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水泥窯純低溫余熱發電的若干問題

杭州易達工程技術有限公司 唐金泉 · 2005-03-11 00:00 留言

摘要:本文對我國水泥工業已投入生產運行的幾個純低溫余熱電站的生產運行進行了跟蹤研究分析,提出了純低溫余熱發電技術及裝備目前尚存在的幾個問題。在近年我國水泥工業工藝及裝備技術得以迅速發展、百數十條日產數千噸級大型干法水泥熟料生產線陸續投產的情況下,本文對研究、發展、推廣應用純低溫余熱發電技術及裝備將有一定的參考價值。
一、前言
  隨著水泥工業工藝及裝備技術水平的提高,近幾年內,我國新型干法水泥生產技術得到了飛躍式的發展,其不但通過技改、新建投產了百數十條2500t/d級、5000t/d級、6000t/d級及10000t/d級新型干法水泥熟料生產線,同時,水泥生產的綜合能源耗也降低至:熱耗為每公斤熟料3010kJ~3560kJ、電耗為每噸水泥85kWh~95kWh。對于上述規模的新型干法水泥熟料生產線,通過窯頭熟料冷卻機及窯尾預熱器排出的可回收并用于發電的廢氣余熱(不含水泥生產過程中原燃料烘干而回收利用的廢氣余熱),其所占水泥熟料總耗熱量的比例也降低為22%~27%,兩部分廢氣溫度降至了350℃以下。
  上述規模的新型干法水泥熟料生產線的綜合能耗有了較大幅度的降低,但由于水泥窯規模的擴大,窯頭熟料冷卻機及窯尾預熱器排出的廢氣余熱量仍然很大,以5000t/d水泥熟料生產線為例:
  窯頭熟料冷卻機排出的廢氣:約310000Nm3/h—200~250℃,排掉的廢氣熱量約折標準煤3.059t/h;
    窯尾預熱器排出的廢氣:約320000Nm3/h—320~350℃,扣除水泥生產過程中原燃料烘干所需的約200℃廢氣余熱外,排掉的廢氣熱量約折標準煤2.318t/h。
    上述兩部分被排放掉的熱量,根據其溫度,理論上具有約8827kW的發電能力,占水泥生產總耗電的40~43%。
    水泥生產的特點,一方面消耗相當數量的電能,另一方面又有大量的廢氣余熱被排放掉,因此,研究、開發、推廣應用低溫廢氣余熱發電技術,將水泥熟料煅燒過程中產生的低溫廢氣余熱轉換為電能而回用于水泥生產,對于進一步降低水泥生產綜合能耗、節約能源、提高水泥生產企業經濟效益有十分重要的意義。
二、我國純低溫余熱發電技術應用現狀
    我國開展新型干法水泥窯低溫廢氣余熱發電技術及裝備的研究、開發、推廣應用工作始于1989年,經過多年的努力,目前形成了二種低溫余熱發電技術:其一為帶補燃鍋爐的技術,自1992年,利用此項技術,國內共計有22家水泥廠、37條新型干法水泥窯(一條5000t/d、一條4000t/d,其它為700~2500t/d的新型干法水泥窯)建設、投產了27臺總裝機366MW的帶補燃鍋爐的低溫余熱電站;其二為純低溫余熱發電技術,自1996年,利用此項技術,國內共計有4家水泥廠、3條新型干法水泥窯、1條預熱器窯投產了4臺總裝機19.48MW的純低溫余熱電站。
    作者將專文介紹我國帶補燃鍋爐的低溫余熱發電技術及裝備情況,本文僅通過跟蹤研究分析已投產的四個純低溫余熱電站的生產運行情況,提出國內純低溫余熱發電技術及裝備所存在的若干問題,供同行參考、討論。
  國內上述四個水泥廠的純低溫余熱電站具體情況如下:
  1、水泥窯規模、電站裝機、余熱取熱方式、蒸汽參數
  四個水泥廠水泥窯規模、電站裝機、余熱取熱方式、蒸汽參數情況見表1。
    表1:四個水泥廠的水泥窯規模、電站裝機、余熱取熱方式、蒸汽參數表

