李升華

(廣州聯(lián)華建筑安裝有限公司，廣東 廣州 510000)

水泥業(yè)整體的能源損耗量是巨大的，與此同時，也會造成一定的能源的浪費(fèi)，即使采用最為先進(jìn)的干法工藝依然有接近35%的低溫余熱被大量的浪費(fèi)掉，真正被有效利用的余熱量是非常少的。水泥窯余熱發(fā)電是與國家節(jié)能減排政策相吻合的一種發(fā)電技術(shù)，通過多年的發(fā)展，余熱發(fā)電技術(shù)發(fā)生了翻天覆地的變化。從整體運(yùn)行效果分析，水泥業(yè)的發(fā)展能夠推動該行業(yè)很好地發(fā)展，同時也能為相關(guān)企業(yè)創(chuàng)造意想不到的社會經(jīng)濟(jì)效益。此外，由于系統(tǒng)熱量的散失，使溫度比較低，造成系統(tǒng)并未達(dá)到最佳的預(yù)期發(fā)電目標(biāo)，但是導(dǎo)致這一現(xiàn)象的產(chǎn)生原因是由各方面因素共同作用的結(jié)果，具體包含設(shè)計因素、安裝因素、運(yùn)行操作因素等。水泥窯余熱發(fā)電技術(shù)在我國起步比較晚，有部分設(shè)計單位對我國水泥窯余熱發(fā)電的特征認(rèn)識不充分，通常是根據(jù)小型火力發(fā)電站的設(shè)計要求和以前的工作經(jīng)驗(yàn)，加上引入的其他國家水泥窯余熱發(fā)電技術(shù)來開展的水泥窯余熱發(fā)電設(shè)計工作，并未圍繞我國水泥窯余熱所具備的特征來開展相關(guān)優(yōu)化設(shè)計。為此總結(jié)了這些年余熱發(fā)電工程設(shè)計、施工、運(yùn)行的工作經(jīng)驗(yàn)，圍繞我國水泥窯余熱的獨(dú)特之處，總結(jié)出水泥窯余熱發(fā)電優(yōu)化設(shè)計基本原則，同時對水泥窯余熱發(fā)電工程設(shè)計、施工、運(yùn)行的措施作出了系統(tǒng)性的闡述。

1 水泥窯余熱發(fā)電優(yōu)化設(shè)計、施工的原則

（1）余熱發(fā)電系統(tǒng)是將水泥窯作為主線，無論在哪種狀況下，余熱發(fā)電都不可以對主線生產(chǎn)造成任何不良影響。

（2）不可以通過增加熱耗來提高發(fā)電量。

（3）認(rèn)真遵循以熱定電基本準(zhǔn)則，余熱提供量與發(fā)電量是對等的關(guān)系。

（4）最大限度將余熱調(diào)送至余熱電站系統(tǒng)用來發(fā)電使用。

（5）不斷地提升余熱電站相對窯的運(yùn)轉(zhuǎn)效率，把水泥窯排放的余熱轉(zhuǎn)換成電能。水泥窯余熱發(fā)電優(yōu)化設(shè)計、施工和運(yùn)行是建立在以上設(shè)計、施工的原則基本前提下的，利用先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對水泥窯余熱發(fā)電的優(yōu)化設(shè)計。除此之外，還需要對工程施工的可行性、整體的投資回收情況等作出綜合的分析。

