提高水泥窯純低溫余熱發(fā)電能力的具體措施

楊維山

摘要：水泥生產(chǎn)過程中，消耗了大量的電力資源和能源，水泥窯會(huì)排放出溫度在340℃左右的余熱，如果直接排放到大氣中，導(dǎo)致熱能的浪費(fèi)，而且對(duì)大氣環(huán)境造成一定的影響，將這部分余熱充分的利用，轉(zhuǎn)化為電能，實(shí)現(xiàn)資源的再次利用，增加水泥廠的經(jīng)濟(jì)收益，因此在水泥窯安裝熱力發(fā)電系統(tǒng)，將水泥窯中的余熱吸收起來，產(chǎn)生蒸汽，帶動(dòng)汽輪機(jī)做功發(fā)電，可以為水泥廠生產(chǎn)提供電力，或者是廠區(qū)供電，低溫余熱發(fā)電技術(shù)，充分利用水泥窯余熱發(fā)電，不產(chǎn)生能源消耗，沒有任何的排放物，提升了水泥廠的經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)保效益以及良好的社會(huì)效益。

關(guān)鍵詞：水泥窯;純低溫余熱;發(fā)電能力

0.引言

水泥窯廢氣溫度大概為340℃，而且廢氣的流量較大，普通熱力發(fā)電廠的設(shè)備和系統(tǒng)不適用于水泥窯發(fā)電，所以要根據(jù)水泥窯的特點(diǎn)，打造一套適用于水泥窯純低溫余熱發(fā)電的系統(tǒng)，滿足水泥窯發(fā)電對(duì)熱力系統(tǒng)的需求，現(xiàn)階段使用的余熱發(fā)電系統(tǒng)主要有三種，包括單壓、雙壓以及復(fù)合閃蒸余熱發(fā)電系統(tǒng)，這三種系統(tǒng)都有各自的優(yōu)缺點(diǎn)，在實(shí)際應(yīng)用中，要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整和優(yōu)化，以提升系統(tǒng)的發(fā)電能力。

1.水泥窯純低溫余熱發(fā)電熱力系統(tǒng)分析

1.1單壓余熱發(fā)電系統(tǒng)

水泥窯使用的單壓系統(tǒng)與熱電廠使用相同，但對(duì)蒸汽壓力有一定的要求，確保蒸汽具有較高的過熱度，提升蒸汽的利用率，將主蒸汽壓力降低，實(shí)現(xiàn)蒸汽的低位熱能，提升水泥窯的發(fā)電能力，確保噸熟料的發(fā)電能力達(dá)到34～45kWh，而主蒸汽壓力需要達(dá)到0.6MPa左右，蒸汽溫度為310℃左右。日本川崎重工業(yè)株式會(huì)社制造單壓系統(tǒng)表現(xiàn)較好，與上述參數(shù)比較接近，單壓系統(tǒng)的關(guān)鍵所在是汽輪機(jī)，由于單壓系統(tǒng)是降低蒸汽壓力，實(shí)現(xiàn)發(fā)電的目的，所以需要較低的主蒸汽壓力，致使汽輪機(jī)設(shè)計(jì)和制造的難度較大，需要汽輪機(jī)企業(yè)具有極高的研發(fā)能力和制造工藝，使汽輪機(jī)可以適應(yīng)不同的余熱資源，如果使用主蒸汽壓力過高的汽輪機(jī)，將會(huì)減少余熱的利用率，降低水泥窯的發(fā)電能力。

1.2雙壓補(bǔ)汽余熱發(fā)電系統(tǒng)

