水泥窯純低溫余熱發(fā)電的若干問題

一、前言
    隨著水泥工業(yè)工藝及裝備技術(shù)水平的提高，近幾年內(nèi)，我國新型干法水泥生產(chǎn)技術(shù)得到了飛躍式的發(fā)展，其不但通過技改、新建投產(chǎn)了百數(shù)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(chǎn)線，同時，水泥生產(chǎn)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(guī)模的新型干法水泥熟料生產(chǎn)線，通過窯頭熟料冷卻機(jī)及窯尾預(yù)熱器排出的可回收并用于發(fā)電的廢氣余熱（不含水泥生產(chǎn)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(guī)模的新型干法水泥熟料生產(chǎn)線的綜合能耗有了較大幅度的降低，但由于水泥窯規(guī)模的擴(kuò)大，窯頭熟料冷卻機(jī)及窯尾預(yù)熱器排出的廢氣余熱量仍然很大,以5000t/d水泥熟料生產(chǎn)線為例：
窯頭熟料冷卻機(jī)排出的廢氣：約310000Nm3/h—200~250℃，排掉的廢氣熱量約折標(biāo)準(zhǔn)煤3.059t/h；
窯尾預(yù)熱器排出的廢氣：約320000Nm3/h—320~350℃，扣除水泥生產(chǎn)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(biāo)準(zhǔn)煤2.318t/h。
    上述兩部分被排放掉的熱量，根據(jù)其溫度,理論上具有約8827kW的發(fā)電能力，占水泥生產(chǎn)總耗電的40～43%。
    水泥生產(chǎn)的特點，一方面消耗相當(dāng)數(shù)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(fā)、推廣應(yīng)用低溫廢氣余熱發(fā)電技術(shù)，將水泥熟料煅燒過程中產(chǎn)生的低溫廢氣余熱轉(zhuǎn)換為電能而回用于水泥生產(chǎn)，對于進(jìn)一步降低水泥生產(chǎn)綜合能耗、節(jié)約能源、提高水泥生產(chǎn)企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益有十分重要的意義。
二、我國純低溫余熱發(fā)電技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀
    我國開展新型干法水泥窯低溫廢氣余熱發(fā)電技術(shù)及裝備的研究、開發(fā)、推廣應(yīng)用工作始于1989年，經(jīng)過多年的努力，目前形成了二種低溫余熱發(fā)電技術(shù)：其一為帶補(bǔ)燃鍋爐的技術(shù)，自1992年，利用此項技術(shù)，國內(nèi)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(shè)、投產(chǎn)了27臺總裝機(jī)366MW的帶補(bǔ)燃鍋爐的低溫余熱電站；其二為純低溫余熱發(fā)電技術(shù)，自1996年，利用此項技術(shù)，國內(nèi)共計有4家水泥廠、3條新型干法水泥窯、1條預(yù)熱器窯投產(chǎn)了4臺總裝機(jī)19.48MW的純低溫余熱電站。
    作者將專文介紹我國帶補(bǔ)燃鍋爐的低溫余熱發(fā)電技術(shù)及裝備情況，本文僅通過跟蹤研究分析已投產(chǎn)的四個純低溫余熱電站的生產(chǎn)運行情況，提出國內(nèi)純低溫余熱發(fā)電技術(shù)及裝備所存在的若干問題，供同行參考、討論。
    國內(nèi)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(guī)模、電站裝機(jī)、余熱取熱方式、蒸汽參數(shù)
    四個水泥廠水泥窯規(guī)模、電站裝機(jī)、余熱取熱方式、蒸汽參數(shù)情況見表1。
    表1：四個水泥廠的水泥窯規(guī)模、電站裝機(jī)、余熱取熱方式、蒸汽參數(shù)表

2、四個水泥廠余熱電站熱力系統(tǒng)構(gòu)成
    四個水泥廠的余熱電站熱力系統(tǒng)構(gòu)成分別見圖1、圖2、圖3、圖4。
     
     
          
3、四個水泥廠余熱電站生產(chǎn)運行情況