水泥生產廠

海螺寧國

廣西柳州

江西萬年

上海萬安

備注

水泥窯規模

四級預熱器-4000t/d

四級預熱器-3300t/d

四級預熱器-2000t/d

四級預熱器-1350t/d

萬安為預熱器窯

電站裝機

648 MW

6.0 MW

3 MW

2.5 MW

 

投產年份

1997

2004

1997

2003

 

設計計算發電功率

6.48 MW

6.7 MW

2.8 MW

1.8 MW

 

實際運行發電功率

~7.2 MW

~5.3 MW

1.7~2.2 MW

~1.7 MW

平均

技術及裝備來源

電站整套設備均為日本KHI

系統、余熱鍋爐技術及關鍵部件為日本KHI,其它(包括汽輪機組)為國產

國產

國產

 

預熱器排出的

廢氣溫度

360~380

360~420

380~420

350~380

 

冷卻機廢氣溫度

200~250

220~280

220~270

220~250

電站投產前

窯尾預熱器余熱鍋爐SP爐及取熱方式

1臺,預熱器排出的廢氣進SP爐,SP爐排出的200左右廢氣經高溫風機后再烘干物料、收塵

1臺,預熱器排出的廢氣進SP爐,SP爐排出的200左右廢氣經高溫風機后再烘干物料、收塵

1臺,預熱器排出的廢氣進SP爐,SP爐排出的240左右廢氣經高溫風機后再烘干物料、收塵

1臺,預熱器排出的廢氣進SP爐,SP爐排出的210左右廢氣經高溫風機后再烘干物料、收塵

 

冷卻機廢氣

余熱鍋爐AQC

1

1

1

1

 

冷卻機廢氣余熱

取熱方式

冷卻機中部補開抽風口,其抽出的風進AQC爐,風溫為350370,抽風量為總廢氣量的50%左右。冷卻機尾部排掉的廢氣量下降為50%左右,溫度降為180以下。AQC爐排出的廢氣與冷卻機尾部排出的廢氣混合后進窯頭原有收塵器.

冷卻機中部補開抽風口,其抽出的風進AQC爐,風溫為350370,抽風量為總廢氣量的50%左右。冷卻機尾部排掉的廢氣量下降為50%左右,溫度降為180以下。AQC爐排出的廢氣與冷卻機尾部排出的廢氣混合后進窯頭原有收塵器.

冷卻機尾部排出的220270℃廢氣全部直接進入AQC,AQC爐排出的廢氣進窯頭原有收塵器.

冷卻機中部補開抽風口,其抽出的風進AQC爐,風溫為350380,抽風量為總廢氣量的50%左右。冷卻機尾部排掉的廢氣量下降為50%左右,溫度降為180以下。AQC爐排出的廢氣與冷卻機尾部排出的廢氣混合后進窯頭原有收塵器.

 

汽機主蒸汽及

補汽參數

主蒸汽:2.5MPa350

1級補汽:0.47MPa-飽和

2級補汽:0.07MPa-飽和

主蒸汽:1.6MPa-350

無補汽

主蒸汽:1.05MPa-305

無補汽

主蒸汽:1.6MPa-300

1級補汽:0.25MPa-150

 

  2、四個水泥廠余熱電站熱力系統構成
  四個水泥廠的余熱電站熱力系統構成分別見圖1、圖2、圖3、圖4。

   
     

    

        