雙壓系統(tǒng)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了低位熱能利用的最大化，在余熱鍋爐中安裝兩個(gè)壓力系統(tǒng)，使用高壓力系統(tǒng)，利用高位熱能，應(yīng)用低壓系統(tǒng)，吸收低位熱能，雙壓系統(tǒng)在熱力發(fā)電中的應(yīng)用非常成熟，由于雙壓系統(tǒng)的技術(shù)含量高，設(shè)計(jì)和制造過程非常復(fù)雜，在水泥窯余熱發(fā)電中的應(yīng)用，需要面臨鍋爐運(yùn)行變化較大問題，而且廢氣溫度變化過快，在很短的時(shí)間內(nèi)，可以從80℃增加至180℃，溫度差過大，導(dǎo)致鍋爐內(nèi)部水動(dòng)力失衡，出現(xiàn)汽包水位的變化，引起鍋爐的運(yùn)行事故，甚至?xí)纬伞捌眴栴}，這些問題在水泥窯發(fā)電過程中已經(jīng)發(fā)生多次，某廠使用的水泥窯熱電系統(tǒng)，由于窯頭余熱短時(shí)間內(nèi)增長幅度過大，使省煤器出現(xiàn)汽化故障，導(dǎo)致汽包水位不能滿足熱電系統(tǒng)的需要，而且持續(xù)不斷的蒸汽，導(dǎo)致汽包水位降至警戒水位以下，引發(fā)鍋爐的運(yùn)行故障，影響到水泥窯的正常發(fā)電，長期處于低負(fù)荷運(yùn)行，達(dá)不到預(yù)期發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)，這種故障好發(fā)于雙壓系統(tǒng)的低壓位置，所以使用雙壓系統(tǒng)時(shí)，要注意廢氣溫度控制問題，需要設(shè)計(jì)和制造單位的逐步完善，根據(jù)運(yùn)行工況，設(shè)計(jì)出實(shí)用性好的雙壓系統(tǒng)。

1.3復(fù)合閃蒸余熱發(fā)電系統(tǒng)

利用閃蒸原理，突然降低高溫高壓水的壓力，發(fā)生瞬間蒸發(fā)，形成飽和蒸汽，推動(dòng)汽輪機(jī)做功，依據(jù)蒸汽原理設(shè)計(jì)和制造的熱力發(fā)電閃蒸系統(tǒng)，增加省煤器中的水流量，增強(qiáng)鍋爐吸收低位熱能的能力，可以利用閃蒸系統(tǒng)調(diào)節(jié)水流量，使鍋爐保持安全的運(yùn)行狀態(tài)，避免鍋爐的“汽塞”問題，閃蒸系統(tǒng)對(duì)余熱鍋爐的技術(shù)要求較低，所以鍋爐結(jié)構(gòu)相對(duì)簡單，日本川崎重工業(yè)株式會(huì)設(shè)計(jì)制造的閃蒸系統(tǒng)，在寧國水泥廠水泥窯發(fā)電中得到了應(yīng)用，這個(gè)系統(tǒng)的技術(shù)要點(diǎn)是補(bǔ)汽式的汽輪機(jī)，由于閃蒸系統(tǒng)產(chǎn)生飽和蒸汽，在推動(dòng)汽輪做功后，蒸汽凝結(jié)成水，導(dǎo)致汽輪機(jī)整體含水量過高，所以對(duì)汽輪機(jī)中構(gòu)件材質(zhì)有一定的要求，需要具有較強(qiáng)的抗腐蝕性，而且需要使用大的量水，致使給水泵中的水流量較大。

2.提高水泥窯純低溫余熱發(fā)電能力的措施

2.1提高水泥窯余熱發(fā)電能力的優(yōu)化方案

2.1.1使用復(fù)合閃蒸熱力系統(tǒng)

使用復(fù)合式閃蒸系統(tǒng)提高水泥窯的發(fā)電能力，采取兩爐一機(jī)的方式改進(jìn)原有熱電系統(tǒng)，在熱電系統(tǒng)中安裝兩臺(tái)余熱鍋爐，分別布置在窯頭和窯尾區(qū)域，窯頭安裝AQC余熱鍋爐，窯尾安裝SP余熱鍋爐，AQC鍋爐與SP鍋爐產(chǎn)生的蒸汽進(jìn)入一個(gè)蒸汽母管，匯聚到一臺(tái)汽輪機(jī)中進(jìn)行熱電發(fā)電。增設(shè)一臺(tái)閃蒸器，作為熱電系統(tǒng)的水循環(huán)設(shè)備，給水泵將水輸送AQC鍋爐后，流入公共省煤器中，進(jìn)行預(yù)熱，將熱水分成三部分，一部分進(jìn)入SP鍋爐，然后進(jìn)入高壓省煤器，接著流入蒸發(fā)器，最后進(jìn)入過熱器，形成高壓蒸汽;一部分流入窯頭省煤器，進(jìn)入蒸發(fā)器，然后進(jìn)入過熱器，最后形成高溫高壓蒸汽，和SP鍋爐的高壓蒸汽匯聚到一起，流入汽輪機(jī);最后一部分，由閃蒸器負(fù)責(zé)，運(yùn)用閃蒸原理，形成低壓飽和蒸汽，流入汽輪機(jī)低壓缸中，和兩臺(tái)余熱鍋爐產(chǎn)生的高壓蒸汽，形成推動(dòng)力，促使汽輪機(jī)運(yùn)行發(fā)電。