    海螺寧國水泥廠余熱電站，設(shè)計計算及發(fā)電裝機(jī)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(fā)電功率約為7200kW。由于較好地解決了余熱鍋爐的漏風(fēng)、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(chǎn)運行幾乎未產(chǎn)生不良的影響，電站運轉(zhuǎn)率大于水泥窯運轉(zhuǎn)率的90%，達(dá)到并超過了設(shè)計指標(biāo)要求。
    廣西柳州水泥廠余熱電站，設(shè)計計算發(fā)電功率為6700kW，發(fā)電裝機(jī)為7500kW(汽輪機(jī)為國內(nèi)汽機(jī)制造廠由標(biāo)準(zhǔn)冷凝12MW汽輪機(jī)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(fā)電功率約為5300kW。也由于較好地解決了余熱鍋爐的漏風(fēng)等問題，余熱電站投入運行后，對水泥窯的生產(chǎn)運行基本上未產(chǎn)生不良影響。因電站汽輪機(jī)組及熱力系統(tǒng)配置的原因，使實際發(fā)電功率未達(dá)到設(shè)計指標(biāo)要求。
    對于江西萬年水泥廠余熱電站，其設(shè)計計算發(fā)電功率應(yīng)為3600KW，由于受國產(chǎn)機(jī)組容量的限制，發(fā)電裝機(jī)選定為3000kW（為國產(chǎn)背壓式汽輪機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)后置機(jī)組），設(shè)計發(fā)電功率為2800kW。自1997年投入生產(chǎn)運行以來，因熱力系統(tǒng)的構(gòu)成、窯頭冷卻機(jī)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(chǎn)運行一直處于不理想狀態(tài)，其電站實際發(fā)電功率約為1700～2200kW，未能達(dá)到設(shè)計指標(biāo)要求。
    上海萬安余熱電站，其設(shè)計計算發(fā)電功率為1800kW，受國產(chǎn)機(jī)組的限制，發(fā)電裝機(jī)選定為2500kW。自2003年投入生產(chǎn)運行以來，運行情況基本正常，目前實際發(fā)電功率約為1700kW。因較好地解決了鍋爐漏風(fēng)等問題，對水泥窯的生產(chǎn)運行基本上未產(chǎn)生不利影響。該電站汽輪機(jī)組是由國內(nèi)背壓式汽輪機(jī)的后置機(jī)通過增開低壓補(bǔ)汽口改造而來。該機(jī)組由于未能很好地考慮低壓蒸汽補(bǔ)進(jìn)汽輪機(jī)后汽機(jī)本體通流部分及補(bǔ)汽的配汽調(diào)整措施、汽機(jī)各進(jìn)汽閥門間保護(hù)關(guān)系的調(diào)整措施（速關(guān)閥問題）、適應(yīng)補(bǔ)汽量及補(bǔ)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(chǎn)的低壓汽向汽機(jī)補(bǔ)汽很困難，或補(bǔ)進(jìn)去后汽機(jī)運行的安全穩(wěn)定性受到很大影響。如果低壓汽能夠正常補(bǔ)入汽機(jī)，其實際發(fā)電功率是可以達(dá)到或超過設(shè)計能力的。
三、純低溫余熱發(fā)電技術(shù)及裝備目前存在的主要問題
根據(jù)上述四個水泥廠余熱電站的實際生產(chǎn)運行情況，筆者認(rèn)為，就我國純低溫余熱發(fā)電技術(shù)及裝備而言尚存在如下問題：
    1、已投產(chǎn)的四個余熱電站，窯尾預(yù)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(shù)的選定提供了較大空間，也為采用國產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)型汽輪機(jī)組創(chuàng)造了條件。當(dāng)窯尾預(yù)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(chǎn)的蒸汽壓力、溫度及發(fā)電能力也低，相應(yīng)地存在著如何選擇主蒸汽參數(shù)及利用國內(nèi)現(xiàn)有低壓汽輪機(jī)如何調(diào)整熱力系統(tǒng)或余熱鍋爐參數(shù)配置問題。
    2、熱力系統(tǒng)問題
