过分拼设备拼产量的操作习惯，成为单位熟料热耗高的主要原因之一。

有的领导认为，发电量的高低与熟料热耗没有关系。事实并非如此，如果发电量高低是受发电系统内部原因所左右，也许存在提高发电量而不提高热耗的可能。但如果从企业管理思想上就只重视发电量，而忽视降低能耗的要求，尽管余热发电本身就是节能的措施，也必将导致操作中追求高的入锅炉废气温度，而影响二、三次风温度，热耗增加将必定无疑，并不会得到以最少用煤量有更多发电量的效果。

4.4 不要谋求以补燃炉的形式追求高发电量

有的生产线直接在三次风管处抽取热风发电，企图增加发电量，使分解炉增加用煤量。这种做法实际是原有补燃炉的翻版，属于小火力发电性质，由煤电换算系数比较，一定是能量的浪费，应该尽早放弃。