水泥窑余热电站投入运行后电站及水泥窑生产过程中容易产生的问题

119水泥窑余热电站投入运行后电站及水泥窑生产过程中容易产生的问题及解决方法大连易世达新能源发展股份有限公司董寿连大连易世达新能源发展股份有限公司是一家以技术为先导，集技术研发、工程设计、设备成套、工程施工、运营管理于一身的工程公司，主要从事工业余热、地热、太阳能、风能、潮汐能、沼气能、垃圾能等新能源开发利用，目前所做的主要工作是新型干法水泥窑纯低温余热发电工程设计、技术服务、设备成套、工程总承包、投资运营管理等。公司自2005年12月成立以来，发展到今天已历经了3年半时间。据不完全统计我公司采用大连易世达第二代余热发电技术已为92条水泥窑配套建设了75座纯低温余热电站，电站总装机容量达到了609.8MW，相当于减建了一座60万kW火力发电厂，截止目前建设的余热电站中已有24座并网发电，约占设计电站总数的1/3，其余电站仍在设计和施工之中。从投入运行的24座余热电站运行情况来看，吨熟料发电量达到了38－46kWh/t-cl，平均为42kWh/t-cl，电站随窑运转率达到了97％以上，自用电率为6.2％，各项指标均达到了设计要求。但是电站从开始并网到达标二者之间跨跃却经历了一段从不稳定到稳定，从低水平发电到高水平发电，从粗放运行到精细化运行的曲折过程。本人参加了部分电站的调试工作并对并网运行电站进行了回访，在调试和回访的基础上，经总结、归纳提出如下15个电站及水泥窑生产过程中容易产生的问题及解决方法，供与会专家和电站管理者在工作中参考。问题1.关于合理加减负荷汽机的加减负荷一般是通过增大或减小油动机行程来完成，对水泥窑余热发电一般不存在根据电网负荷自动调整油动机行程的问题，汽机加减负荷一般是根据锅炉产汽情况由操作员来调整。但电站运行初期，操作员经验不足，普遍存在加减负荷操作不合理的问题，即加减负荷操作过快、过大、过勤。负荷调整不合理，对汽机效率和寿命影响很大。当调整过大、过快时，电站处于准闪蒸发电，发电量迅速升高，但持续时间不长，发电量开始降低，随即又进行减负荷操作，如此往复，电站发电波动非常大，因此加减负荷操作是发电稳定的关键。正确合理的加减负荷操作是根据余热条件控制给水量，根据给水量控制出汽量，根据出汽量确定油动机行程大小。并努力做到蒸汽温度、压力保持不变。为做到这一点，需操作员与水泥中控密切配合，根据窑头窑尾余热条件及其的变化趋势，及时调整水量，调整油动机行程，120合理控制出汽量，从而保证了水位稳定，蒸汽参数稳定，发电量的均衡稳定。问题2.关于汽机真空水泥企业配套余热发电是近几年的事情，相当一部分单位对汽机真空问题认识不足，往往是真空偏低。电站设计要求汽机真空为0.007MPa(表压-0.093MPa)，排汽温度为38.7℃，实际汽机真空普遍偏低于此值，如：山东济南某电站2007年并网，2008年汽机真空仍为真空为0.01MPa(表压-0.090MPa)，排汽温度为45～46℃；又如山东潍坊某电站2007年并网，2008年4月汽机真空仍为真空为0.012MPa(表压-0.088MPa)，排汽温度高达49℃；又如山东淄博某电站2007年并网，2008年4月汽机真空仍为真空为0.009MPa(表压-0.091MPa)，排汽温度43.7℃；再如湖北黄石某厂汽机真空仍为真空为0.01MPa(表压-0.090MPa)，排汽温度为45.8℃；与电站设计指标真空平均偏低0.003MPa，排汽温度平均升高7.1℃。根据理论计算真空每降低0.001MPa，排汽温度上升2.4℃，排汽焓增高12.495kJ/kg。对2500t/d水泥窑余热电站，若进入汽轮机中压蒸汽为22099kg/h，低压蒸汽为5256kg/h,中压进汽焓3176.5kJ/kg，低压进汽焓2772.9kJ/kg，汽机效率以0.78计，经计算由此引起发电量下降84.8kW，降低1.7%。若按真空每降低0.003MPa计，发电量下降229.0kW，降低4.9%。