技术 | 增加窑头罩热风管道提高吨熟料发电量

公司纯低温余热发电采用窑尾双压+窑头单压+双重过热系统工艺，装机容量选择汽轮机5MW+发电机6MW。窑尾305℃废气经SP锅炉产生1.35MPa、285℃低温过热蒸汽，然后输送至窑头与AQC锅炉低温过热器产生1.3MPa、340℃低温过热蒸汽，混合进入窑头高温过热器（篦冷机中部抽取380℃热风）过热为1.2MPa、360℃高品质蒸汽，此蒸汽进入汽轮机和窑尾低温过热器产生0.28MPa、170℃低温过热蒸汽进入汽轮机补汽口，两路蒸汽膨胀作功推动汽轮机发电。蒸汽双重过热技术将窑尾低品质蒸汽通过窑头的高温烟气再次过热为高温高焓值蒸汽，进入蒸汽混合器与窑头蒸汽混合变压后送入汽轮机，大幅的提高了汽轮机做功效率。

2019年以来，余热发电窑头锅炉进风口热风温度长期低于设计温度380℃（平均约303℃），窑头锅炉蒸发量偏低导致发电量长期较低，虽然优化了操作和管理，但是进口温度仍然较低，主要由于水泥窑熟料煅烧较好，结粒较好，熟料冷却较好，低温取风段和高温取风段温度都较低（2018年前低温段380℃高温段600℃，2019年3-8月份低温段200℃高温度段500℃）。

为了尽快解决吨熟料发电量较低的问题，公司组织相关技术人员进行攻关，经过对水泥窑系统拉风、篦冷机配风和料层厚度的多次调整，效果不佳；对于冷风段、热风段及锅炉旁路阀门的频繁操作，增加了操作难度和工作量；为提高窑头锅炉入口温度尽可能的接近设计温度，严重影响到煤磨热风温度的提高及水泥窑、煤磨、篦冷机的正常运行。

经过攻关组的调查、研究、讨论分析后认为：余热发电系统汽轮机真空度、端差等参数均在合理范围之内，吨熟料发电量较低的原因主要是汽轮机蒸汽流量和压力较设计和2018年运行参数下降较多，窑尾锅炉蒸发量变化不大，窑头锅炉蒸发量下降严重。主要是由于锅炉入口温度长期低于设计温度380℃（平均303℃），入口温度偏低导致篦冷机旁路阀门开度较大，减少篦冷机冷风进入窑头锅炉风量，导致进入窑头锅炉的风量减少。由于窑头锅炉温度和风量的偏低，窑头锅炉的蒸发量下降严重是造成发电负荷较低的主要原因。

经过攻关组计算论证决定从水泥窑窑头罩至窑头锅炉新增∮2000mm（有效内径1400mm）热风管道一个，解决余热发电窑头锅炉入口温度和风量偏低的问题，提高窑头锅炉的入口温度能够达到设计温度，提高蒸发量，提高运行效率。

3.1 理论计算

假设各部位取风比例和实际尺寸比例相同，按照理论计算增加取风口前窑头锅炉进口温度只能达到303℃，增加取风口后窑头锅炉进口温度阀门全开状态下能达到368℃，通过适当调整锅炉进口各风管阀门开度，窑头锅炉进口温度能够达到设计380℃以上。

3.2 项目实施的优缺点

优点：增加一个操作方便的热风通道，利用窑头罩高达1000℃的高温提高窑头锅炉热风热焓值，锅炉进口温度能够达到设计温度，吨熟料发电量达到37KWh/t以上。窑头锅炉温度的提高有利于操作调整各阀门开度，适当关小冷风阀门可以提高煤磨热风温度，降低煤粉水份。

缺点：增加投资约26万元；将部分水泥窑二次风引入窑头锅炉，吨熟料增加煤耗约1.5Kg；

3.3 项目实施成功的可能性

理论计算窑头锅炉进口温度能够达到设计温度，调整阀门风量就能够达到设计风量。

从进口压力分布分析窑头罩、高温取风阀、低温取风阀部位均能够保证热风的流动方向和流速。

窑头罩取风量占窑头锅炉总风量的15.02%，温度理论计算能够提高65℃。

3.4 项目实施失败的可能性及解决措施

窑头罩取风位置较靠前，取风占二三次风量的15%，对水泥窑煅烧及其它有一定影响，影响小可以继续使用，影响大将增加的高温闸板可以全部关闭，做好相应密封，对系统和水泥窑煅烧没有任何影响，仅造成投资26万元的损失。

窑头罩取风位置靠近水泥窑落料点，窑头锅炉拉风可能带来大量的细颗粒物料可能造成管道内积灰，通过设计管道等部位倾角大于45°，保证物料不能形成堆积。

窑头罩取风点温度较高（1000℃以上），耐高温及磨损处理不到位造成系统烧损及漏风严重。系统的耐火处理要求较高，风量调整要求高温闸板具备1200℃的工作要求。管道采取∮1400mm的内径，增加100mm纳米材料保温和200mm刚玉质浇注料，确保外壳温度低于120℃以下，高温闸板采用实心刚玉质浇注料，能够使用半年以上。膨胀量约20mm采用自制套筒式膨胀节，内部填耐高温硅酸铝纤维，外部采用套筒式并填充细沙料，最外部采用帆布密封。

四、项目实施及实施后效果验证

经过攻关组论证决定后于2019年8月份开始准备材料及备件制作，利用9月份水泥窑检修时间进行了安装。

实施后的经济指标完成情况：

自2019年9月18日在余热发电启机并网正常后各项参数基本达到预期的目标，窑头锅炉入口温度达到设计要求温度380℃；篦冷机废气管道阀门能够关小到20%以下，锅炉的烟风量有了大幅提高；发电负荷从原来的3500kwh提高到了4500kwh以上，吨熟料发电量提高到37Kwh以上，余热发电整体运行经济效益明显提高，确保了余热发电安全稳定高效的运行。

5.1 增加成本

项目实际投资24.0万元，年维护费用9.8万元；年产熟料80万吨计算，吨熟料增加成本0.15元；

吨熟料增加煤耗按照1.5Kg计算吨熟料成本增加0.86元；

5.2 降低成本

吨熟料发电量提高7.64Kwh计算降低成本3.13元；综合吨熟料降低成本约2.12元，按照全年生产80万吨熟料计算，年节约169.6万元。

六、结束语

影响余热发电负荷的主要因素是蒸汽温度、压力和汽轮机的真空度、端差，提高蒸汽温度可以有效提高发电负荷，在优化操作中窑尾需要进一步降低废气温度的情况下，尽可能提高窑头废气温度和风量是提高窑头AQC锅炉蒸发量的主要途径。但提高AQC温度和风量将会和水泥窑二、三次风造成抢风的矛盾和熟料煤耗的小幅上升，公司吨熟料发电量29.52Kwh，虽然在水泥纯低温余热发电系统处于中间水平，由于窑头采用双重过热技术，当窑头锅炉进口热风温度低于340℃时窑尾蒸汽送到窑头锅炉时造成蒸汽热焓会下降，高于340℃且越高时蒸汽热晗越高，因此增加热风管道提高AQC温度到380℃以上，吨熟料发电量大幅度提高，也取得了较好的经济效益。

作者：张育虎，党斌斌，李长青，白小洲，汪峰峰

来源：《文县祁连山水泥有限公司》

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