3、四個水泥廠余熱電站生產運行情況
   海螺寧國水泥廠余熱電站,設計計算及發電裝機均為6480kW,自1997年投入運行以來,運行情況一直很好,其平均實際發電功率約為7200kW。由于較好地解決了余熱鍋爐的漏風、積灰、清灰、磨損等問題,余熱電站投入運行后,對水泥窯的生產運行幾乎未產生不良的影響,電站運轉率大于水泥窯運轉率的90%,達到并超過了設計指標要求。
    廣西柳州水泥廠余熱電站,設計計算發電功率為6700kW,發電裝機為6000kW(汽輪機為國內汽機制造廠由標準冷凝12MW汽輪機改造而成),自2004年7月投入運行以來,運行情況基本正常,目前實際發電功率約為5300kW。也由于較好地解決了余熱鍋爐的漏風等問題,余熱電站投入運行后,對水泥窯的生產運行基本上未產生不良影響。因電站汽輪機組及熱力系統配置的原因,使實際發電功率未達到設計指標要求。
    對于江西萬年水泥廠余熱電站,其設計計算發電功率應為3600KW,由于受國產機組容量的限制,發電裝機選定為3000kW(為國產背壓式汽輪機的標準后置機組),設計發電功率為2800kW。自1997年投入生產運行以來,因熱力系統的構成、窯頭冷卻機取熱方式及余熱鍋爐本身存在的問題未能很好解決,電站的生產運行一直處于不理想狀態,其電站實際發電功率約為1700~2200kW,未能達到設計指標要求。
    上海萬安余熱電站,其設計計算發電功率為1800kW,受國產機組的限制,發電裝機選定為2500kW。自2003年投入生產運行以來,運行情況基本正常,目前實際發電功率約為1700kW。因較好地解決了鍋爐漏風等問題,對水泥窯的生產運行基本上未產生不利影響。該電站汽輪機組是由國內背壓式汽輪機的后置機通過增開低壓補汽口改造而來。該機組由于未能很好地考慮低壓蒸汽補進汽輪機后汽機本體通流部分及補汽的配汽調整措施、汽機各進汽閥門間保護關系的調整措施(速關閥問題)、適應補汽量及補汽壓力和溫度變化范圍較大的措施等問題,造成AQC爐低壓段生產的低壓汽向汽機補汽很困難,或補進去后汽機運行的安全穩定性受到很大影響。如果低壓汽能夠正常補入汽機,其實際發電功率是可以達到或超過設計能力的。
  三、純低溫余熱發電技術及裝備目前存在的主要問題
  根據上述四個水泥廠余熱電站的實際生產運行情況,筆者認為,就我國純低溫余熱發電技術及裝備而言尚存在如下問題:
  1、已投產的四個余熱電站,窯尾預熱器均為四級,窯尾廢氣溫度在360~420℃之間。因廢氣溫度較高,為主蒸汽參數的選定提供了較大空間,也為采用國產標準型汽輪機組創造了條件。當窯尾預熱器為五級或六級,即窯尾廢氣溫度為280~350℃時,由于廢氣溫度低,生產的蒸汽壓力、溫度及發電能力也低,相應地存在著如何選擇主蒸汽參數及利用國內現有低壓汽輪機如何調整熱力系統或余熱鍋爐參數配置問題。
  2、熱力系統問題
  已投產的四個余熱電站,其熱力系統全部采用AQC爐、SP爐水系統串聯方式,其中江西萬年不但水系統串聯,蒸汽系統也為串聯。對于這種串聯系統:
  (1)由于AQC、SP爐水或汽系統串聯,而AQC爐利用的是窯頭冷卻機廢氣、SP爐利用的是窯尾廢氣,當窯廢氣參數波動時,兩臺爐間互相影響,運行調整較為困難。
