談熟料生產(chǎn)與余熱發(fā)電的相互影響

謝克平

帶余熱發(fā)電預(yù)分解窯的管理與操作人員經(jīng)常問道：“有沒有辦法既能多發(fā)電，還不影響熟料生產(chǎn)？”答案當(dāng)然是有，而且這里所謂不影響熟料生產(chǎn)，不僅是指對窯的臺產(chǎn)，而且還包括對熟料質(zhì)量及窯運(yùn)轉(zhuǎn)率的影響，更重要的是單位熟料的熱耗不能增加。可是在我國已投產(chǎn)的新型干法生產(chǎn)線中，凡是投入低溫預(yù)熱發(fā)電者，都會(huì)有不同程度的影響。某廠兩條預(yù)分解窯生產(chǎn)線發(fā)電之后，每年因發(fā)電所獲效益可達(dá)2000萬元，但是購置用煤量卻增加了1200萬元，使企業(yè)效益大打折扣。因此，討論熟料生產(chǎn)與余熱發(fā)電的影響關(guān)系，確實(shí)有著現(xiàn)實(shí)意義。

實(shí)際生產(chǎn)中，熟料生產(chǎn)量與發(fā)電量之間的對應(yīng)關(guān)系有如下幾種：發(fā)電量增加的同時(shí)熟料臺產(chǎn)也略有提高，兩者同時(shí)增加，這是最為理想相互促進(jìn)的關(guān)系；發(fā)電量較低而熟料臺產(chǎn)也不高，兩者同時(shí)減少，多在用風(fēng)量過大或煤質(zhì)過分波動(dòng)不穩(wěn)情況下發(fā)生；再者就是此消彼長、此長彼消的關(guān)系：不是熟料生產(chǎn)量增加，發(fā)電量降低；就是發(fā)電量較高而熟料生產(chǎn)量變少，這類情況往往是操作中顧此失彼所造成的。

1 低溫余熱發(fā)電對熟料生產(chǎn)的影響

1.1 相互促進(jìn)的積極影響

當(dāng)廢氣先進(jìn)入余熱鍋爐后，可以免除窯尾增濕塔的工作及窯頭篦冷機(jī)的噴水；降低進(jìn)入高溫風(fēng)機(jī)及頭排風(fēng)機(jī)的風(fēng)量與溫度，改善了風(fēng)機(jī)的工作狀態(tài)。但對此決不能掉以輕心，因?yàn)榇藭r(shí)風(fēng)壓要求會(huì)提高較多；另外，窯尾及窯頭收塵器的運(yùn)行負(fù)荷減輕，收塵效果更好。

1.2 相互制約的消極影響

1.2.1 可能直接從窯內(nèi)取熱，降低了二、三次風(fēng)溫

在篦冷機(jī)的熱源分配上，很多生產(chǎn)線都存在操作誤區(qū)，因?yàn)轶骼錂C(jī)的熱風(fēng)將有四個(gè)去處：去窯及分解爐的二、三次風(fēng)；去煤磨烘干用熱風(fēng)（設(shè)計(jì)利用窯頭廢氣烘干時(shí)）；去AQC鍋爐發(fā)電用熱風(fēng)；去窯頭收塵廢氣處理。如果是純余熱發(fā)電，當(dāng)發(fā)電系統(tǒng)投入后，理論上去鍋爐發(fā)電用熱風(fēng)應(yīng)該全部來自去窯頭收塵的廢氣，而不能與二、三次風(fēng)爭風(fēng)量、爭熱源，也不應(yīng)該影響去煤磨熱風(fēng)的溫度及風(fēng)量。而實(shí)際上，不少生產(chǎn)線的操作就存在與窯系統(tǒng)爭奪熱源的傾向，勢必增加窯及分解爐的用煤量。

1.2.2 影響入生料磨或煤磨的烘干溫度，從而影響熟料煅燒

對于窯尾SP爐廢氣余熱的利用，也要以滿足生料磨及煤磨烘干用熱源為前提，否則與窯頭廢氣的利用一樣，同樣會(huì)對生產(chǎn)造成類似影響。如生料磨在通風(fēng)阻力增大不暢時(shí)會(huì)使磨機(jī)產(chǎn)量下降，甚至振動(dòng)；又如某生產(chǎn)線的煤磨設(shè)計(jì)是利用窯尾廢氣烘干，自從余熱發(fā)電后，進(jìn)煤磨的廢氣溫度降至200℃以下，使煤粉入窯水分高達(dá)10%，火焰黑火頭變長，窯的煅燒狀態(tài)惡化，熟料煤耗陡然增加。