2 水泥窯余熱發(fā)電設(shè)計優(yōu)化措施

（1）充分利用水泥窯余熱：①伴隨著水泥工藝的深入發(fā)展、水泥技術(shù)的不斷創(chuàng)新，加強(qiáng)高溫風(fēng)機(jī)出口直到增濕塔段道的保溫與增濕塔旁路改造或運(yùn)用管道增濕等科學(xué)技術(shù)的出現(xiàn)，窯尾鍋爐排煙的溫度超出150～190℃便可很好地達(dá)到烘干原料的基本需求，在這種情況下窯尾鍋爐可利用雙壓技術(shù)，借助低溫的煙氣熱量來產(chǎn)生低壓蒸汽，將其作為補(bǔ)汽來進(jìn)入到汽輪機(jī)做功發(fā)電，從而促使余熱發(fā)電量得到顯著性的提升。②優(yōu)化系統(tǒng)水路的路徑，提高干蒸氣的品質(zhì)。一般來說，窯尾的煙溫低，煙氣量大；窯頭煙溫高，煙氣量小。為了更好地提高進(jìn)入發(fā)電汽輪機(jī)的蒸汽品質(zhì)，發(fā)電工程設(shè)計過程中可首先對窯尾鍋爐進(jìn)行加熱處理，把水注入窯頭鍋爐中，然后再引到窯頭鍋爐作為補(bǔ)水，可以提高窯頭鍋爐高溫?zé)煔獾睦?，同時可以提供更多高品質(zhì)過熱蒸汽，提高系統(tǒng)鍋爐的出力，進(jìn)而使整體發(fā)電量得到一定的增加。③優(yōu)化煤磨取風(fēng)工藝。煤磨在運(yùn)行過程中需借助高溫?zé)犸L(fēng)進(jìn)行原料烘干，在水泥窯余熱發(fā)電系統(tǒng)中煤磨使用的風(fēng)會直接進(jìn)入窯頭鍋爐的煙氣中，因而進(jìn)入窯頭鍋爐中的煙氣溫度要比煤磨用風(fēng)所需要的溫度較高一些，在這種情況下可加入冷空氣，從而達(dá)到降低煤磨煙氣溫度的目的，從而更好地達(dá)到煤磨工作中對用風(fēng)的基本需求，避免高溫?zé)煔馑斐傻哪茉蠢速M(fèi)。④窯頭鍋爐排煙循環(huán)再利用的。通常情況下窯頭鍋爐排煙的溫度會在100℃，現(xiàn)有余熱發(fā)電系統(tǒng)中窯頭鍋爐排煙經(jīng)除塵裝置后由窯頭排風(fēng)機(jī)排入到空氣當(dāng)中，這樣會造成資源的巨大浪費(fèi)。其實(shí)這一部分熱量是可以被有效利用，通過循環(huán)風(fēng)管道把窯頭排風(fēng)機(jī)的排煙接到篦冷機(jī)下冷卻風(fēng)機(jī)入口的空氣預(yù)熱器，則可以提高進(jìn)入窯頭的煙氣溫度約20～50℃，這樣使得水泥窯系統(tǒng)熱效率得到提高，從而使余熱發(fā)電量得到顯著性的提升。

（2）提高余熱發(fā)電系統(tǒng)效率：①優(yōu)化篦冷機(jī)取風(fēng)工藝。水泥線當(dāng)中固有的篦冷機(jī)尾部排煙管道中的煙氣非常多，但煙氣的溫度較低、穩(wěn)定性能差，如果把篦冷機(jī)尾部的排煙直接用在余熱發(fā)電當(dāng)中會對整體運(yùn)行效率造成極為不利的影響，并且操作起來并不方便。為此余熱發(fā)電設(shè)計當(dāng)中，根據(jù)當(dāng)前水泥窯最新工藝要求，把余熱發(fā)電的窯頭鍋爐煙氣取風(fēng)口設(shè)計在篦冷機(jī)的中間位置，在這種情況下煙氣溫度通常會達(dá)到600℃以上，甚至可以達(dá)到720℃，而且系統(tǒng)趨于較為穩(wěn)定的狀態(tài)。其中尾部排煙管道作為一個旁路，在窯頭鍋爐運(yùn)行存在問題的狀況下，煙氣會通過篦冷機(jī)的尾部煙道中順利排出。經(jīng)過進(jìn)一步優(yōu)化的篦冷機(jī)取風(fēng)工藝技術(shù)能夠使得鍋爐產(chǎn)生的溫度大大升高，使余熱發(fā)電系統(tǒng)的熱效率得到明顯的增長。②提高凝汽器真空度。凝汽器真空度對于汽輪機(jī)蒸汽的排汽焓有著直接性的影響，在蒸汽排汽焓較低的狀態(tài)下其轉(zhuǎn)換的電能排汽焓蒸汽比較差，系統(tǒng)發(fā)電量也會增大，反之亦然。為此在進(jìn)行設(shè)計時，若想要促使凝汽器的真空度得到進(jìn)一步提高，則可通過增加射水抽氣器來將蒸汽中的空氣進(jìn)行抽干處理，使凝汽器中不凝氣體的含量降到最低的程度，這樣就能夠使凝汽器的真空度得到進(jìn)一步的提高；亦可在設(shè)計中通過科學(xué)的方法增加循環(huán)冷卻水的水倍率，使循環(huán)冷卻水的流量得到一定的增加。③合理地布局工藝流程。對余熱發(fā)電系統(tǒng)工藝流程進(jìn)行科學(xué)的布局，把蒸汽的溫度、壓力的損失降到最低的程度。要不斷地提高進(jìn)入汽輪機(jī)蒸汽的品質(zhì)，這樣才能夠使得發(fā)電量得到最大限度上的升高。水泥窯余熱發(fā)電設(shè)計過程中要有效利用水泥廠固有的場地，在窯頭鍋爐臨近的位置進(jìn)行汽機(jī)房的布置，盡可能地縮減鍋爐與汽機(jī)房之間的距離。④減少熱系統(tǒng)的熱量散失，特別是煙道系統(tǒng)和蒸汽管道的熱散失是一個非常嚴(yán)重的問題，增加煙氣管道的內(nèi)外部的隔熱，可以有效提高熱利用效率，通過華潤水泥封開三期余熱發(fā)電項(xiàng)目兩條生產(chǎn)線的前后措施的對比，效果非常明顯。

