水泥窯余熱發(fā)電技術改進

張建重

（四川川潤動力設備有限公司，四川成都 611730）

0 引言

目前，純低溫余熱發(fā)電技術已在水泥、玻璃和鋼鐵行業(yè)迅速普及，并已成為新的經(jīng)濟增長點，為企業(yè)提供了節(jié)能減排手段和一定的經(jīng)濟效益。水泥窯余熱發(fā)電中常用的熱循環(huán)系統(tǒng)的基本形式是單壓技術、閃蒸技術和雙壓技術。無論采用哪種熱循環(huán)方式，都希望將發(fā)電過程中產(chǎn)生的廢熱用于“內(nèi)部生產(chǎn)/利用”并減少電力的生產(chǎn)/外包。但在一些余熱發(fā)電廠，每噸熟料的發(fā)電能力不符合設計參數(shù)，其中一些問題是由于生產(chǎn)設備的維護不當和熟料生產(chǎn)線中央控制方式造成的，需要改進調(diào)整。某4500 t/d 干法熟料生產(chǎn)線余熱發(fā)電項目于2019 年正式上線，該系統(tǒng)采用“2 爐1機”的形式，安裝在熟料生產(chǎn)線的窯頭和窯尾。1×9 MW 蒸汽補充冷凝式蒸汽輪機和1 臺SP 余熱鍋爐支持1 個9 MW 發(fā)電機組。

1 余熱鍋爐存在的主要問題及改進措施

1.1 鍋爐機體漏氣

如果鍋爐運行過程中密封不充分，大量的冷空氣將被吸入爐內(nèi)，窯頭或鍋爐排氣口的溫度將降低，鍋爐的蒸汽產(chǎn)生和熱水溫度將降低，從而影響鍋爐的輸出，增加窯頭感應引風機或窯邊熱風機的功耗。廢熱鍋爐的例行檢查應包括對鍋爐體內(nèi)漏氣的檢查。窯尾鍋爐在通風梁周圍采取的是開放式焊接，在鍋爐外部隔熱層脫落且主體裸露的空氣中，熱量會迅速散失，尤其是在冬季，受環(huán)境溫度的影響很大，從而降低了鍋爐的輸出。對此，應及時檢查泄漏情況，采取處理措施，及時解決廢熱鍋爐漏氣問題。

1.2 窯尾鍋爐結垢

從窯尾預熱器C1 出口排出的廢氣中的主要粉塵為原粉，濃度一般為70～110 g/m3，如果濃度過大鍋爐煙道氣的阻力會增大，將影響水泥窯系統(tǒng)的負壓，減少加熱管束的熱吸收，并影響鍋爐的蒸汽輸出和發(fā)電。因此，窯尾鍋爐包裹設備的日常維護是重中之重，必須確保每組包裹物都被敲打，以減少爐膛管道上的灰塵堆積。檢修時，進入爐子的每一層，查看喇叭口式包裝錘是否打開，否則，即使研磨裝置正常工作，撞擊棒也無法擊中爐中的研磨錘。在故障案例中，物料堆積在窯尾鍋爐沉淀池中，灰燼不光滑，并且堆積時間很長，沉淀池倒塌多次，高溫風扇跳閘，窯系統(tǒng)被迫停止物料，進而對窯爐系統(tǒng)產(chǎn)生正壓力，嚴重威脅檢查人員人身安全和設備的安全運行。為此進行了技術改革，在鍋爐平臺上安裝了由單個電磁閥控制的空氣炮，壓縮空氣管道連接到鍋爐排氣口的頂部，相應設計4 個高壓進氣口，PLC 將空氣炮控制在鍋爐中灰燼的位置，每15 min 將其吹回一次，以加快鍋爐反向排灰的速度。

1.3 窯頭鍋爐磨損

爐排冷卻器冷卻熟料后，窯頭AQC 鍋爐的廢氣中包含高硬度的熟料粉塵，通常配備AQC 爐管，以減少鍋爐過熱器層中加熱管束的磨損。帶有螺旋狀鰭片的管是耐磨的無縫鋼管，可以用微風直接洗滌。鍋爐入口設計有沉淀池，該沉淀池從爐排冷卻器的前部抽出，以提取約400 ℃的廢氣，并將其輸送到沉淀池中，在過濾掉大的灰塵顆粒之后，將管道引入AQC 爐中。熟料粉塵通過拉鏈機排放到輸送機的漏斗中。

兩條熟料生產(chǎn)線的兩個AQC 沉淀室：第一線窯頭是一個慣性沉降室，其煙氣處理能力為130 000 Nm3/h。慣性力沉降室是一種除塵器，當煙道氣高速流動時，借助重力和慣性力，使含塵流中的定律顆粒沉降。第二線窯頭是具有相同空氣流量的多層重力沉降室，其水平的多層隔板沿煙道氣流的方向布置在內(nèi)部，塵土飛揚的空氣流在其自身重量下沉降。為了減少AQC 爐中管束的磨損，提高沉降室的收集效率，采取的具體措施是：①降低室內(nèi)空氣速度；②減小沉降室的高度；③增大沉降室的長度。在實際使用中，安裝在第二排的多層重力沉降室具有較大的面積和較長的長度，因此具有極好的集塵效果。安裝在主窯頭內(nèi)的慣性沉降室占地小、裝置尺寸小、集塵效率較低。如果施工單位的面積允許，建議選擇具有較大空間的多層重力沉降室。