1.2.3 影響窯的運(yùn)轉(zhuǎn)率

由于鍋爐及發(fā)電系統(tǒng)的增加使設(shè)備故障發(fā)生的幾率提高，再加之由于管道連接不良，或用風(fēng)溫度不當(dāng)都會(huì)導(dǎo)致窯系統(tǒng)可能的停產(chǎn)，或適當(dāng)減產(chǎn)。

1.2.4 影響生料成分的穩(wěn)定

主要是取決于鍋爐積灰的處理去向，如果均返回生料庫，這種影響會(huì)小些；同時(shí)盡量縮短鍋爐清灰震打的間隔時(shí)間，這種影響可以控制住。

2 影響發(fā)電效率的因素

當(dāng)查找發(fā)電量低的原因時(shí)，首先要區(qū)分是窯系統(tǒng)向其供應(yīng)熱焓多少，還是發(fā)電系統(tǒng)的自身效率大小。

2.1 與窯操作有關(guān)的因素——進(jìn)入鍋爐廢氣的風(fēng)溫及風(fēng)量

窯尾廢氣的利用相對篦冷機(jī)廢氣的利用要單純些，控制會(huì)簡單些，但在影響生料烘干及煤粉烘干（煤磨利用窯尾廢氣烘干時(shí)）上，仍有廢氣利用綜合平衡的問題。

對于篦冷機(jī)廢氣量的控制則不是一件輕松的事。在沒有余熱發(fā)電時(shí)，就可以看到很多生產(chǎn)線的操作并不夠準(zhǔn)確，操作效果不盡人意；有了余熱發(fā)電后，廢氣的控制影響因素更為復(fù)雜，操作的變數(shù)會(huì)更大，可選擇的狀態(tài)也多，因此，如何能讓系統(tǒng)以最佳狀態(tài)運(yùn)行，使熟料產(chǎn)量與發(fā)電量雙贏，是很有必要深究摸索的。

2.1.1 篦冷機(jī)頭排風(fēng)機(jī)的風(fēng)門開度

頭排風(fēng)機(jī)開得過小時(shí)，最敏感的是窯頭會(huì)出現(xiàn)正壓。此時(shí)，熟料出口溫度會(huì)高，進(jìn)余熱鍋爐的廢氣量變少，發(fā)電量當(dāng)然受限。這種狀況當(dāng)然不是熱利用效率最好的狀態(tài)。所以，操作員一般會(huì)將頭排風(fēng)機(jī)開大。遺憾的是，AQC鍋爐投入后，本來有富裕能力的頭排風(fēng)機(jī)卻在此時(shí)顯得無能為力，其原因?qū)⒃谙旅娣治觥?/p>

頭排風(fēng)機(jī)開得過大時(shí)，進(jìn)余熱鍋爐廢氣量會(huì)增加，但廢氣溫度不一定高，所以發(fā)電量也不一定大，盡管熟料出篦冷機(jī)溫度降低，但二次風(fēng)溫度也降低，單位熟料熱耗變高。這種狀態(tài)也不會(huì)是我們所希望的。

2.1.2 篦冷機(jī)各鼓入風(fēng)機(jī)風(fēng)量的控制

鼓入風(fēng)量過多時(shí)：如果是高溫段的風(fēng)鼓入過多，則會(huì)有利于發(fā)電量的提高，但入窯的二次風(fēng)溫度會(huì)降低，系統(tǒng)用煤量會(huì)增加。嚴(yán)格說，此時(shí)已經(jīng)不是余熱發(fā)電了。如果是中低溫段的風(fēng)鼓入過多時(shí)，雖然出篦冷機(jī)熟料溫度更低，但發(fā)電量有可能會(huì)減少，因?yàn)榇藭r(shí)進(jìn)入鍋爐的廢氣溫度降低。

鼓入風(fēng)量過少時(shí)：如果高溫段的風(fēng)鼓入過少，既不利于煅燒熟料，也不利于發(fā)電，而且熟料出口溫度變高，浪費(fèi)了大量熟料中所具有的熱焓。如果此時(shí)中低溫段的用風(fēng)加大予以彌補(bǔ)，發(fā)電量會(huì)有所好轉(zhuǎn)，但煅燒熟料仍要用較高的熱耗；如果中低溫段的用風(fēng)仍不大，則發(fā)電量更會(huì)少，而且熟料出篦冷機(jī)溫度更高。