  (2)當AQC爐出現故障時,要么整套電站全部停運,要么向SP爐汽包直接補給冷水而對SP鍋爐的安全運行及使用壽命造成影響。
  (3)對于小于200℃低溫廢氣余熱的回收,日本KHI的海螺寧國系統采用的是:AQC爐主蒸汽段排出的200℃以下低溫廢氣設置生產150~180℃的熱水段,生產的熱水再分級(分為串聯兩級)閃蒸擴容出不同壓力的低壓飽和蒸汽并分別補入汽輪機的方式。這種方式一方面對汽輪機的要求(末級葉片帶水及補汽在汽機通流部分的配汽問題等)很高,國產機組能否滿足要求尚需進一步實踐;另一方面,系統比較復雜,就國產調節閥及執行器而言,實行串聯并分級調整是比較困難的。
  3、窯頭熟料冷卻機廢氣取熱問題
  在四個已投產的電站中,除江西萬年外,其它三個電站的窯頭熟料冷機廢氣取熱方式均為:在熟料冷卻機中部補開廢氣排放口,其排出的廢氣量為冷卻機總排廢氣量的50%左右,溫度為350~380℃,廢氣經初步收塵后進入AQC爐,由AQC爐生產主蒸汽及高溫熱水或汽機的低壓補汽(在此三個電站中,廣西柳州僅生產主蒸汽),AQC爐排出的廢氣再與冷卻機尾部排出的剩余廢氣混合后進入窯頭原有的廢氣收塵器,冷卻機尾部排出的剩余廢氣量降為冷卻機總排廢氣量的50%,溫度降至180℃以下。經三個電廠的生產運行實踐證明此種取熱方式是穩定可靠的,問題是需與水泥工藝及設備專業進一步結合,研究確認:①在保證不影響冷卻機及窯運行的條件下,能否將冷卻機的廢氣排放方式徹底改變,以進一步提高廢氣溫度、進一步加大高溫廢氣排放量,相應地冷卻機尾部的廢氣排放量進一步減少、溫度進一步降低?②在水泥生產線進行設計及冷卻機設計制造時,能否一并考慮實施在冷卻機設置高溫、中溫廢氣排放口并相應解決水泥生產工藝及冷卻機設備所需配套措施?
  對于江西萬年水泥廠電站,窯頭熟料冷卻機廢氣取熱的方式為:冷卻機尾部排出的220~270℃廢氣全部進入AQC爐,利用AQC爐生產1.0~1.2MPa的飽和蒸汽及SP爐給水,AQC爐排出的廢氣再進入窯頭原有廢氣收塵器。這種方式不僅江西萬年采用,國內另外五個水泥廠帶補燃鍋爐的余熱電站(僅此五個水泥廠帶AQC爐),AQC爐也采用此方式。這種方式經生產運行實踐證明:因冷卻機尾部排出的廢氣溫度波動范圍大且快(一般設計為200~250℃,但實際變化在200~350℃,短時甚至超過400℃),幾乎使AQC爐無法投入運行。
  4、200℃以下低溫廢氣余熱的利用問題
  對于火力發電,為了提高熱力循環系統效率,主蒸汽參數(汽輪機的主進汽)一般選取的相對較高,但對于廢氣溫度為320~350℃的純低溫余熱發電,其主蒸汽參數中:主蒸汽壓力一般為1.0MPa、溫度300℃左右。對于壓力1.0MPa的主蒸汽,飽和溫度(水開始蒸發變為蒸汽的溫度)為183℃,因換熱溫差的存在,廢氣生產主蒸汽后,廢氣溫度只能降至185℃以上;當主蒸汽壓力為2.45MPa時,飽和溫度為220.75℃,廢氣生產主蒸汽后,溫度只能降至235℃以上;相應地主蒸汽壓力越高,生產主蒸汽后的廢氣溫度也越高,這樣,主蒸汽壓力的選取,對200℃以下廢氣余熱的利用有著重大影響。
