水泥工廠余熱發(fā)電系統(tǒng)余風(fēng)利用的實(shí)踐

石珍明

江西南方水泥有限公司，江西 南昌 330000

水泥工廠余熱發(fā)電系統(tǒng)余風(fēng)利用的實(shí)踐

石珍明

江西南方水泥有限公司，江西 南昌 330000

為了提高余熱發(fā)電出力能力，基于廢熱循環(huán)再利用技術(shù)，在窯頭排風(fēng)機(jī)出口裝設(shè)調(diào)節(jié)插板閥并架設(shè)主引風(fēng)管道，使其與AQC鍋爐取風(fēng)口對(duì)應(yīng)的篦冷機(jī)冷卻風(fēng)機(jī)進(jìn)風(fēng)口相連。改造后，入窯二次風(fēng)、入爐三次風(fēng)溫略微有些升高，但變化不明顯。熟料28 d強(qiáng)度環(huán)比提升0.3 MPa，熟料fCaO合格率提高5%以上。篦冷機(jī)二～五室篦板和冷卻風(fēng)機(jī)葉輪無明顯磨損或損壞，主引風(fēng)管道無積灰。單位熟料發(fā)電量提高2.59 kWh/t以上，熟料綜合電耗下降約1 kWh/t。

AQC鍋爐 廢熱 循環(huán)再利用 冷卻風(fēng)機(jī)

0 引言

目前國內(nèi)熟料生產(chǎn)線配置有余熱發(fā)電系統(tǒng)，對(duì)窯系統(tǒng)外排廢氣的熱能利用率達(dá)到了一個(gè)新的水平，但外排廢氣溫度仍接近90～100 ℃左右，熱能未能最大限度地利用，造成了熱能的外排浪費(fèi)和大氣熱污染。

國內(nèi)熟料生產(chǎn)線余熱發(fā)電系統(tǒng)受設(shè)計(jì)施工或操作運(yùn)行維護(hù)的影響， AQC和SP余熱鍋爐取風(fēng)口溫度普遍不高，使得單位熟料發(fā)電量低于35 kWh/t以下的企業(yè)較多，只有少數(shù)企業(yè)能達(dá)到40 kWh/t，同比低于國際同規(guī)模條件企業(yè)的先進(jìn)水平。如何充分利用窯系統(tǒng)外排廢氣的熱能，進(jìn)一步提高熟料單位發(fā)電量，值得進(jìn)一步研究和實(shí)踐。

余熱發(fā)電系統(tǒng)由于是以熱定電，且窯尾SP鍋爐系統(tǒng)的風(fēng)量和風(fēng)溫受預(yù)熱器系統(tǒng)運(yùn)行影響較大，可操作的變化范圍較窄（290～320 ℃之間），其所產(chǎn)生的熱能比較恒定。窯頭AQC鍋爐取風(fēng)位置比較固定，取風(fēng)熱能對(duì)窯系統(tǒng)操作和產(chǎn)品質(zhì)量影響比較小，如果在不改變余熱發(fā)電配置系統(tǒng)情況下，提高AQC鍋爐的入口溫度和風(fēng)量，即能增加余熱發(fā)電系統(tǒng)的受熱負(fù)載，由此增加余熱發(fā)電出力能力。

江西YFNF公司5 000 t/d熟料生產(chǎn)線配套余熱發(fā)電系統(tǒng)于2010年12月投產(chǎn)，余熱發(fā)電裝機(jī)容量9 MW，為NJKS設(shè)計(jì)院常規(guī)式標(biāo)配設(shè)計(jì)。由于熟料生產(chǎn)線石灰石（CaO：45%～52.80%，MgO：1.00%～7.00%，SiO2：0.50%～4.00%）質(zhì)量差異性波動(dòng)大，生料受其影響主要表現(xiàn)在高鎂、高硅、低鈣。雖通過精細(xì)化管理手段，多點(diǎn)搭配裝車進(jìn)廠等措施，滿足了水泥熟料生產(chǎn)用原料的基本要求，但窯系統(tǒng)煅燒工況仍難以滿足余熱發(fā)電對(duì)高品質(zhì)穩(wěn)定熱焓量煙氣的需求。自該系統(tǒng)投運(yùn)以來，單位熟料發(fā)電量較低（年平均為34.09 kWh/t）。