將上述頭排風(fēng)機(jī)的閥門開度與篦冷機(jī)各鼓入風(fēng)機(jī)風(fēng)閥的開度的影響分析基礎(chǔ)上，如果再按不同狀態(tài)組合，其效果就更為復(fù)雜，因此，臨場的正確判斷各風(fēng)機(jī)閥門合理的開度，是十分重要的。

余熱發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)者都很明確熟料生產(chǎn)與發(fā)電量的辯證關(guān)系：只有熟料生產(chǎn)正常，才會(huì)有更多熟料余熱提供發(fā)電。而窯系統(tǒng)的操作者更應(yīng)該明確，熟料熱耗的降低必須立足于自身工藝操作的正確，而不應(yīng)當(dāng)依賴余熱發(fā)電對余熱的回收，也就是說，決不能為了增加發(fā)電量，不再重視、甚至有意提高廢氣的排放溫度。因?yàn)闊o論如何發(fā)電對熱的利用率是無法與熟料煅燒利用的熱效率高。無論在什么情況下，熟料生產(chǎn)不正常時(shí)，或熟料生產(chǎn)與發(fā)電都較低時(shí)，首先都要解決影響熟料生產(chǎn)中的問題，而不應(yīng)該相反。

2.2 與窯操作無關(guān)的因素

為了表述發(fā)電系統(tǒng)的效果，將實(shí)際發(fā)電功率與理想發(fā)電功率的比值定義為熱效率，該熱效率一般僅為20%～24%，說明這類損失相當(dāng)大。以下因素均屬此類現(xiàn)象：

系統(tǒng)漏風(fēng)、漏汽、散熱等損失；水-汽的相變熱損失；過熱蒸汽輸送過程中壓力、溫度損失；機(jī)械功轉(zhuǎn)化為電能的功率損失等等。屬于發(fā)電專業(yè)的范疇，在此不過多討論。

3 增加余熱發(fā)電后工藝設(shè)計(jì)中的注意事項(xiàng)

3.1 應(yīng)該重新認(rèn)真復(fù)核風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓及風(fēng)量

對原有預(yù)分解窯系統(tǒng)增加余熱發(fā)電系統(tǒng)時(shí)，很少見有將系統(tǒng)原有的高溫風(fēng)機(jī)及頭排風(fēng)機(jī)更換的，但在實(shí)際運(yùn)行中就可以發(fā)現(xiàn)，其中有些原有風(fēng)機(jī)并不能勝任新的要求，在風(fēng)門未全部打開時(shí)，風(fēng)機(jī)的電機(jī)電流就已經(jīng)超負(fù)荷，操作中不得不將本該全部進(jìn)鍋爐的廢氣令其一部分仍走原路，以保證電機(jī)電流在齒定值內(nèi)。這種人為的事實(shí)短路漏風(fēng)再加上鍋爐系統(tǒng)增加的漏風(fēng)點(diǎn)，都會(huì)造成不良后果，既影響了發(fā)電系統(tǒng)能力的發(fā)揮，也影響了窯系統(tǒng)的熟料生產(chǎn)能力。

道理很簡單，原有的兩臺風(fēng)機(jī)的風(fēng)量與風(fēng)壓選擇是按原有廢氣溫度下的廢氣量及原有系統(tǒng)所具有的阻力選型的，在增加余熱發(fā)電鍋爐系統(tǒng)后，廢氣溫度降低，廢氣量相應(yīng)減少，而廢氣重度提高；與此同時(shí)，系統(tǒng)通風(fēng)管道由于鍋爐的增加，其阻力也增加很多。兩者因素的綜合影響效果是：系統(tǒng)需要風(fēng)壓加大、風(fēng)量變小。即風(fēng)機(jī)的工作點(diǎn)已經(jīng)有重大變化，如果該工作點(diǎn)不在風(fēng)機(jī)制造的特性曲線上，說明風(fēng)機(jī)必須更換。當(dāng)然，也不排除另外一種情況，對于原有風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓偏高，而風(fēng)量偏小時(shí)，既使不更換風(fēng)機(jī)，余熱鍋爐的增加反而使系統(tǒng)運(yùn)行狀況有所改善。所以，認(rèn)真復(fù)核原有風(fēng)機(jī)的能力是不應(yīng)省略的工作。如果現(xiàn)在已經(jīng)感覺原有風(fēng)機(jī)不相適應(yīng)，應(yīng)該盡快更換風(fēng)機(jī)，畢竟是買得起馬（發(fā)電系統(tǒng)），更應(yīng)當(dāng)配得起鞍（風(fēng)機(jī)）。