    已投產(chǎn)的四個余熱電站，其熱力系統(tǒng)全部采用AQC爐、SP爐水系統(tǒng)串聯(lián)方式，其中江西萬年不但水系統(tǒng)串聯(lián)，蒸汽系統(tǒng)也為串聯(lián)。對于這種串聯(lián)系統(tǒng)：
    （1）由于AQC、SP爐水或汽系統(tǒng)串聯(lián)，而AQC爐利用的是窯頭冷卻機(jī)廢氣、SP爐利用的是窯尾廢氣，當(dāng)窯廢氣參數(shù)波動時，兩臺爐間互相影響，運行調(diào)整較為困難。
    （2）當(dāng)AQC爐出現(xiàn)故障時，要么整套電站全部停運，要么向SP爐汽包直接補(bǔ)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(tǒng)采用的是：AQC爐主蒸汽段排出的200℃以下低溫廢氣設(shè)置生產(chǎn)150～180℃的熱水段，生產(chǎn)的熱水再分級（分為串聯(lián)兩級）閃蒸擴(kuò)容出不同壓力的低壓飽和蒸汽并分別補(bǔ)入汽輪機(jī)的方式。這種方式一方面對汽輪機(jī)的要求（末級葉片帶水及補(bǔ)汽在汽機(jī)通流部分的配汽問題等）很高，國產(chǎn)機(jī)組能否滿足要求尚需進(jìn)一步實踐；另一方面，系統(tǒng)比較復(fù)雜，就國產(chǎn)調(diào)節(jié)閥及執(zhí)行器而言，實行串聯(lián)并分級調(diào)整是比較困難的。
    3、窯頭熟料冷卻機(jī)廢氣取熱問題
    在四個已投產(chǎn)的電站中，除江西萬年外，其它三個電站的窯頭熟料冷機(jī)廢氣取熱方式均為：在熟料冷卻機(jī)中部補(bǔ)開廢氣排放口，其排出的廢氣量為冷卻機(jī)總排廢氣量的50%左右，溫度為350～380℃，廢氣經(jīng)初步收塵后進(jìn)入AQC爐，由AQC爐生產(chǎn)主蒸汽及高溫?zé)崴蚱麢C(jī)的低壓補(bǔ)汽（在此三個電站中，廣西柳州僅生產(chǎn)主蒸汽），AQC爐排出的廢氣再與冷卻機(jī)尾部排出的剩余廢氣混合后進(jìn)入窯頭原有的廢氣收塵器，冷卻機(jī)尾部排出的剩余廢氣量降為冷卻機(jī)總排廢氣量的50%，溫度降至180℃以下。經(jīng)三個電廠的生產(chǎn)運行實踐證明此種取熱方式是穩(wěn)定可靠的，問題是需與水泥工藝及設(shè)備專業(yè)進(jìn)一步結(jié)合，研究確認(rèn)：①在保證不影響冷卻機(jī)及窯運行的條件下，能否將冷卻機(jī)的廢氣排放方式徹底改變，以進(jìn)一步提高廢氣溫度、進(jìn)一步加大高溫廢氣排放量，相應(yīng)地冷卻機(jī)尾部的廢氣排放量進(jìn)一步減少、溫度進(jìn)一步降低？②在水泥生產(chǎn)線進(jìn)行設(shè)計及冷卻機(jī)設(shè)計制造時，能否一并考慮實施在冷卻機(jī)設(shè)置高溫、中溫廢氣排放口并相應(yīng)解決水泥生產(chǎn)工藝及冷卻機(jī)設(shè)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(jī)廢氣取熱的方式為：冷卻機(jī)尾部排出的220～270℃廢氣全部進(jìn)入AQC爐，利用AQC爐生產(chǎn)1.0~1.2MPa的飽和蒸汽及SP爐給水，AQC爐排出的廢氣再進(jìn)入窯頭原有廢氣收塵器。這種方式不僅江西萬年采用，國內(nèi)另外五個水泥廠帶補(bǔ)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(jīng)生產(chǎn)運行實踐證明：因冷卻機(jī)尾部排出的廢氣溫度波動范圍大且快（一般設(shè)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(fā)電，為了提高熱力循環(huán)系統(tǒng)效率，主蒸汽參數(shù)（汽輪機(jī)的主進(jìn)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(fā)電，其主蒸汽參數(shù)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(fā)變?yōu)檎羝臏囟龋?83℃，因換熱溫差的存在，廢氣生產(chǎn)主蒸汽后，廢氣溫度只能降至185℃以上；當(dāng)主蒸汽壓力為2.45MPa時，飽和溫度為220.75℃，廢氣生產(chǎn)主蒸汽后，溫度只能降至235℃以上；相應(yīng)地主蒸汽壓力越高，生產(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)主蒸汽是合適的。