為此我們于2014年7月實(shí)施了將窯頭排風(fēng)機(jī)余熱廢氣引入篦冷機(jī)冷卻風(fēng)機(jī)進(jìn)風(fēng)口的系統(tǒng)技改方案。技改后提高了余熱發(fā)電AQC鍋爐進(jìn)風(fēng)溫度35 ℃以上，熟料冷卻品質(zhì)沒有降低，單位熟料發(fā)電量提升至36.04 kWh/t。同時(shí)中控操作及現(xiàn)場配合熟練后，單位熟料發(fā)電量逐步穩(wěn)定在38.04 kWh/t以上。

本文就此次技改實(shí)踐進(jìn)行總結(jié)介紹，僅供參考。

1 技術(shù)方案與實(shí)施措施

1.1 技術(shù)方案

在窯頭排風(fēng)機(jī)出口裝設(shè)調(diào)節(jié)插板閥并架設(shè)主引風(fēng)管道，使其與AQC鍋爐取風(fēng)口對(duì)應(yīng)的篦冷機(jī)冷卻風(fēng)機(jī)進(jìn)風(fēng)口相連接（見圖1）。以此使得窯頭風(fēng)機(jī)排出的90～100 ℃廢氣在風(fēng)機(jī)壓頭作用下，通過主引風(fēng)管道送入篦冷機(jī)的冷卻風(fēng)機(jī)并加壓鼓入篦床熟料層，強(qiáng)化熟料熱交換，提高AQC鍋爐入口煙溫，并提高AQC鍋爐產(chǎn)汽量和余熱發(fā)電出力功率。

1.2 參數(shù)選型

我公司AQC鍋爐在篦冷機(jī)上面只有一個(gè)取風(fēng)口，其位于第三風(fēng)室和第四風(fēng)室之間，抽取篦床第二、三、四、五室篦床熟料層換熱熱風(fēng)，對(duì)應(yīng)篦下風(fēng)室四臺(tái)冷卻風(fēng)機(jī)標(biāo)態(tài)供風(fēng)能力約197 000 Nm3/h。根據(jù)氣體等壓膨脹原理，若窯頭排風(fēng)機(jī)處廢氣溫度為90 ℃，環(huán)境空氣溫度按30 ℃測算，則風(fēng)機(jī)需提供風(fēng)量為236 000 Nm3/h，冷卻風(fēng)機(jī)供風(fēng)能力提高約20%。根據(jù)水泥企業(yè)工藝設(shè)計(jì)規(guī)范，管道風(fēng)速取為12.5 m/s，則主引風(fēng)管道內(nèi)徑選型為Ф2 600 mm，支引風(fēng)管內(nèi)徑與冷卻風(fēng)機(jī)進(jìn)風(fēng)口一致，選型為Ф1 400 mm。

圖1 改造方案示意圖

1.3 配套措施

（1）提高風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，以提高冷卻風(fēng)機(jī)供風(fēng)能力。修改篦冷機(jī)二～五室冷卻風(fēng)機(jī)運(yùn)行頻率，由50 Hz高限調(diào)整為60 Hz高限操作運(yùn)行，確保冷卻風(fēng)機(jī)供風(fēng)能力提高約20%。

（2）采用高效風(fēng)機(jī)技術(shù)，提高風(fēng)機(jī)效率。應(yīng)用新技術(shù)對(duì)風(fēng)機(jī)葉輪加寬、葉片加長，并改變?nèi)~片導(dǎo)風(fēng)角度來提高風(fēng)機(jī)效率和供風(fēng)能力。同時(shí)原風(fēng)機(jī)葉輪與殼體間隙6 mm～12 mm，新技術(shù)應(yīng)用后調(diào)整為2 mm～6 mm，大大降低了葉輪間隙產(chǎn)生的氣體渦流損失，使風(fēng)機(jī)效率提高到80%以上，以此抵消冷卻風(fēng)機(jī)變頻提速導(dǎo)致的功耗增加。