2.1.2使用雙壓補(bǔ)汽系統(tǒng)

雙壓補(bǔ)汽系統(tǒng)與復(fù)合閃蒸熱電系統(tǒng)的布置方法類似，使用的也是兩機(jī)一爐的方法，雙壓補(bǔ)汽系統(tǒng)使用的是高壓和低壓兩套蒸汽水循環(huán)。高壓循環(huán)的水進(jìn)入窯頭公共省煤器中，進(jìn)行預(yù)熱，然后分成兩股，一股進(jìn)入窯頭的高壓汽包內(nèi)，一股進(jìn)入窯尾高壓汽包內(nèi)，然后在鍋爐熱能的作用下，開始加熱，形成高壓蒸汽，窯頭和窯尾的蒸汽進(jìn)入汽輪機(jī)的高壓缸內(nèi);低壓水循環(huán)使用給水泵，將水輸送到窯頭低壓省煤器中，預(yù)熱后，進(jìn)入窯頭低壓氣包內(nèi)，在鍋爐加熱后，形成低熱蒸汽，流入汽輪機(jī)低壓缸，最后高壓缸內(nèi)蒸汽和低壓缸內(nèi)蒸汽共同做功，推動(dòng)汽輪機(jī)發(fā)電。

2.2水泥窯余熱取熱的優(yōu)化方案

2.2.1窯尾取熱，提高水泥窯發(fā)電能力

水泥窯在沒有使用余熱系統(tǒng)時(shí)，窯尾一級(jí)預(yù)熱器和高溫風(fēng)機(jī)連接到一起，水泥窯生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的煙氣，會(huì)進(jìn)入高溫風(fēng)機(jī)，然后在增濕塔內(nèi)，用于烘干生料。窯尾的位置設(shè)置鍋爐后，對(duì)預(yù)熱器的出管道進(jìn)行改造，與鍋爐的入管道連接，將原有的出管道作為旁路管道，安裝電動(dòng)擋板;鍋爐的出管道與高溫風(fēng)機(jī)的入管道相連，在入管道位置安裝電動(dòng)擋板，兩個(gè)擋板都具有調(diào)節(jié)煙氣的作用，通過改造后的水泥窯，發(fā)電能力明顯提升，煙氣進(jìn)入熱力發(fā)電系統(tǒng)后，加熱汽輪機(jī)中的水，產(chǎn)生蒸汽，促使蒸汽機(jī)發(fā)電，發(fā)電后排除的余熱，用于烘干生料，發(fā)電后，使用電動(dòng)擋板調(diào)整煙氣流量，煙氣直接進(jìn)入風(fēng)機(jī)排出。

2.2.2窯頭取熱，提高水泥窯的發(fā)電能力

水泥生產(chǎn)過程中，熟料的溫度達(dá)到了1400℃，使用篦冷機(jī)降溫，冷卻風(fēng)對(duì)高溫熟料進(jìn)行冷卻，篦冷機(jī)將熱氣抽出后，輸送至回轉(zhuǎn)窯和分解爐，在窯頭安裝余熱鍋爐，吸取篦冷機(jī)輸送的熱氣，抽氣口位置選擇非常重要，如果在冷端附近，則吸的熱量較低，并且煙氣的流量大，影響到余熱鍋爐的正常運(yùn)行，所以將抽氣口位置設(shè)在熱端附近，在不影響水泥熟料正常生產(chǎn)的前提下，在篦冷機(jī)熱端取熱，充分利用篦冷機(jī)的內(nèi)能量，提升熱電系統(tǒng)的發(fā)電能力。

結(jié)語：通過對(duì)水泥窯熱力發(fā)電系統(tǒng)的改造和升級(jí)，設(shè)計(jì)安裝余熱發(fā)電系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)余熱資源的循環(huán)利用，使用AQC和SP鍋爐，在窯頭和窯尾充分吸取水泥窯的余熱，加熱鍋爐內(nèi)的水，使蒸汽在鍋爐、省煤器、蒸發(fā)器、過熱器中流動(dòng)，最后到達(dá)汽輪機(jī)，蒸汽推動(dòng)汽輪機(jī)運(yùn)行發(fā)電，提升水泥窯的發(fā)電能力，為水泥廠提供電力支持，使用余熱發(fā)電，相對(duì)的減少了企業(yè)電力消耗，實(shí)現(xiàn)了節(jié)能降耗的目的，積極響應(yīng)我國節(jié)能減排的號(hào)召，實(shí)現(xiàn)企業(yè)資源利用的最大化。

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