提高水泥窑9MW纯余热电站发电量的尝试

郭立新 中材罗定水泥有限公司

中材罗定水泥有限公司一期工程的4500t/d水泥熟料生产线于2011年10月底投产，12月就实现了熟料月达产。公司在2012年1月对该熟料生产线进行了热工标定，在标定的基础上，根据生产线实际生产时窑头窑尾排放的废气参数，最终确认了生产线配置9MW纯低温余热发电系统。

1 电站建设

1.1 热工标定结果

标定期间，窑投料量在380t/h左右，折合熟料产量基本在5630t/d左右。

（1）窑头篦冷机去电收尘废气管段相关参数

窑头篦冷机去电收尘废气管段相关参数见表1。

表1

测试期间煤磨处于正常运行状态，煤磨取风口位于篦冷机二段前部。从测试数据来看，篦冷机尾部所排废气平均温度达到318℃，基本正常，测试期间窑况有一定的变化，篦冷机尾部所排废气温度在305～325℃间略有变化，对比投产近三个月来的窑头电收尘器入口温度的长趋势记录，此次标定的温度基本能反映生产线平时生产状况；风量与负压基本正常。

（2）窑尾C1预热器出口管段相关参数

窑尾C1出口管段风量测试数据见表2。

表2

从测试数据看，窑尾C1出口平均温度347℃，与当时生产线中控显示温度基本相符，对比投产近三个月来的窑尾预热器C1出口温度长趋势记录，发现窑尾C1出口温度在325～345℃之间，由于此次标定期间熟料f-CaO偏高，窑投料量略减低，为380t/h，低于投产近三个月来380～390t/h的平均水平，窑操作员有意提高温度煅烧，所以造成了C1出口温度较平时偏高。风量与负压基本与此时产量相符。

窑尾C1出口管段废气成分测试数据见表3。

表3

从测试数据来看，CO为0.01%，说明窑系统内燃料的燃烧比较完全，O2含量基本正常。

（3）煤磨及生料磨系统相关测试参数

煤磨及生料磨系统相关测试参数见表4。

表4

1.2 电站配置方案

该生产线余热电站的配置，一是利用窑尾预热器C1出口的废气设置一台余热锅炉（简称SP炉），设计参数为359000Nm3/h，340±20℃；二是窑头篦冷机二段篦床前、中部取出的废气设置一台双压余热锅炉（简称AQC炉），设计参数为220000Nm3/h，380℃。发电系统设置为1台9MW补汽凝汽式汽轮机和1台10MW发电机，锅炉主汽参数为1.35MPa，340～360℃；汽机主汽进汽参数为1.25MPa，340±10℃，补汽参数为0.2MPa，150℃。在电站的总体配置上，坚持不以提高发电量而增加熟料生产热耗的原则，为不增加熟料生产的煤耗，不采用抽取三次风或窑头罩等高温风进行蒸汽过热的手段。

2 电站投产后运行情况

2.1 电站投产初期效果

余热电站2012年5月底投产后，7月份即实现相对于窑系统的100%连续运转，8月和9月，余热电站和回转窑共同实现了连续两个月100%运转。

从余热电站投产后7月份的运行数据看，篦冷机去煤磨的热风温度360～450℃，与1月份热工标定时估算温度基本相符，说明电站投运没有影响煤磨的烘干热风，窑尾C1出口温度在320～340℃间，较1月份热工标定时温度低，也低于SP锅炉的设计入口温度，主要是因为窑产量增加造成C1出口温度降低。整个7月份，窑二次风温与电站投运前相比，变化不大，但从窑头篦冷机二段前、中部取出的AQC炉入口废气温度却在260～400℃间大幅波动，且难以控制。因此7月份AQC炉入口废气温度波动幅度大且总体偏低，故7月份余热电站虽然实现了相对于窑系统的100%连续运转，但月度吨熟料发电量只有30.1kWh/t，月平均发电功率7.51MW。

2.2 提高发电量的措施及效果

在2012年7月底通过对熟料生产线再次进行了热工标定，标定期间窑投料量在390t/h左右，折合熟料产量在约5800t/d。经过标定，测算出SP锅炉入口废气标况风量约为300000Nm3/h，SP锅炉旁通处漏风约为50000Nm3/h，SP锅炉入口温度325～335℃间；AQC炉入口废气温度260～400℃间波动，废气标况风量约为230000Nm3/h，AQC锅炉旁通处漏风约为50000Nm3/h，漏风废气温度120～160℃，因篦冷机尾部排出少量低温废气，对余热电站AQC炉蒸汽产量影响不大，所以通过本次标定，双方确定今后稳定和提高余热电站发电量的主要途径是：