（3）降低余熱發(fā)電廠用電。①雙曲線自然通風(fēng)冷卻塔。自然通風(fēng)冷卻塔整體運(yùn)行成本和檢修費(fèi)用是非常低的，但其占地面積是非常大的，初期投資成本非常高。針對裝機(jī)容量小的余熱發(fā)電系統(tǒng)采用的機(jī)力通風(fēng)冷卻塔更具優(yōu)勢，而當(dāng)余熱發(fā)電系統(tǒng)所需循環(huán)水量很大，利用雙曲線自然通風(fēng)冷卻塔比機(jī)力通風(fēng)冷卻塔更具優(yōu)勢。②采用變頻電機(jī)。余熱發(fā)電系統(tǒng)當(dāng)中風(fēng)機(jī)類型的選擇和電泵通常是按照具體工程狀況及安全余量進(jìn)行合理的選擇。但在具體工程施工作業(yè)當(dāng)中，會隨著余熱發(fā)電狀況的變化，泵與風(fēng)機(jī)選擇的額定流量和揚(yáng)程是比較大的，但實(shí)際需求卻非常小，這就需要通過閥門節(jié)流進(jìn)行調(diào)節(jié)直至流量和揚(yáng)程達(dá)到最為合適的一種狀態(tài)。但需要明確指出的是，在這一過程當(dāng)中閥門節(jié)流帶來的損失是非常大的，并且會使得電機(jī)的能量損耗數(shù)量大大超出估算數(shù)值，同時廠用電率將一直處于不斷增高的狀態(tài)。變頻電機(jī)選用的時候，需要注意如果實(shí)際需求流量過小，則可對泵、風(fēng)機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速來做出科學(xué)合理的調(diào)整，以此降低閥門節(jié)流所造成的巨大損失。根據(jù)以前水泥窯余熱發(fā)電運(yùn)行工作的有關(guān)成功經(jīng)驗(yàn)，在凝結(jié)水泵、給水泵、循環(huán)水泵和冷卻塔風(fēng)機(jī)當(dāng)中都可以通過運(yùn)用變頻的方式來解決，實(shí)現(xiàn)對整個發(fā)電工程運(yùn)行成本的系統(tǒng)化掌控。③以就近取電作為用電原則。一般情況下，水泥的生產(chǎn)線長度是非常大的，余熱發(fā)電鍋爐、有關(guān)發(fā)電設(shè)備在分布上過于分散，要想把發(fā)電系統(tǒng)的電能損耗控制在最低的程度，則可將用電設(shè)備與水泥窯系統(tǒng)用電聯(lián)合在一起，以就近取電為基本準(zhǔn)則，通過對DCS、光纖的全方位掌控，來達(dá)到提升電力系統(tǒng)整體工作效率的目的。

3 結(jié)語

在目前水泥窯余熱發(fā)電技術(shù)廣泛運(yùn)用的今天，工程設(shè)計對水泥線余熱參數(shù)和余熱發(fā)電熱力系統(tǒng)的認(rèn)識開始得到了進(jìn)一步的發(fā)展。在此期間，余熱發(fā)電技術(shù)水平得到了不斷地提升。水泥窯余熱發(fā)電設(shè)計施工的過程中，通常會按照水泥線余熱的實(shí)際狀態(tài)來對余熱發(fā)電工藝進(jìn)行科學(xué)合理的布局，選用最為適合的工程優(yōu)化技術(shù)措施，從而達(dá)到提升水泥窯余熱發(fā)電性能、減少系統(tǒng)運(yùn)行成本的雙重目的。