3.2 閥門的設(shè)置與結(jié)構(gòu)選型

窯系統(tǒng)的廢氣是走原有管道，還是走發(fā)電鍋爐的管道，是靠閥門控制的。但目前大多閥門選擇的類型并不一定最好，常常選用兩臺控制流量用的百葉閥，分別放在兩個(gè)管路上，這種閥門不僅無法嚴(yán)密鎖住氣流不應(yīng)該通過的管道，漏風(fēng)率一般至少要有5%。這使得在發(fā)電時(shí)，部分廢氣走了短路，影響發(fā)電量，在不發(fā)電時(shí)，又有漏風(fēng)從鍋爐進(jìn)入風(fēng)機(jī)，影響熟料煅燒；另外，這種閥門即使在全開狀態(tài)下，閥門仍位于管道中，仍明顯增加管道阻力，且風(fēng)葉上易粘有粉灰，如果物料發(fā)潮，則更易粘堵。

此類使用要求應(yīng)該選擇截止閥。截止閥也有兩種，一種是管道外插入式閘板，這種閥門的缺陷是管道的密封不容易做好，插入閘板縫容易漏風(fēng)；而且二個(gè)閥門的控制不易同步。另一種則是三通管道二位快速切斷閥（見圖1），閥門設(shè)置在三通管道接口處，閥位的控制非此即彼，這種閥門只需要一個(gè)閥板，而不是像其它各種控制閥需要兩個(gè)閥門，杜絕了兩條風(fēng)道同時(shí)開啟或關(guān)閉的可能，控制方便合理。這種閥門的唯一缺陷是趨動(dòng)的力矩較大，需要設(shè)計(jì)較大功率的電機(jī)，但由于使用此閥門次數(shù)極少，所以不會(huì)影響耗電量。

圖1 三通管道示意圖

3.3 認(rèn)真對待發(fā)電管道與窯廢氣管道的連接

在已經(jīng)投入余熱發(fā)電的系統(tǒng)中，不難發(fā)現(xiàn)輕視管道的連接方式與質(zhì)量的情況，引起了管道阻力的增加與漏風(fēng)、堵塞等現(xiàn)象的發(fā)生：

有的新風(fēng)管施工較為粗糙（見圖2），認(rèn)為只要與老風(fēng)管接通就完成任務(wù)，不問方向與位置，這是對空氣流動(dòng)的原理沒有基本認(rèn)識的結(jié)果。同樣的風(fēng)量輸送，風(fēng)管連接阻力增加較大時(shí)，風(fēng)機(jī)需要克服阻力的風(fēng)壓就要提高很多，而且這種阻力是24小時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)中無時(shí)不存在的，使本來由于鍋爐增加的風(fēng)壓就更顯不足。因此，盡管現(xiàn)場施工會(huì)有千難萬難，按照最小阻力接通風(fēng)管是必須做到的，已經(jīng)錯(cuò)接的三通也應(yīng)該利用檢修時(shí)間改正過來。

圖2 三通錯(cuò)誤接法

如果高溫風(fēng)機(jī)進(jìn)風(fēng)管道內(nèi)的灰塵過多地沉積在某一位置，當(dāng)系統(tǒng)工況略有變化時(shí)，可能會(huì)造成高溫風(fēng)機(jī)進(jìn)風(fēng)口頻繁塌料，多達(dá)每天6～7次?，F(xiàn)象是：電流急驟上升，轉(zhuǎn)速成直線下降，進(jìn)風(fēng)口負(fù)壓減少，現(xiàn)場有沉悶的哼哼響聲，粉塵從風(fēng)機(jī)外殼溢出，這種現(xiàn)象嚴(yán)重時(shí)會(huì)出現(xiàn)高溫風(fēng)機(jī)定期掉閘的現(xiàn)象。除此之外，還可導(dǎo)致預(yù)熱器塌料；風(fēng)機(jī)自身及增濕塔回灰輸送設(shè)備過載；立磨因進(jìn)入磨機(jī)熱風(fēng)風(fēng)量突然減小而振動(dòng)跳停等故障。

3.4 認(rèn)真對待廢氣管道的隨意漏風(fēng)