对5000t/d水泥窑余热电站，若进入汽轮机中压蒸汽为40323kg/h，低压蒸汽为12565kg/h,中压进汽焓3176.5kJ/kg，低压进汽焓2772.9kJ/kg，汽机效率以0.78计，经计算由此引起发电量下降171.3kW，降低1.7%。若按真空每降低0.003MPa计，发电量下降462.7kW，降低4.8%。汽机真空降低一般与汽轮发电机密闭性、射水抽汽器特性、凝汽器铜管胀口完好性，冷却水温和冷却水量以及凝汽器铜管表面热阻有关，当检查排除汽轮发电机密闭性、射水抽汽器性能因素后，重点通过加强操作维护来提高汽机真空。如某厂为降低自用电率，只开一台循环水泵，循环水量不足导致汽机真空降低，排汽温度升高。还有某厂原水杂质多，过滤不严格导致铜管表面结垢，热阻增大，真空降低，排汽温度升高。还有某厂循环水加药不严格导致铜管表面粘挂微生物导致热阻增大，真空降低，排汽温度升高。我们回访中发现这一问题很严重，讲明原因，危害及处理办法后。这些电站很重视，均采取了行之有效的解决办法。如山东济南某厂对冷凝器进行酸洗后，每天再用胶球清洗装置做一121次清洗，现汽机真空已由过去的0.01MPa(表压-0.090MPa)达到0.006MPa(表压-0.094MPa)，提高0.004MPa；排汽温度由45.8℃降为38℃，下降了7.8℃；发电量提高450kW左右，由于效果显著许多厂前去学习参观，目前山东平阴某厂、安丘某厂等均采用了酸洗和胶球清洗装置，均收到了预期效果。问题3.关于SP炉低压调温蒸汽段自从水泥窑配套余热锅炉后，余热的合理使用问题应当是一个首要问题，如何做到合理使用水泥窑余热呢？我们的指导思想是：一个根据和一个坚持。一个根据是：根据梯级利用原理，即根据水泥窑余热分布，做到高能高用，低能低用，即将450～550℃高温余热用于生产过热蒸汽，将210～400℃中温余热用于生产饱和蒸汽，将160～220℃低温余热用于生产低压蒸汽和原料烘干，将价值很低的150℃以下的低品位余热用于循环风。一个坚持是：坚持“能”尽其材，“量”尽其用。按照这一原理我们利用窑头冷却机前部500℃高温余热，设计了独立过热器，利用窑头电收尘排出的100℃低温余热，设计了篦冷机循环风系统，利用窑尾烘干温度在170～220℃变化的实际，设计了SP炉低压调温蒸汽段，通过调节SP炉低压调温蒸汽段的低压蒸汽产量使出SP炉废气温度从170～220℃变化，以满足不同烘干要求。但是一些刚并网发电单位甚至有些运行已很长时间的单位，如：最近并网的湖北某电站，浙江绍兴某电站，对这一指导思想仍未完全理解。表现比较突出的就是SP低压调温蒸汽段使用问题。这些单位只利用了它的产汽功能，而忽略了它的调节功能。当原料温度降低、水分增大，需要较高的烘干温度时，不是通过调节SP低压调温蒸汽段的低压蒸汽产量的方式来解决，而是通过开启旁通阀门的方式来完成。采取后一方式调节是严重损失发电量的，而采用前一方式调节其电量损失较少。通过计算，采用前一方式调节其电量损失：对2500t/d水泥窑余热电站为0～320kW，平均为160kW；对5000t/d水泥窑余热电站为0～650kW，平均为325kW；而用后一方式调节其电量损失：对2500t/d水泥窑余热电站为0～880kW，平均为440kW；对5000t/d水泥窑余热电站为0～1990kW，平均为995kW；与前一方式相比，电量损失：对2500t/d水泥窑余热电站平均增加280kW；对5000t/d水泥窑余热电站平均增加670kW；目前以第一代余发电技术设计的水泥窑余热电站，因无调温低压蒸汽段，只能采取后一方式调节烘干废气温度。因此余热的利用不够合理，浪费仍比较严重。122通过我们回访和现场讲解，逐步纠正了一些单位的错误操作，发电量明显得到提高，如湖北某电站，纠正前平均发电量为8500kW，纠正后为平均发电量为9300kW，平均提高800kW；再如浙江绍兴某1000t/d水泥窑电站，纠正前平均发电量为2200kW，纠正后为平均发电量为2400kW，平均提高200kW；事实上，SP炉低压调温蒸汽段除具有以上调温功能外，还具有调湿功能。