對于窯頭熟料冷卻機(jī)AQC爐來講，冷卻機(jī)廢氣全部為干燥的含塵空氣，不存在鍋爐受熱面產(chǎn)生低溫腐蝕問題，并且冷卻機(jī)廢氣余熱已不能回用于水泥生產(chǎn)，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(jù)國內(nèi)外的經(jīng)濟(jì)比較，AQC排出的廢氣溫度在90～100℃時是經(jīng)濟(jì)合理的。根據(jù)前述，當(dāng)采用自冷卻中部取熱、AQC爐僅生產(chǎn)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(fā)電的總廢熱量的17～20%、發(fā)電能力為總廢熱量發(fā)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(fā)電能力將下降9~12%以上。當(dāng)采用自冷卻機(jī)尾部取熱時，發(fā)電能力下降的比例將更大，可達(dá)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(chǎn)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(shè)高溫?zé)崴?，熱水段生產(chǎn)的高溫?zé)崴俳?jīng)過兩級閃蒸擴(kuò)容出兩個低壓參數(shù)的蒸汽，再將蒸汽補(bǔ)入汽輪機(jī)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(shè)0.25MPa的低壓蒸汽段，低壓蒸汽段生產(chǎn)的0.25MPa蒸汽補(bǔ)入汽輪機(jī)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(jī)的限制，低壓蒸汽很難補(bǔ)入汽輪機(jī)）在內(nèi)，三個廠的電站運行情況及實際發(fā)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(jī)組的問題
    對于純低溫余熱發(fā)電，因廢氣溫度低、余熱量大，為了將余熱最大限度、經(jīng)濟(jì)合理的回收并轉(zhuǎn)換為電能，結(jié)合前述的有關(guān)情況，汽輪機(jī)組應(yīng)當(dāng)具備這樣一種能力：能夠?qū)⒍€甚至三個不同壓力等級的蒸汽同時通入汽輪機(jī)，如日本KHI為海螺寧國電站提供的汽輪機(jī)組。國內(nèi)自1996年開始研究、開發(fā)用于余熱發(fā)電的能夠同時通入兩個壓力等級蒸汽的汽輪機(jī)組，一般稱為補(bǔ)汽式汽輪機(jī)組。由于日產(chǎn)數(shù)千噸級的大型水泥窯最近幾年才得以迅速發(fā)展，幾年前這種機(jī)組的市場需求不足，在研究開發(fā)這種機(jī)組時各方面未給予足夠的重視。 包括上海萬安電站在內(nèi)，雖然已投產(chǎn)運行了五臺補(bǔ)汽式汽輪機(jī)組（一臺為2.5MW，四臺為4.5MW），但都沒有達(dá)到預(yù)其目的，存在的主要問題：
    （1）汽輪機(jī)低壓進(jìn)汽口（或稱補(bǔ)汽口）未考慮調(diào)節(jié)配汽等機(jī)構(gòu)，使補(bǔ)汽很困難，不適應(yīng)補(bǔ)汽參數(shù)及補(bǔ)汽量隨水泥窯的波動而變化。
    （2）汽輪機(jī)低壓進(jìn)汽口后部的通流部分未做相應(yīng)調(diào)整，仍采用標(biāo)準(zhǔn)機(jī)組的通流結(jié)構(gòu)。
    （3）主蒸汽進(jìn)汽閥與低壓進(jìn)汽閥之間的聯(lián)鎖、保護(hù)、控制、調(diào)節(jié)關(guān)系不適應(yīng)安全生產(chǎn)運行要求。
    （4）未考慮低壓蒸汽補(bǔ)入汽輪機(jī)后，汽機(jī)末級葉片帶水除濕措施。
    （5）汽輪機(jī)整機(jī)效率相對于國外先進(jìn)機(jī)組（如日本KHI機(jī)組）相差較大（約4～6%）。
    已投產(chǎn)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(jī)組的問題。
