水泥工厂余热发电系统余风利用的实践

石珍明

江西南方水泥有限公司，江西 南昌 330000

水泥工厂余热发电系统余风利用的实践

石珍明

江西南方水泥有限公司，江西 南昌 330000

为了提高余热发电出力能力，基于废热循环再利用技术，在窑头排风机出口装设调节插板阀并架设主引风管道，使其与AQC锅炉取风口对应的篦冷机冷却风机进风口相连。改造后，入窑二次风、入炉三次风温略微有些升高，但变化不明显。熟料28 d强度环比提升0.3 MPa，熟料fCaO合格率提高5%以上。篦冷机二～五室篦板和冷却风机叶轮无明显磨损或损坏，主引风管道无积灰。单位熟料发电量提高2.59 kWh/t以上，熟料综合电耗下降约1 kWh/t。

AQC锅炉 废热 循环再利用 冷却风机

0 引言

目前国内熟料生产线配置有余热发电系统，对窑系统外排废气的热能利用率达到了一个新的水平，但外排废气温度仍接近90～100 ℃左右，热能未能最大限度地利用，造成了热能的外排浪费和大气热污染。

国内熟料生产线余热发电系统受设计施工或操作运行维护的影响， AQC和SP余热锅炉取风口温度普遍不高，使得单位熟料发电量低于35 kWh/t以下的企业较多，只有少数企业能达到40 kWh/t，同比低于国际同规模条件企业的先进水平。如何充分利用窑系统外排废气的热能，进一步提高熟料单位发电量，值得进一步研究和实践。

余热发电系统由于是以热定电，且窑尾SP锅炉系统的风量和风温受预热器系统运行影响较大，可操作的变化范围较窄（290～320 ℃之间），其所产生的热能比较恒定。窑头AQC锅炉取风位置比较固定，取风热能对窑系统操作和产品质量影响比较小，如果在不改变余热发电配置系统情况下，提高AQC锅炉的入口温度和风量，即能增加余热发电系统的受热负载，由此增加余热发电出力能力。

江西YFNF公司5 000 t/d熟料生产线配套余热发电系统于2010年12月投产，余热发电装机容量9 MW，为NJKS设计院常规式标配设计。由于熟料生产线石灰石（CaO：45%～52.80%，MgO：1.00%～7.00%，SiO2：0.50%～4.00%）质量差异性波动大，生料受其影响主要表现在高镁、高硅、低钙。虽通过精细化管理手段，多点搭配装车进厂等措施，满足了水泥熟料生产用原料的基本要求，但窑系统煅烧工况仍难以满足余热发电对高品质稳定热焓量烟气的需求。自该系统投运以来，单位熟料发电量较低（年平均为34.09 kWh/t）。

为此我们于2014年7月实施了将窑头排风机余热废气引入篦冷机冷却风机进风口的系统技改方案。技改后提高了余热发电AQC锅炉进风温度35 ℃以上，熟料冷却品质没有降低，单位熟料发电量提升至36.04 kWh/t。同时中控操作及现场配合熟练后，单位熟料发电量逐步稳定在38.04 kWh/t以上。

本文就此次技改实践进行总结介绍，仅供参考。

1 技术方案与实施措施

1.1 技术方案

在窑头排风机出口装设调节插板阀并架设主引风管道，使其与AQC锅炉取风口对应的篦冷机冷却风机进风口相连接（见图1）。以此使得窑头风机排出的90～100 ℃废气在风机压头作用下，通过主引风管道送入篦冷机的冷却风机并加压鼓入篦床熟料层，强化熟料热交换，提高AQC锅炉入口烟温，并提高AQC锅炉产汽量和余热发电出力功率。