（1）对SP锅炉旁通阀进行密封处理，减少旁通处漏风，提高SP锅炉蒸汽产量。

（2）通过调整生料配比、控制篦冷机料层等手段，提高篦冷机内散热效果，稳定和提高AQC炉入口废气温度。

分析发现4500t/d水泥熟料生产线所配置的篦冷机（第三代篦冷机，三段活动篦床，九个风室）冷却面积达147m2，相对于5800t/d的熟料产量，篦冷机一、二段风室风机和固定篦梁充气风机的风量足够大，熟料在篦冷机一段已进行了充分的散热。要稳定和提高AQC炉入口废气温度，关键还是在不影响窑二次风温的情况下，稳定住篦冷机一段篦床的料层，把熟料热量往二段篦床后移，首先采用减少一段篦床充气梁冷却风机风量和1#、2#、3#风室风机风量的办法，取得一定成效，但出窑熟料的短时变化很容易压住一段篦床，且各风室间有窜风现象，一旦压住了一段篦床，调整周期很长，后来又尝试把一、二段篦床的各充气梁冷却风机和一段篦床下的1#～3#风室风机的风门恢复到100%开度，二段篦床下的4#～6#风室风机的变频器也恢复到50Hz，让操作员专心通过调篦床篦速来稳定住料层和控制入AQC炉温度，只通过调整三段篦床下的7#～9#风室冷却风机的变频器频率来控制出篦冷机的熟料温度、维持窑头罩压力。经过一段时间的摸索，操作员通过调整篦床篦速，摸索出了较合适的各风室风压参数和冷机传动压力控制参数，对篦冷机来说，基本参数确定为1#风室风压控制在7200～6800Pa，2#风室风压控制在5500～6000Pa，4#和5#风室风压控制在4700～4500Pa，篦冷机传动压力控制在9.5～7.5MPa），当然，随着生料成分、煤粉灰分成分、投料量等的变化，还要适时调整。总的来说，逐步稳住了篦冷机料层，在不影响窑二次风温的情况下，AQC炉入口废气温度基本在300～380℃间波动，而且波动频率大大减少。

在稳住篦冷机料层的情况下，又从以下几个方面入手，来提高余热电站发电量：

（1）控制熟料结粒，提高篦冷机中熟料的散热效果。把熟料SM维持在2.6～2.7间，通过原料调配站r-射线仪密切监控原料SM的变化趋势，发现异常时及时进行调整，密切关注进厂煤质量的变化情况，必须对进厂煤的质量进行连续化学分析，每次原煤预均化堆场内更换原煤堆区时根据煤质的变化调整原料配料，最大限度的降低煤质波动对熟料结粒状态的影响。

（2）改造篦冷机风室密封，对风室内传动口改用金属密封减少篦冷机风室间窜风，这对于稳定篦冷机料层起到了很好的作用。

（3）改造煤磨烘干热风的取风口，生产中篦冷机去煤磨的热风温度360～450℃，由于煤磨进口掺冷风后实际入磨风温不超过300℃就能保证系统用风要求，从篦冷机至电收尘的风管上增加一路风管至煤磨，减少了从原来篦冷机二段篦床前部取风口的取风量，减少煤磨进口原冷风阀的冷风掺量，增加窑头AQC锅炉的热风温度。

（4）窑尾SP炉旁通阀进行密封处理，利用停机时间对SP炉旁通百叶阀的叶片边沿加装密封板以减少漏风对SP炉蒸汽产量的影响。

在2012年8月份以后的生产中，上述调整措施逐步落实，并收到了较好的效果，余热发电量稳步提高。2012年7～10月熟料产量和发电量统计情况见表5。

表5

从表5可以看出，通过上述提高余热电站发电量的措施，窑头AQC锅炉的入口热风温度逐步稳定并提高，特别到了9月份后，窑头AQC锅炉的入口热风温度很少低于300℃以下，波动幅度继续减小，频率变少，余热电站发电量稳步提高，平均发电功率达到了设计指标(设计指标为8365kW)，而且二次风温同余热电站投产前相比没有下降，保持在1130～1200℃，说明没有影响窑系统热耗。