  上述情況,對于水泥窯窯尾SP爐來講,因水泥生產過程中原燃料烘干的需要,SP爐排出的廢氣溫度要求在200℃左右,即窯尾SP爐僅生產主蒸汽是合適的。對于窯頭熟料冷卻機AQC爐來講,冷卻機廢氣全部為干燥的含塵空氣,不存在鍋爐受熱面產生低溫腐蝕問題,并且冷卻機廢氣余熱已不能回用于水泥生產,因此,從余熱回收角度講,希望AQC爐排出的廢氣溫度越低越好。根據國內外的經濟比較,AQC排出的廢氣溫度在90~100℃時是經濟合理的。根據前述,當采用自冷卻中部取熱、AQC爐僅生產主蒸汽時,鍋爐排出的廢氣溫度尚在185℃以上。將廢氣溫度再降至100℃左右時,廢氣自185℃~200℃降至100℃所放出的熱量約為窯頭、窯尾可用于發電的總廢熱量的17~20%、發電能力為總廢熱量發電能力的9~12%。也就是說如果不回收這部分廢氣余熱,電站發電能力將下降9~12%以上。當采用自冷卻機尾部取熱時,發電能力下降的比例將更大,可達到20%以上。
  如何回收200℃以下的廢氣余熱,仍然是一個重要問題。在已投產的四個余熱電站中,海螺寧國電站采用在AQC爐主蒸汽段廢氣出口增設高溫熱水段,熱水段生產的高溫熱水再經過兩級閃蒸擴容出兩個低壓參數的蒸汽,再將蒸汽補入汽輪機的方式,AQC爐最終排出的廢氣溫度已降至100℃以下。上海萬安電站采用在AQC爐主蒸汽段廢氣出口增設0.25MPa的低壓蒸汽段,低壓蒸汽段生產的0.25MPa蒸汽補入汽輪機的方式,AQC爐最終排出的廢氣溫度也降至100℃以下。其它兩個廠的電站,則未考慮回收利用200℃以下廢氣余熱問題。包括上海萬安電站(因汽輪機的限制,低壓蒸汽很難補入汽輪機)在內,三個廠的電站運行情況及實際發電能力均不同程度地遜色于海螺寧國,此是原因之一。
  5、汽輪機組的問題
  對于純低溫余熱發電,因廢氣溫度低、余熱量大,為了將余熱最大限度、經濟合理的回收并轉換為電能,結合前述的有關情況,汽輪機組應當具備這樣一種能力:能夠將二個甚至三個不同壓力等級的蒸汽同時通入汽輪機,如日本KHI為海螺寧國電站提供的汽輪機組。國內自1996年開始研究、開發用于余熱發電的能夠同時通入兩個壓力等級蒸汽的汽輪機組,一般稱為補汽式汽輪機組。由于日產數千噸級的大型水泥窯最近幾年才得以迅速發展,幾年前這種機組的市場需求不足,在研究開發這種機組時各方面未給予足夠的重視。 包括上海萬安電站在內,雖然已投產運行了五臺補汽式汽輪機組(一臺為2.5MW,四臺為4.5MW),但都沒有達到預其目的,存在的主要問題:
  (1)汽輪機低壓進汽口(或稱補汽口)未考慮調節配汽等機構,使補汽很困難,不適應補汽參數及補汽量隨水泥窯的波動而變化。
  (2)汽輪機低壓進汽口后部的通流部分未做相應調整,仍采用標準機組的通流結構。
  (3)主蒸汽進汽閥與低壓進汽閥之間的聯鎖、保護、控制、調節關系不適應安全生產運行要求。
  (4)未考慮低壓蒸汽補入汽輪機后,汽機末級葉片帶水除濕措施。
  (5)汽輪機整機效率相對于國外先進機組(如日本KHI機組)相差較大(約4~6%)。
  已投產的4個水泥廠余熱電站,廣西柳州、江西萬年、上海萬安實際運行效果與海螺寧國有不同程度差距及未能回收200℃以下廢氣余熱的主要原因之一即為汽輪機組的問題。