1.2 参数选型

我公司AQC锅炉在篦冷机上面只有一个取风口，其位于第三风室和第四风室之间，抽取篦床第二、三、四、五室篦床熟料层换热热风，对应篦下风室四台冷却风机标态供风能力约197 000 Nm3/h。根据气体等压膨胀原理，若窑头排风机处废气温度为90 ℃，环境空气温度按30 ℃测算，则风机需提供风量为236 000 Nm3/h，冷却风机供风能力提高约20%。根据水泥企业工艺设计规范，管道风速取为12.5 m/s，则主引风管道内径选型为Ф2 600 mm，支引风管内径与冷却风机进风口一致，选型为Ф1 400 mm。

图1 改造方案示意图

1.3 配套措施

（1）提高风机转速，以提高冷却风机供风能力。修改篦冷机二～五室冷却风机运行频率，由50 Hz高限调整为60 Hz高限操作运行，确保冷却风机供风能力提高约20%。

（2）采用高效风机技术，提高风机效率。应用新技术对风机叶轮加宽、叶片加长，并改变叶片导风角度来提高风机效率和供风能力。同时原风机叶轮与壳体间隙6 mm～12 mm，新技术应用后调整为2 mm～6 mm，大大降低了叶轮间隙产生的气体涡流损失，使风机效率提高到80%以上，以此抵消冷却风机变频提速导致的功耗增加。

（3）充分利用头排压头，降低风机拉风负载。在窑头排风机与主引风管道连接位置后端的烟囱适当位置加装拉风挡板，可使主引风管道能够充分利用窑头排风机产生的动压头效果，降低篦冷机冷却风机拉风负载，以有效降低风机运行功耗。

（4）加强管道保温，降低管道阻力。由于主引风管道直径较大，长度较长，为尽量避免管道散热降温，需对管道实施保温隔热措施（采用岩棉毡包裹和镀锌铁皮保温防护措施）。管道布置应尽量缩短距离和避免转弯。同时为满足突发情况需要对篦床熟料层快速冷却，在冷却风机进风口处增设旁路冷却风阀。

（5）尽量避免篦床风室漏风，确保篦床熟料层换热效率最大化。加强篦冷机风室的漏风堵漏和篦床篦缝疏通，提高熟料层的透气能力和热交换能力，以此提高AQC锅炉取风口风温和熟料冷却能力。

2 运行效果

2014年7月系统技改方案实施结束，在运行中4台篦冷机冷却风机工作频率实际调整到53～55 Hz，系统运行平稳。技改前后同期运行数据对比见表1。

表1 技改前后同期运行数据对比

表1运行数据表明：AQC锅炉进口风温提高35 ℃以上，锅炉负压减小35 Pa以上。单位熟料发电量提高2.59 kWh/t，并且突破40 kWh/t以上。熟料产量略有增加，熟料温度环比反而下降10 ℃左右。窑头排风机频率有所降低，熟料综合电耗下降约1 kWh/t。熟料标煤耗变化不大，篦冷机冷却风机变频控制电机运行正常。

效益测算：按全年熟料产能160万t、电网电价0.62元/ kWh计算，全年产生经济效益356万元。

3 结束语

本项目投资总额约40万元，无新增运行成本支出，年新增经济效益356万元以上，投资回报率较高。

经过近半年多的观察，入窑二次风、入炉三次风温略微有些升高，但变化不明显。熟料28 d强度环比提升0.3 MPa，熟料fCaO合格率提高5%以上。篦冷机二～五室篦板和冷却风机叶轮无明显磨损或损坏，主引风管道无积灰。系统操作运行平稳，技术方案成熟可靠，技术指标提升突出（提高单位熟料发电量2.59 kWh/t以上, 熟料综合电耗下降约1 kWh/t），取得了预期效果。

从目前情况看，在不改变现有系统配置情况下，充分利用窑头排风机的余风热源，采用基于废热循环再利用技术提高余热发电出力能力，将是企业精益管理降本增效和发展循环经济重要途径之一。

TQ172.8;TM617

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1008-0473(2015)02-0038-03

10.16008/j.cnki.1008-0473.2015.02.010

2015-01-25）