如窑尾采用电收尘器，SP炉投运后收尘效果会受到影响，为了不影响收尘效果，将SP炉生产的低压蒸汽用于废气增湿(相应的减少发电量)，这样可解决余热电站对窑尾收尘效果的负面影响问题。目前一些单位没有使用好SP炉低压调温蒸汽段另一主要原因是培训工作还没有完全到位，操作员对余热的质和量的概念没有完全理解，对SP炉低压调温段设置的作用和目的还不清，对SP炉低压调温蒸汽段的操作要领还没有掌握。因此要加强对电站操作管理人员技术培训。问题4.篦冷机操作与管理篦冷机作为熟料烧成过程中重要机组，担负着熟料冷却和热量回收任务。1370℃不同粒径的高温熟料从喂料端进入冷却机并平铺在篦床上，在篦板推力的作用下向出料端移动，在移动过程中篦下冷却空气源源不断地通过篦板穿过料层，与热物料进行热交换，热交换结果是熟料被冷却，空气被加热。熟料的冷却可近似地看作为一维不稳态冷却过程，过程中冷却时间基本一定，冷却风量基本一定，因不同时段的传热温差不同，传热速度也不一样，开始阶段非常快，以后迅速减慢，前1/3时间段几乎完成了全部换热量的60～70%。由于出窑熟料的温度、液相量、颗粒级配、比热、产量、布料均匀性时常变化，而传热又对熟料温度、液相量、颗粒级配、比热、料量、布料等非常敏感，因此前期传热特点是快速而多变。由于影响因素多，操作参数相关性差，因此熟料冷却只能模糊控制。这种控制对熟料烧成影响不大。但对窑头余热锅炉影响却十分大，表现比较明显的是，窑工艺状况虽未发生异常，但进ASH和AQC炉的却做出了较大的反应。为减弱上述影响，可通过以下操作解决。1.密切关注二次风温、三次风温及其它们的温差。一般出窑熟料物性参数变化对二次风温影响不大，但对三次风温影响较大。此时可通过观察三次风温和三次风温与二次风温差值变化来判定窑况的改变，并及时采取应对措施。一般当三次风温升高或三次风温与二次风温差值变小时，可减慢篦速，或减小鼓风风压，或减慢篦速和减小鼓风风压同时进行。反之，当三次风123温降低或三次风温与二次风温差值变大时，可加快篦速，或增加鼓风风压，或加快篦速和增加鼓风风压同时进行。2.密切关注各风室鼓风机的风门开度、转速及电流。目前操作员只注意鼓风机的风门开度和转速，却忽视了鼓风机的电流。因为当出窑熟料物性参数发生变动后，各风室通风阻力将会发生微弱的变化，进而引起鼓风量变化，因此风机电流或风机功率将有所变化。当电流或功率有减小趋势时，应有意识的开大风门或增大转速，并将电流或功率控制在更高的参数值上。反之，当电流或功率有增高趋势时，应有意识的减小风门或降低转速，并将电流或功率控制在更低的参数值上。上述操作应与三次风温或三次风温与二次风温差值变化相兼顾，操作中尽量采用调风量的办法，最好不要调篦速，调篦速会导致更多因素变化，使篦冷机更难控制。篦速控制要与下料量和窑速保持一致。3.加强篦板使用与维护，做到同室同期，严禁同室新老混用，尤其是高温室和中温室。我们知道不同龄期的篦板，孔隙率不同，新篦板孔小，老篦板孔大，同用一个室会导致上风不均匀，熟料冷却不好，废气温度降低，热效率下降。4.加强配料，加强均化，加强热工检测，定期对计量设备进行标定，稳定窑的热工制度。5.定期开门检查篦冷机内熟料结粒情况，布料情况，红河情况等。6.两个余风风门的开启，破碎上部的余风烟囱常开，篦冷机的余风根据排气温度来开户启。问题5.关于过热器积灰（结皮）堵塞在并网运行的电站中了解到，由于过热器工作温度的关系（设计在500～550℃，有些电站实际高达600～700℃），因此不同程度地存在着过热器堵塞问题（06年及07年先期投产的余热电站中有个别电站余热过热器存在积灰堵灰问题，由于发现堵灰问题后修改了过热器的结构设计，因此近年投产的电站已不存在这个问题）。过热器堵塞主要发生在进口2～4排换热管的翅片的间隙中，密实、坚固，不易清除。过热器堵塞影响过热器通风，影响蒸汽过热度，影响发电量，情况严重时还危及电站安全运行。从形成