5000t/d熟料新型干法生产线国产化纯低温余热发电机组运行分析

根据国家发展循环经济要求，长兴煤山众盛建材有限公司首开先河，在５０００ｔ／ｄ熟料五级预热器新型干法窑生产线增设国产化纯低温余热发电机组。工程从２００４年１１月开始筹建，于２００５年８月投入运转。经过一年的生产运行，取得了良好的经济效益，截止到２００６年８月份，累计发电上网供电量４５０５２７４５ｋＷｈ，平均发电利润０．４８元／ｋＷｈ，累计创造效益２１６２．５万元。
１  主机设备配置与运行效果
１．１  主机设备配置
    我公司纯低温余热发电系统，由天津水泥工业设计研究院能达技术发展有限公司设计，并进行生产现场热工标定。在取得生产运行热工参数的基础上，选定主机设备。主机设备型号及主要参数见表１。

１．２  电站技术经济指标及运转达标情况
    电站设计技术经济指标见表２，运转达标见表３。

    将表２、表３参数结合回转窑设计年运转率８５％对比，可计算出电站与窑相对年运转率设计值为９４．０１％，实际相对运转率为９８．５８％，比设计高出４．５７百分点，站用电率设计值为８％，实际站用电率为６．７７％，比设计指标低出１．２３百分点；平均发电功率设计值为５．４ＭＷ，实际平均发电功率为６．２５ＭＷ，比设计指标高出１５．７４％。对比数据说明，该纯低温余热发电系统实际运转远远好于设计指标，是十分成功的。
２  存在的问题
２．１  机务设计应注意的问题
２．１．１  应优先满足原生产系统废热利用
    新型干法生产线回转窑废气余热一般用于原料制备及煤粉制备烘干系统，热风分配基本上分为二种形式，一是窑尾热风用于原料粉磨和煤磨烘干系统，二是窑尾热风用于原料粉磨烘干系统，煤磨系统用热风取自窑头篦冷机。我公司烘干用风是第一种工艺形式，生产线物料烘干用热风温度发电前后数据变化见表４。
    物料烘干用风，因增设ＳＰ余热锅炉，使入原料磨烘干风废气温度下降约７０℃，煤磨增大阀门开度，提高通风量，入磨废气温度仍下降约２０℃，给物料烘干带来些影响。原料磨冬季自然温度低或夏季含水量大时，磨机产量略有下降，每年有三个月左右，运行时间稍有增加，每吨生料多耗电３～４ｋＷｈ，合计多消耗电量为２５０×１０４ｋＷｈ，仍能满足生产需要。煤磨设备运行要求出口风温度大于６０℃，虽然通过增加风量基本满足生产烘干用煤要求，但是由于煤磨托盘风口风速提高，加快了设备部件磨损，降低了设备零件使用寿命。所以，设计时优先考虑原生产烘干用热风的需要。
２．１．２  应适度提高ＡＱＣ炉出力能力
    我公司６ＭＷ机组ＳＰ余热锅炉设计出力２６ｔ／ｈ，ＡＱＣ锅炉设计出力２０ｔ／ｈ，在超发电７０００ｋＷ时锅炉运行恰恰相反，ＡＱＣ炉出力约３０ｔ／ｈ?穴满度值?雪，ＳＰ锅炉１２ｔ／ｈ，这与热工参数有关，热工运行参数及发电负荷见表５。
    表５反映出ＡＱＣ炉出力已超发５０％以上，烟气出口温度仍在１３０℃以上。为使汽轮机不超过最大许用负荷，经常进行旁路放风，或通过ＡＱＣ炉向空排汽阀放汽降压运行。可见，ＡＱＣ炉仍有较大余热利用潜力，设计上可加大锅炉的出力能力。
２．１．３  增设离线锅炉应满足原建筑基础沉降要求
    原生产工艺设备布置采用高温风机在增湿塔前置设计形式，高温风机基础纵轴线与预热器塔架基础横轴线相距１１ｍ。因此，增设ＳＰ炉采用在高温风机上部跨越建筑结构设计。锅炉投入运行５个月后，高温风机调速偶合器转子轴产生向电动机端轴向窜出，导致偶合器损坏，经检查发现高温风机基础整体产生倾斜，高温风机电动机尾端标高较风机活动轴承部位标高低３１ｍｍ，风机基础轴向倾斜度达２．７６ｍｍ／ｍ。经分析原因可能是新旧基础相邻太近，ＳＰ余热锅炉灌注桩基础施工中对原生产设备高温风机基础产生扰动，造成高温风机基础不均匀沉降。应引起工程设计施工高度重视，以防止对原生产线设备带来影响，发生机械事故及经济损失。
２．２  设备存在问题及改进措施
２．２．１  ＡＱＣ锅炉炉管安装
    ＡＱＣ炉在设计上采用炉管上加装螺旋式吸热片，以增加对流热交换面积，每组相邻炉管吸热片间隙１ｍｍ。竖向用管夹支承，焊接在支撑梁上。因管夹支撑板厚度大于吸热片间隙，造成炉管组片无法安装。根据现场情况，将固定管夹支撑梁加宽，管夹支架错位安装，解决了该问题。
２．２．２  ＳＰ炉振打装置。
    ＳＰ炉因窑尾含尘浓度较大，炉管上加装了振打装置和振打轴与炉墙两级密封装置，在运行中短期内发生振打轴从二级密封端板处断轴问题。经分析，是因二级密封端板焊接在振打杆上，焊接部位经施焊后产生焊接应力及焊后杆件金属组织发生变化，造成金属材料脆性增加，强度下降，振打锤撞击后，形成脉动交变应力而折断。
    针对上述问题，考虑到一级密封尚可满足需要，故将二级密封端板取消，再也没有发生振打轴断轴现象，提高了清灰效率。
２．３ 注重管道工程漏风与防磨损处理
２．３．１  烟气管道工程漏风
    烟气管道漏风会引起风温下降，漏风主要表现管道法兰接口和旁路调节阀门。由于管道法兰直径达３５００ｍｍ，现场制作平整度低，法兰联接面接触不实。密封填料在负压风抽吸下，局部填料损坏，接口出现缝隙产生漏风。旁路阀门调节叶片角度调正不一致，关闭后，个别阀板没能合严，有缝隙造成漏风。施工中要注意密封材料的安装及阀门阀板调正或阀门选型时采用整体阀板阀门。
２．３．２  做好防磨损处理
    增设余热发电锅炉前，窑头热风直接入电除尘器，因此篦冷机热风含尘颗粒对管道弯头部位冲刷磨损严重。弯头处８ｍｍ钢板已磨损约４ｍｍ。增加余热发电沉降器后，大部分粗颗粒被炉前沉降器收回。沉降器内筒采用不锈钢纳米炭化硅镀层，耐高温、防变形、防磨损效果良好。篦冷机至沉降器入口管道弯头，仍是重点磨损部位，根据发电前废气对弯头的实际磨损情况，我们对该管段３个弯头做耐磨陶瓷浇注料衬防磨处理。投入运行后，锅炉入口烟气温度相对提高约５℃，也起到了保温作用。

