閃蒸技術余熱發電在3×5000T/D水泥生產線上的運用及操作
2010-04-02 00:00
一、 概述
1.1 項目介紹：
水泥工業發展到今天，工藝和設備技術水平有了長足進步，盡管水泥生產過程的熱耗（燃煤）較以前下降了許多，但由于水泥窯的規模大，廢氣排量巨大，因此廢氣余熱量仍然很大，如果能將這些熱量回收用于發電，其發電量相當可觀。水泥窯的廢熱排放主要集中在窯頭冷卻機和窯尾預熱機排放的廢氣，其中預熱機的廢氣還要用于原料烘干，我們利用預熱機的廢氣只能在回收其熱量后將它的溫度降至250℃，而冷卻機的廢氣不作其他用途，我們要充分利用其熱量，回收熱量后，它的排氣溫度可降至約90℃。因此，在充分考慮工藝流程和生產需要的基礎上，結合母公司花蓮廠二十年來在余熱發電方面積累的豐富建設和運行經驗，決定采用日本JFE公司的系統。該項目進展分兩期完成：第一期工程為一、二窯余熱發電項目自2004年12月破土動工，于2006年3月7日并網發電；第二期工程為配合三號窯2007年7月投產，鍋爐熱氣于同年8月12日并入。
1.2 工藝流程：
目前系統將三套窯的廢熱回收合并發電，為了回收窯頭冷卻機的廢熱，設置AQC鍋爐（每套窯各一套），AQC鍋爐設計為水平管式強制循環鍋爐，帶汽水鼓，廢氣垂直方向通過鍋爐，鍋爐依廢氣流向依次布置過熱器、蒸發器和節熱器；由于冷卻機廢氣粉塵為熟料顆粒，粘附性不強，除塵方式采用自然沉降不使用機械振打裝置，在AQC鍋爐之前設置了旋風筒，降低熟料粉塵對鍋爐的影響。
在窯尾預熱機設置SP鍋爐（每套窯各一套），SP鍋爐采用垂直管式強制循環鍋爐，帶汽水鼓，廢氣水平方向通過鍋爐，鍋爐依廢氣流向依次只設過熱器和蒸發器，以使鍋爐出口廢氣溫度能達到250℃，用于原料干燥；預熱機廢氣粉塵為生料粉，粘附性較強，故SP鍋爐設置機械振打裝置來解決粉塵附著的問題。為充分回收熱能，系統配置了高、低壓閃蒸器，采用能使用不同壓力和溫度參數的汽輪機。其中一、二號水泥生產線配置一套高、低壓閃蒸器，而三號水泥生產線又配置一套高、低壓閃蒸器，采并聯方式運行。閃蒸技術在水位控制方面較復雜，尤其在三套窯共用一套渦輪發電機時互相影響的因素就更多了，但本系統采用了高度自動化控制系統，且完全掌控三套蒸汽共推一套渦輪發電機的復雜控制問題。其簡要流程圖如下（圖一）：
圖一
二、實際操作及改善措施
目前國內在水泥生產線余熱發電技術也較成熟，一般的水泥生產線余熱發電站配置情況基本是一條水泥生產線配一套渦輪機及發電機，或者是兩條水泥生產線配一套渦輪機及發電機，很少有三條水泥生產線配一套渦輪機及發電機，而本公司的余熱發電站就是將三條水泥生產線共配一套渦輪機及發電機，并且為了充分降低窯頭的廢氣溫度，增設了兩套高、低壓閃蒸器來輔助發電。我們通過在從兩條水泥生產線配一套渦輪機及發電機的配置運行操作到今天的三條水泥生產線配一套渦輪機及發電機系統的操作中得出許多實踐操作經驗，現就操作方面有如下幾種情況以及相應的應變方式：
第一種為閃蒸器管路內的水錘現象：
在水泥生產線上的余熱發電站比較容易發生水錘現象的應該是在補水管路內。就本廠而言，就是當#1AQC或#2AQC鍋爐停爐時，其本身節熱器出口水溫會逐步下降，而另外一套AQC鍋爐正常運轉中，使得進入#1高壓閃蒸器的兩條管路水溫相差越來越大，在冷、熱水相遇時就會發生水錘現象,對此本公司在節熱器到#1高壓閃蒸器控制閥前各安裝一電動閥做自動控制排低溫水至冷凝器,即回收了冷凝水，且確保了沒有水錘現象發生。具體流程如下（圖二）中151.17、151.18和351.17馬達控制閥所示。