1.4 噴水對窯頭爐排冷卻器的影響

由于國家環(huán)境保護政策的嚴格要求，許多企業(yè)最初使用靜電除塵器排放不符合標準的顆粒，然后將其轉換為袋式除塵器。用于袋式集塵的濾袋對工作溫度有嚴格的要求，當無法達到入口空氣溫度200 ℃的要求且入口溫度超過160 ℃時，由PLC 程序控制的爐排冷卻器灑水系統(tǒng)噴水冷卻，通過該項操作，含有水和煙道氣的熟料粉塵直接流入AQC 爐中，并且過熱劑層和第一級高壓蒸發(fā)器層的螺旋翅片被熟料顆粒阻塞，對熱量產(chǎn)生嚴重影響，影響吸收效率，AQC 鍋爐的輸出將減少，從而影響發(fā)電。

采取以下措施在不點燃集塵袋的情況下減少飛濺：①窯頭袋在煙道的集塵進口處安裝一個冷氣閥，對其進行控制。由熟料中央窯操作員控制，如果出現(xiàn)異常工作情況或緊急情況，當入口溫度達到200 ℃或更高時，中央控制室應及時使頂排風扇跳閘，關閉風扇的入口擋板，并準備一個用于緊急冷卻的冷氣閥，將噴水系統(tǒng)打開并最小化；②在入口煙氣測量點安裝2個熱電偶A 和B，以防止由于袋式除塵器入口溫度信號錯誤產(chǎn)生高溫導致爐排冷卻器灑水系統(tǒng)運行錯誤，安裝擋風玻璃保護，熱電偶應定期檢查和更換。實時比較2 個熱電偶測得的溫度，如果差值超過20 ℃，爐排冷卻器噴水系統(tǒng)將延遲1 min發(fā)出警報。

2 SNCR 脫硝工藝

2.1 選擇尿素作為反硝化還原劑工藝

主要設備是干式尿素儲存罐、量瓶、輸送機、液體混合罐和尿素。解決方案：隨著煙氣溫度的波動，調(diào)整尿素溶液的噴射位置，使其在最佳反應溫度范圍內(nèi)噴射到窯上；在每個噴霧點控制流經(jīng)流量控制閥的噴霧溶液的流量。

2.2 選擇氨水作為脫硝還原劑工藝

此過程主要涉及氨氣卸載單元、氨氣儲罐單元、傳輸單元、稀釋稱量單元、分配單元、注入單元和控制調(diào)整單元。氨是氨氣的水溶液，其物理性質(zhì)為無色、透明，具有刺激性和揮發(fā)性。由于氨有毒和易燃易爆的特性，氨存儲系統(tǒng)特別注意安全防護。

（1）氨氣注入位置和噴槍位置。正確選擇溫度窗口非常重要，因為NH3還原NOx的反應對溫度條件非常敏感。現(xiàn)場測試爐內(nèi)溫度、溫度分布，要根據(jù)具體情況確定注射位置（最佳溫度范圍為850～1050 ℃）。

對于噴槍布局，建議使用兩層、多點均勻分布。該布局具有以下優(yōu)點：所有2 層噴槍都是可伸縮的。通常，如果煙道氣中的NOx濃度較低（600～800 mg），僅打開噴槍的一層，僅在煙道氣的NOx濃度超過一定范圍（≥800 mg）后打開噴槍的第二層，從而減少還原劑的消耗以降低成本。這些動作通過自動控制實現(xiàn)。

（2）在最佳溫度區(qū)域的停留時間。將氨噴入窯后，必須在停留時間內(nèi)將氨和煙道氣充分混合，以便在短時間內(nèi)完成氨和NOx之間的反應。隨著停留時間的增加，脫硝效率增加。在低溫下，如果要達到相同的脫硝率，則增加混合物在最佳區(qū)域中的停留時間，停留時間的設計值可為0.001～10 s。

（3）在爐內(nèi)混合注入的反應物和煙氣。反應物和燃燒煙氣的混合物取決于反應物的噴射效果。為此，選擇合適的噴嘴并調(diào)整噴嘴的噴射方向、噴射角度、噴射速率等，以完全噴射反應物，從而獲得反應物和煙氣的最佳噴霧效果。實現(xiàn)更高的反硝化效率的關鍵還與正確選擇注入點位置和注入點數(shù)量有關，如果兩者的混合不合適，可優(yōu)化噴嘴調(diào)節(jié)噴霧方向。

3 結束語

針對水泥窯生產(chǎn)純低溫余熱發(fā)電中存在的問題，采取技術創(chuàng)新等有針對性的措施，以達到正常生產(chǎn)、節(jié)能減排的目標，以優(yōu)化余熱發(fā)電，使每噸熟料的用電量和經(jīng)濟指標達到設計要求。