３  运行操作控制
３．１  回转窑系统操作控制
    增设余热发电设备后，回转窑操作控制主参数没有变化，仍是以满足水泥熟料产、质量为前提条件，预热器一级筒温度控制在３２０±２０℃。值得重视的问题，是为获得满足ＡＱＣ炉需要的废气温度，应尽力提高二次风温。二次风温高，表明出窑熟料温度高，窑头废气排风温度必然高，入窑二次风温度控制在９８０～１１５０℃为好。其次，要稳定篦冷机料层厚度，操作中对篦冷机的速度调节采用微调，勤调制度，防止温度大起大落。正常操作情况下，篦床推动次数调整变化量一般不超过０．５次。窑头废气温度变化控制在３４０～３８０℃之间，完全可满足ＡＱＣ余热锅炉热值需要。
３．２  发电系统运行控制
３．２．１  严格执行操作规程
    发电系统操作严格执行二票三制。每一工步都必须在满足运行条件下，才能进入下一步操作程序，运行一年多从没发生过设备事故。
３．２．２  根据ＡＱＣ炉主蒸汽温度、压力合理控制入炉风温
    回转窑系统运行过程中热工参数是在一定幅度内波动变化的，出料粒度、掉窑皮的大小，掉窑皮的频率都会使废气风温变化。这就要求合理的控制入炉风温，防止锅炉超温、超压运行。
    入炉风温控制依据是主蒸汽温度和压力。当ＡＱＣ炉主蒸汽压力超１．４５ ＭＰａ，或篦冷机出口温度达到３８０℃时，就应打开旁路阀门或冷风阀降低入炉风温。当窑尾预热器发生塌料时，窑内高温物料会大量进入篦冷机，废气温度急骤上升，最高时达６００℃以上，时间长达３０ｍｉｎ。此时，要根据温度上升梯度情况，一是迅速打开旁路阀门减小入炉风量，二是开启向空排汽阀降低锅炉主蒸汽压力。在入炉风温控制的操作过程中，要有预见性和及时性，将入炉烟气温度控制在３６０℃以内，保证锅炉在安全工作压力下运行。
３．２．３  汽轮机正常运行状态控制
    窑头废气温度波动，造成锅炉出力波动，相应地使汽轮机供汽产生波动。汽轮机经常出现超７０００ｋＷ运行问题，采取入炉风温控制措施仍出现发电负荷最高达７３００ｋＷ，使汽轮机超负荷运行。为保护汽轮机安全运行，通过对５０５装置设定，使锅炉超发蒸汽储存在锅炉系统，当废气温度下降时，再释放补偿到系统中，使汽轮机最高负荷控制在７０００ＫＷ之内，稳定了汽轮机负荷，稳定了上网电量波动，也简化了操作，提高了发电量。
４发电前后能源消耗对比和经济效益
    余热发电对原生产线的能源消耗是否带来影响，我们做了统计对比表，详见表６。可以看出原料磨系统电耗略有上升，余热发电对烧成系统电耗、煤耗没有影响。
    我公司２００６年１－８月份熟料产量１０４４７０１ｔ，发电机相对窑运转率１００％，总发电量３０２１８５２０ｋＷｈ，上网电量２８２２８９２０ｋＷｈ，台时发电量２８．９３ｋＷｈ／ｔ熟料，企业累计盈利２８２０万元。其中，余热发电利润按０．４８元／度计算，发电创造利润累计１３５５万元，占企业累计利润５４．９６％。发电系统建设投资３４６０万元，投入资金１．７年内即可收回。在竞争激烈的市场环境中，体现出纯低温余热发电给企业带来的可观经济效益和社会效益。