    國內(nèi)對補(bǔ)汽式汽輪機(jī)已有了一定程度的設(shè)計、制造、運行經(jīng)驗，青島汽輪機(jī)廠地?zé)釞C(jī)組及低品位汽輪機(jī)的成功投產(chǎn)運行為開發(fā)出適于水泥窯純低溫余熱發(fā)電所需的汽輪機(jī)組創(chuàng)造了條件，如果政府有關(guān)部門、設(shè)計單位、制造及使用單位給予足夠的重視和切實努力，據(jù)筆者分析，國內(nèi)是有能力開發(fā)出這種汽輪機(jī)組的并且除了汽輪機(jī)整機(jī)效率外，其它方面能夠達(dá)到國外同類機(jī)組的水平。
    6、余熱鍋爐的有關(guān)問題
    水泥窯余熱鍋爐，既是電站的主要設(shè)備，也關(guān)系到水泥生產(chǎn)線的生產(chǎn)運行。如果鍋爐存在問題，不但電站設(shè)計指標(biāo)不能達(dá)到從而不能實現(xiàn)投資效果，而且將影響水泥生產(chǎn)系統(tǒng)的運行，給水泥生產(chǎn)帶來損失。
根據(jù)國內(nèi)已投產(chǎn)運行的數(shù)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(jìn)一步系統(tǒng)的分析研究并確定相應(yīng)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(yīng)地決定了發(fā)電熱力系統(tǒng)的循環(huán)效率，同時決定了電站裝機(jī)容量（蒸汽產(chǎn)量）、汽輪機(jī)組型式及實際運行發(fā)電功率。
    （2）鍋爐本體汽水循環(huán)方式的選擇
   鍋爐本體汽水循環(huán)方式有自然循環(huán)、控制循環(huán)、自然與控制混合循環(huán)三種方式，采用何種循環(huán)方式，對鍋爐結(jié)構(gòu)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(fēng)問題
    窯尾SP余熱鍋爐爐內(nèi)廢氣壓力一般為－5000～－7000Pa，如此高的負(fù)壓，一旦鍋爐密封不好將使大量冷風(fēng)漏入爐內(nèi)混入窯尾廢氣，不但將使鍋爐產(chǎn)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(chǎn)量、增加窯尾高溫風(fēng)機(jī)的電耗，嚴(yán)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(nèi)廢氣負(fù)壓很高的條件下，如果不能從根本上――鍋爐本體總體結(jié)構(gòu)型式――采取防漏措施而仍采用一般鍋爐的密封結(jié)構(gòu)是不能解決漏風(fēng)問題的。海螺寧國水泥廠余熱電站窯尾余熱鍋爐的漏風(fēng)問題得到了很好的解決。國產(chǎn)余熱鍋爐，隨著數(shù)十臺SP鍋爐的投運及技術(shù)的不斷進(jìn)步也已逐步好轉(zhuǎn)，相信通過進(jìn)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(jī)余熱鍋爐，因冷卻機(jī)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(nèi)將予磨穿）。因此，AQC鍋爐必須采取適當(dāng)?shù)?、有效的防磨措施，包括：采用適當(dāng)?shù)氖軣崦娼Y(jié)構(gòu)型式、合適的廢氣流速及受熱面管節(jié)距、防磨板片的材質(zhì)及型式、廢氣預(yù)收塵措施等。如果AQC爐防磨措施不當(dāng)，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(yù)熱器排出的廢氣含塵濃度一般為70～120g/Nm3，廢氣進(jìn)入窯尾SP鍋爐后將產(chǎn)生積灰的問題。如果積灰嚴(yán)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(chǎn)汽量或熱水溫度即影響電站發(fā)電功率。因此應(yīng)在確定鍋爐受熱面型式、廢氣流速、受熱面管節(jié)距、鍋爐總體結(jié)構(gòu)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?xì)怏w爆炸清灰等方式，其中除了可燃?xì)怏w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(yōu)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(jù)鍋爐總體結(jié)構(gòu)型式、受熱面結(jié)構(gòu)型式及廢氣流向而定。