  國內對補汽式汽輪機已有了一定程度的設計、制造、運行經驗,青島汽輪機廠地熱機組及低品位汽輪機的成功投產運行為開發出適于水泥窯純低溫余熱發電所需的汽輪機組創造了條件,如果政府有關部門、設計單位、制造及使用單位給予足夠的重視和切實努力,據筆者分析,國內是有能力開發出這種汽輪機組的并且除了汽輪機整機效率外,其它方面能夠達到國外同類機組的水平。
  6、余熱鍋爐的有關問題
  水泥窯余熱鍋爐,既是電站的主要設備,也關系到水泥生產線的生產運行。如果鍋爐存在問題,不但電站設計指標不能達到從而不能實現投資效果,而且將影響水泥生產系統的運行,給水泥生產帶來損失。
  根據國內已投產運行的數十臺余熱鍋爐實際運行情況,對余熱鍋爐的下述問題尚需進一步系統的分析研究并確定相應的實施措施:
  (1)余熱鍋爐最小換熱溫差的選取
  余熱鍋爐最小換熱溫差,不僅決定了鍋爐的造價,而且決定了主蒸汽壓力和溫度相應地決定了發電熱力系統的循環效率,同時決定了電站裝機容量(蒸汽產量)、汽輪機組型式及實際運行發電功率。
  (2)鍋爐本體汽水循環方式的選擇
  鍋爐本體汽水循環方式有自然循環、控制循環、自然與控制混合循環三種方式,采用何種循環方式,對鍋爐結構型式、投資、運行成本、運行管理、事故處理措施有重要影響。
  (3)鍋爐本體漏風問題
  窯尾SP余熱鍋爐爐內廢氣壓力一般為-5000~-7000Pa,如此高的負壓,一旦鍋爐密封不好將使大量冷風漏入爐內混入窯尾廢氣,不但將使鍋爐產汽量或熱水溫度下降,重要的是將影響水泥窯的運行、降低窯的熟料產量、增加窯尾高溫風機的電耗,嚴重時水泥窯將不得不停窯或者將SP爐退出水泥窯而不能投運。
  在鍋爐爐內廢氣負壓很高的條件下,如果不能從根本上――鍋爐本體總體結構型式――采取防漏措施而仍采用一般鍋爐的密封結構是不能解決漏風問題的。海螺寧國水泥廠余熱電站窯尾余熱鍋爐的漏風問題得到了很好的解決。國產余熱鍋爐,隨著數十臺SP鍋爐的投運及技術的不斷進步也已逐步好轉,相信通過進一步努力,能夠徹底解決這個問題。
  (4)鍋爐磨損問題
  窯頭熟料冷卻機余熱鍋爐,因冷卻機排出的廢氣含有硬度很高的水泥熟料粉塵,對鍋爐受熱面管子的磨損很快(筆者的試驗研究表明:在不采取任何防磨措施的情況下,φ42x5mm的鍋爐無縫鋼管,150~180天內將予磨穿)。因此,AQC鍋爐必須采取適當的、有效的防磨措施,包括:采用適當的受熱面結構型式、合適的廢氣流速及受熱面管節距、防磨板片的材質及型式、廢氣預收塵措施等。如果AQC爐防磨措施不當,將使鍋爐無法投入運行,或者鍋爐全部受熱面管子很快報廢。
  (5)鍋爐積灰、清灰、出灰問題
  水泥窯窯尾預熱器排出的廢氣含塵濃度一般為70~120g/Nm3,廢氣進入窯尾SP鍋爐后將產生積灰的問題。如果積灰嚴重,在鍋爐廢氣阻力增加而影響水泥窯運行的同時,影響鍋爐的產汽量或熱水溫度即影響電站發電功率。因此應在確定鍋爐受熱面型式、廢氣流速、受熱面管節距、鍋爐總體結構型式時考慮防積灰的措施。