第二種為配合三號窯鍋爐并入增加#2高、低壓閃蒸器之后的水位控制問題：
原#1、#2水泥生產線的蒸汽共推一套渦輪機的配置，加上第三條水泥生產線的蒸汽并入，使得控制方面更是錯綜復雜，特別是配合#3AQC節熱器而增設的#2高、低壓閃蒸器的水位控制。當只有第一和第二條水泥生產線時，鍋爐給水泵的水源只有#1低壓閃蒸器和真空冷凝器兩處，所以只要用控制閥（LV422）來控制#1低壓閃蒸器的水位即可達到整個水系統的穩定。控制閥（LV422）的控制原理為：當#1低壓閃蒸器的水位低于設定值時，自動調節控制閥LV422開大點，使得鍋爐給水泵的水源從真空冷凝器處來較多，從而保持#1低壓閃蒸器水位達到穩定效果。加入#2高、低壓閃蒸器之后，鍋爐給水泵的水源就多了#2低壓閃蒸器，而控制閥LV452的控制原理如同控制閥LV422一樣。也就是控制閥LV422控制#1低壓閃蒸器水位，而控制閥LV452控制#2低壓閃蒸器水位。這樣的話使得#1、#2低壓閃蒸器的水位永遠在忽高忽低的頻繁變化，導致整個余熱發電站的水位都無法自動控制。本公司經試驗將控制閥LV452保持在全關不做自動控制用，只有通過一個控制閥LV422來調節#1低壓閃蒸器水位，而#2低壓閃蒸器的水位隨#1低壓閃蒸器水位升降，即靠補水連通管取得平衡達到水位控制。具體流程如下（圖二）所示。
第三種為#2高壓閃蒸器內部壓力的建立及水位控制：
在三條水泥生產線均正常運轉時，對應的余熱發電站各鍋爐也能正常運轉，但當第三條水泥生產線需要停修而再重新開機時，對應的#2高壓閃蒸器水位控制就較困難。因為在#1、#2低壓閃蒸器有了直接連通的管路，使#1、#2低壓閃蒸器內部壓力相等，這時#2低壓閃蒸器內部壓力就大于#2高壓閃蒸器,因無法形成正常補水回路致#2高壓閃蒸器水位無法建立，所以在#2高壓閃蒸器內部壓力沒有大于#2低壓閃蒸器時，其水位無法自動控制。故在第三條水泥生產線開機時，須利用旁路控制閥（LV431b）直接排放到真空冷凝器的管路來調節#2高壓閃蒸器水位,通過節熱器出口水溫的上升，再經過#2高壓閃蒸器循環加熱，使#2高壓閃蒸器內部壓力逐步上升到大于#2低壓閃蒸器時，將排放到真空冷凝器的控制閥LV431b關閉,讓#2高壓閃蒸器水位由控制閥LV431a經#2低壓閃蒸器自動控制。通過#3AQC節熱器出口水溫度不斷地提高，至#2高壓閃蒸器內部壓力繼續上升到正常值，完成#2高壓閃蒸器的壓力建立。具體流程如下（圖二）所示。
圖二
三、總結
綜上所述，閃蒸復合發電技術是一種能量最大限度地利用，也是將常規發電站無法利用的部分低品質低溫熱能，通過閃蒸系統生產出飽和蒸汽，與過熱蒸汽一起進入多參數混合渦輪機作功發電，從而增加余熱發電系統的發電效率。并且本公司為節約成本，在原二條水泥生產線的熱氣供一渦輪機發電的基礎上再增加第三條水泥生產線的熱氣合并發電，更加充分地利用了有限的能源,在操作上通過多次實際證明完全可以控制以上情況的發生。同時我們也相信通過廣大專家不斷地現場實踐和摸索總結出更多的經驗，將來的水泥生產線上余熱發電站在工藝和自動化控制方面都有著不可估量的發展前景。
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