（3）充分利用頭排壓頭，降低風(fēng)機(jī)拉風(fēng)負(fù)載。在窯頭排風(fēng)機(jī)與主引風(fēng)管道連接位置后端的煙囪適當(dāng)位置加裝拉風(fēng)擋板，可使主引風(fēng)管道能夠充分利用窯頭排風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的動(dòng)壓頭效果，降低篦冷機(jī)冷卻風(fēng)機(jī)拉風(fēng)負(fù)載，以有效降低風(fēng)機(jī)運(yùn)行功耗。

（4）加強(qiáng)管道保溫，降低管道阻力。由于主引風(fēng)管道直徑較大，長度較長，為盡量避免管道散熱降溫，需對(duì)管道實(shí)施保溫隔熱措施（采用巖棉氈包裹和鍍鋅鐵皮保溫防護(hù)措施）。管道布置應(yīng)盡量縮短距離和避免轉(zhuǎn)彎。同時(shí)為滿足突發(fā)情況需要對(duì)篦床熟料層快速冷卻，在冷卻風(fēng)機(jī)進(jìn)風(fēng)口處增設(shè)旁路冷卻風(fēng)閥。

（5）盡量避免篦床風(fēng)室漏風(fēng)，確保篦床熟料層換熱效率最大化。加強(qiáng)篦冷機(jī)風(fēng)室的漏風(fēng)堵漏和篦床篦縫疏通，提高熟料層的透氣能力和熱交換能力，以此提高AQC鍋爐取風(fēng)口風(fēng)溫和熟料冷卻能力。

2 運(yùn)行效果

2014年7月系統(tǒng)技改方案實(shí)施結(jié)束，在運(yùn)行中4臺(tái)篦冷機(jī)冷卻風(fēng)機(jī)工作頻率實(shí)際調(diào)整到53～55 Hz，系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)。技改前后同期運(yùn)行數(shù)據(jù)對(duì)比見表1。

表1 技改前后同期運(yùn)行數(shù)據(jù)對(duì)比

表1運(yùn)行數(shù)據(jù)表明：AQC鍋爐進(jìn)口風(fēng)溫提高35 ℃以上，鍋爐負(fù)壓減小35 Pa以上。單位熟料發(fā)電量提高2.59 kWh/t，并且突破40 kWh/t以上。熟料產(chǎn)量略有增加，熟料溫度環(huán)比反而下降10 ℃左右。窯頭排風(fēng)機(jī)頻率有所降低，熟料綜合電耗下降約1 kWh/t。熟料標(biāo)煤耗變化不大，篦冷機(jī)冷卻風(fēng)機(jī)變頻控制電機(jī)運(yùn)行正常。

效益測算：按全年熟料產(chǎn)能160萬t、電網(wǎng)電價(jià)0.62元/ kWh計(jì)算，全年產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益356萬元。

3 結(jié)束語

本項(xiàng)目投資總額約40萬元，無新增運(yùn)行成本支出，年新增經(jīng)濟(jì)效益356萬元以上，投資回報(bào)率較高。

經(jīng)過近半年多的觀察，入窯二次風(fēng)、入爐三次風(fēng)溫略微有些升高，但變化不明顯。熟料28 d強(qiáng)度環(huán)比提升0.3 MPa，熟料fCaO合格率提高5%以上。篦冷機(jī)二～五室篦板和冷卻風(fēng)機(jī)葉輪無明顯磨損或損壞，主引風(fēng)管道無積灰。系統(tǒng)操作運(yùn)行平穩(wěn)，技術(shù)方案成熟可靠，技術(shù)指標(biāo)提升突出（提高單位熟料發(fā)電量2.59 kWh/t以上, 熟料綜合電耗下降約1 kWh/t），取得了預(yù)期效果。

從目前情況看，在不改變現(xiàn)有系統(tǒng)配置情況下，充分利用窯頭排風(fēng)機(jī)的余風(fēng)熱源，采用基于廢熱循環(huán)再利用技術(shù)提高余熱發(fā)電出力能力，將是企業(yè)精益管理降本增效和發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)重要途徑之一。

TQ172.8;TM617

B

1008-0473(2015)02-0038-03

10.16008/j.cnki.1008-0473.2015.02.010

2015-01-25）