  窯尾SP爐積灰是不可避免的,積灰后如何清灰則是需考慮解決的問題。目前SP爐的清灰方式主要有:壓縮空氣吹灰、振打清灰、聲波吹灰、可燃氣體爆炸清灰等方式,其中除了可燃氣體爆炸清灰方式尚未在窯尾SP爐實踐外,其它幾種方式在窯尾SP爐上均有配套使用。相對比較,幾種清灰方式各有優缺點,實際工程中,聲波清灰使用的最多、壓縮空氣次之、振打清灰再次之。具體采用何種清灰方式,需根據鍋爐總體結構型式、受熱面結構型式及廢氣流向而定。可燃氣體爆炸式清灰,由于其清灰原理所限,在爐內廢氣高負壓條件下的清灰效果如何,尚需實際生產運行的考驗。
  一般來講窯尾SP爐排出的廢氣及鍋爐清灰時清除的廢氣粉塵同時進入窯尾高溫風機,由于鍋爐清灰時,進入高溫風機的粉塵瞬間大量增加,對高溫風機的運行將產生重大影響(筆者在上世紀九十年代幾個電站的調試過程中均發生過因鍋爐清灰將高溫風機埋死并迫使停窯的事故),因此同樣必須考慮SP爐清灰時如何避免影響高溫風機運行的措施。
  (6)鍋爐受熱面結構型式、換熱系數、廢氣流速的選取
  鍋爐受熱面結構型式、換熱系數、廢氣流速的選取是決定鍋爐諸如:實際產汽量、蒸汽溫度、熱水溫度、積灰速度、鍋爐廢氣阻力、磨損速度等技術參數的主要因素。
  目前國內水泥窯余熱鍋爐受熱面結構型式主要有:光管式、鰭片管式、膜式管式、螺旋翅片管式,排列方式有順排和差排之分。幾種受熱面結構型式有不同的換熱系數、防積灰、防磨損特性。對于水泥窯廢氣來講,余熱鍋爐采取何種受熱面結構型式是需要慎重考慮的。
  受熱面結構型式、廢氣流速、廢氣溫度不同,鍋爐的實際換熱系數也不同。國內確定換熱系數,一般是在確定鍋爐總體結構方式及受熱面結構型式后再根據鍋爐設計計算標準進行計算。這種方式確定的換熱系數,與實際生產運行(包括筆者進行的試驗研究結果)相差較大,相應的造成鍋爐受熱面也就是鍋爐體積和金屬重量偏差較大,使鍋爐實際產汽量或熱水溫度達不到設計要求。因此如何確定換熱系數,是余熱鍋爐設計需考慮的重要問題。
  廢氣流速除了與積灰、磨損、換熱系數相關外,決定了鍋爐的廢氣阻力。由于鍋爐串接于水泥窯廢氣系統中,鍋爐廢氣阻力過大,增加窯系統風機電耗甚至不得不更換窯系統風機;如果廢氣阻力過小,也將造成鍋爐體積及金屬耗量過大而無益的增加投資。
  (7)鍋爐總體結構型式問題
  根據余熱鍋爐的廢氣流向,水泥窯余熱鍋爐分為臥式、立式、立臥式三種結構方式。臥式鍋爐是指鍋爐結構型式適合于廢氣水平方向流動,立式鍋爐適合于廢氣垂直方向流動。采用何種結構型式,應根據水泥生產工藝流程布置及允許余熱鍋爐安裝時占用的地面和空間等因素來確定。但無論采用何種結構方式,立式結構的余熱鍋爐其占地小、便于與水泥窯生產流程相結合及傳熱過程中爐內廢氣溫度場與受熱面管子內汽水溫度場相吻合從而更能充分有效發揮受熱面的換熱作用、實際生產運行中能夠保證鍋爐各項技術指標的特點應給予足夠重視。
  (8)窯尾SP爐廢氣進口管道閥門設置問題
  窯尾SP爐廢氣進口管道閥門的設置往往不能給予足夠重視,因閥門設置不當,經常造成閥門因積灰而打不開或關不上的問題產生,使其影響水泥窯及電站的正常生產運行、調整和檢修。因此,如何設置窯尾SP爐廢氣進口管道閥門也是需慎重考慮的問題之一。