現(xiàn)場常?？梢砸姷竭@樣的設(shè)計(jì)：篦冷機(jī)下方的熟料輸送收塵方案的設(shè)計(jì)往往是用一根管道直通窯頭收塵器的進(jìn)風(fēng)管上，如果說在未利用余熱發(fā)電前，這只是增加窯頭排風(fēng)機(jī)的漏風(fēng)用電而已，好像比增加一臺專用收塵器要省事。那么，投入發(fā)電之后，這根短路管道就要影響從鍋爐通過的熱風(fēng)量，其結(jié)果就要少發(fā)不少電。因此，像原來這樣的漏風(fēng)通道必須重新處理，最好的辦法是將該管道接入最靠近的篦冷機(jī)低溫段鼓風(fēng)機(jī)入口，當(dāng)然，隨之而來會(huì)加劇該風(fēng)機(jī)風(fēng)葉的磨損，它可以用耐磨風(fēng)葉代替予以解決。

4 判斷窯操作合理的重要指標(biāo)

4.1 不影響入窯的二次風(fēng)溫、三次風(fēng)溫

凡是余熱發(fā)電系統(tǒng)為后來增設(shè)時(shí)，在AQC爐投入發(fā)電后的二、三次風(fēng)溫，都不應(yīng)低于沒有投入之前的數(shù)值。但對于新建系統(tǒng)一開始就帶發(fā)電運(yùn)行時(shí)，沒有這種比較，但二、三次風(fēng)溫的絕對值分別不應(yīng)低于1100℃及900℃，否則就會(huì)有發(fā)電與窯爭熱源之嫌。

為了減少這種影響程度，建議在篦冷機(jī)高、中溫段之間、從頂部向下、沿篦冷機(jī)橫向加設(shè)500mm以上的擋墻，可以減少AQC鍋爐用風(fēng)與入窯的二、三次風(fēng)之間在此位置形成的擾流。

4.2 保持進(jìn)入鍋爐的廢氣溫度，既不能降低，也不能過高

從窯系統(tǒng)對發(fā)電系統(tǒng)的供應(yīng)基本條件看，必須為發(fā)電提供足夠的熱焓，它要求通過鍋爐的廢氣既要有一定的量，又要具有一定的溫度，前者取決于已進(jìn)行分析的各風(fēng)機(jī)風(fēng)門開度；后者溫度值過低勢必影響發(fā)電量，但溫度過高不但發(fā)電量不會(huì)增加（甚至?xí)牌?，而且還會(huì)直接威脅鍋爐運(yùn)轉(zhuǎn)壽命。

4.3 正確制定管理考核指標(biāo)

很多企業(yè)，一旦投入發(fā)電之后，第一個(gè)指標(biāo)就是月發(fā)電量，第二個(gè)指標(biāo)就是熟料產(chǎn)量，這兩個(gè)指標(biāo)都成了企業(yè)考核的硬指標(biāo)。但是對系統(tǒng)熟料單位熱耗的指標(biāo)卻掛在空檔，沒有數(shù)據(jù)考核。這應(yīng)該說是水泥賣方市場時(shí)遺留下的習(xí)慣模式，始終沒有將熱耗作為重要指標(biāo)，但是，熱耗不僅是企業(yè)管理與運(yùn)轉(zhuǎn)水平的重要標(biāo)志，更是影響企業(yè)成本的關(guān)鍵因素。其實(shí)每個(gè)內(nèi)行人都知道，并不是高產(chǎn)高發(fā)電量時(shí)用的煤是最省的。而這種管理思想必將導(dǎo)致過分拼設(shè)備拼產(chǎn)量的操作習(xí)慣，成為單位熟料熱耗高的主要原因之一。

有的領(lǐng)導(dǎo)認(rèn)為，發(fā)電量的高低與熟料熱耗沒有關(guān)系。事實(shí)并非如此，如果發(fā)電量高低是受發(fā)電系統(tǒng)內(nèi)部原因所左右，也許存在提高發(fā)電量而不提高熱耗的可能。但如果從企業(yè)管理思想上就只重視發(fā)電量，而忽視降低能耗的要求，盡管余熱發(fā)電本身就是節(jié)能的措施，也必將導(dǎo)致操作中追求高的入鍋爐廢氣溫度，而影響二、三次風(fēng)溫度，熱耗增加將必定無疑，并不會(huì)得到以最少用煤量有更多發(fā)電量的效果。

4.4 不要謀求以補(bǔ)燃爐的形式追求高發(fā)電量

有的生產(chǎn)線直接在三次風(fēng)管處抽取熱風(fēng)發(fā)電，企圖增加發(fā)電量，使分解爐增加用煤量。這種做法實(shí)際是原有補(bǔ)燃爐的翻版，屬于小火力發(fā)電性質(zhì)，由煤電換算系數(shù)比較，一定是能量的浪費(fèi)，應(yīng)該盡早放棄。