  上述問題綜合反映的結果是:要么余熱鍋爐實際接受的廢氣參數嚴重偏離設計參數使發電量達不到實際應發電能力;要么嚴重影響水泥窯的生產運行。這些問題是國內水泥窯余熱電站經常發生的問題但經過十幾年的探索和實踐,上述問題已得以逐步緩解,若徹底解決問題,仍需國內同行進一步深入研究、分析、解決。
  7.鍋爐給水除氧方式問題
  已投入生產運行的四個純低溫余熱電站,鍋爐給水除氧方式有三個廠采用的是化學即加藥方式、一個廠采用的是真空除氧方式。對于這兩種除氧方式:加藥除氧系統簡單、操作運行管理方便、基本不消耗動力,但除氧效果及給水品質難以連續地保證鍋爐給水要求;真空除氧系統相對簡單、除氧效果相對可靠,但需消耗相當的電力或高壓蒸汽。火力發電廠經常采用的除氧方式是大氣式熱力除氧,這種除氧方式是利用0.15~0.25Mpa的低壓蒸汽將鍋爐給水加熱至104℃而使水中的溶解氧溢出并排入大氣,其系統較為復雜,但除氧效果及鍋爐給水品質容易保證并且不消耗電力。對于水泥窯低溫廢氣余熱發電,余熱鍋爐利用200℃以下廢氣生產出了低壓蒸汽,將其用于鍋爐給水除氧:一方面,部分低壓蒸汽不必經汽輪機轉換為電力再將電力用于鍋爐給水除氧;另一方面,利于汽輪機低壓補汽參數的穩定而將因水泥窯廢氣參數波動引起的低壓蒸汽參數波動緩解于除氧過程;第三,為解列熱力系統中SP、AQC鍋爐水汽系統的串聯創造了條件。
  采用何種除氧方式,除考慮上述因素外,應根據水泥生產系統對AQC爐、SP爐排出廢氣溫度的要求及熱力循環系統的構成而定。但大氣式熱力除氧方式,除系統較復雜外,更利于200℃以下低溫廢氣余熱的回收利用、提高發電能力。
  8.水泥生產系統與電站系統的生產協調及配合問題
  水泥生產廠配套建設余熱電站,因電站熱源通過余熱鍋爐取自水泥生產線,兩者之間必存在需要互相協調及配合的問題。
  已投產余熱電站(包括帶補燃鍋爐的余熱電站)的水泥生產廠,水泥生產與電站運行因生產特點不同一般分為各自獨立的兩套生產運行管理人員。由于余熱鍋爐的投入和解出需配合調整水泥窯的運行參數從而增加水泥窯生產運行管理環節,因而二者之間產生矛盾應該是正常的,問題在于如何解決這種矛盾。
  對于這種矛盾,應當樹立“水泥生產是主業,發電是副業,副業不能影響主業,主業應兼顧副業”的思想,在這種思想的指導下,配套必要的管理及獎懲措施,經國內數個水泥廠的實踐,能夠很好地解決這種矛盾。這種矛盾解決了,電站的運轉率、檢修、維護、電站潛在能力的發揮等問題也隨之能夠得到解決。
  四、結語
  本文通過對國內幾個純低溫余熱電站生產運行情況的跟蹤分析、研究,加之作者十數年來專業從事水泥窯余熱發電技術及裝備的研究、開發、設計、調試、運行管理所積累的經驗,提出了目前我國水泥窯純低溫余熱發電技術及裝備所存在的問題。目的在于供同行共同討論并為水泥工廠提供參考性意見,以便共同努力將我國水泥窯純低溫余熱發電技術及裝備提高到一個新的水平。由于筆者接觸的范圍有限,深入調查了解不夠,所提出的問題難免有不當及不準確之處,敬請大家諒解。本文提出了問題,這些問題如何解決,將另文闡述出作者粗淺的觀點,仍供同行們共同探討。

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