可燃?xì)怏w爆炸式清灰，由于其清灰原理所限，在爐內(nèi)廢氣高負(fù)壓條件下的清灰效果如何，尚需實際生產(chǎn)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(jìn)入窯尾高溫風(fēng)機(jī)，由于鍋爐清灰時，進(jìn)入高溫風(fēng)機(jī)的粉塵瞬間大量增加，對高溫風(fēng)機(jī)的運行將產(chǎn)生重大影響（筆者在上世紀(jì)九十年代幾個電站的調(diào)試過程中均發(fā)生過因鍋爐清灰將高溫風(fēng)機(jī)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(fēng)機(jī)運行的措施。
    （6）鍋爐受熱面結(jié)構(gòu)型式、換熱系數(shù)、廢氣流速的選取
    鍋爐受熱面結(jié)構(gòu)型式、換熱系數(shù)、廢氣流速的選取是決定鍋爐諸如：實際產(chǎn)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(shù)參數(shù)的主要因素。
    目前國內(nèi)水泥窯余熱鍋爐受熱面結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)型式有不同的換熱系數(shù)、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(jié)構(gòu)型式是需要慎重考慮的。
    受熱面結(jié)構(gòu)型式、廢氣流速、廢氣溫度不同，鍋爐的實際換熱系數(shù)也不同。國內(nèi)確定換熱系數(shù)，一般是在確定鍋爐總體結(jié)構(gòu)方式及受熱面結(jié)構(gòu)型式后再根據(jù)鍋爐設(shè)計計算標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行計算。這種方式確定的換熱系數(shù)，與實際生產(chǎn)運行（包括筆者進(jìn)行的試驗研究結(jié)果）相差較大，相應(yīng)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(chǎn)汽量或熱水溫度達(dá)不到設(shè)計要求。因此如何確定換熱系數(shù)，是余熱鍋爐設(shè)計需考慮的重要問題。
    廢氣流速除了與積灰、磨損、換熱系數(shù)相關(guān)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(tǒng)中，鍋爐廢氣阻力過大，增加窯系統(tǒng)風(fēng)機(jī)電耗甚至不得不更換窯系統(tǒng)風(fēng)機(jī)；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(jié)構(gòu)型式問題
    根據(jù)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(jié)構(gòu)方式。臥式鍋爐是指鍋爐結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)型式，應(yīng)根據(jù)水泥生產(chǎn)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(jié)構(gòu)方式，立式結(jié)構(gòu)的余熱鍋爐其占地小、便于與水泥窯生產(chǎn)流程相結(jié)合及傳熱過程中爐內(nèi)廢氣溫度場與受熱面管子內(nèi)汽水溫度場相吻合從而更能充分有效發(fā)揮受熱面的換熱作用、實際生產(chǎn)運行中能夠保證鍋爐各項技術(shù)指標(biāo)的特點應(yīng)給予足夠重視。
    （8）窯尾SP爐廢氣進(jìn)口管道閥門設(shè)置問題
    窯尾SP爐廢氣進(jìn)口管道閥門的設(shè)置往往不能給予足夠重視，因閥門設(shè)置不當(dāng)，經(jīng)常造成閥門因積灰而打不開或關(guān)不上的問題產(chǎn)生，使其影響水泥窯及電站的正常生產(chǎn)運行、調(diào)整和檢修。因此，如何設(shè)置窯尾SP爐廢氣進(jìn)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(jié)果是：要么余熱鍋爐實際接受的廢氣參數(shù)嚴(yán)重偏離設(shè)計參數(shù)使發(fā)電量達(dá)不到實際應(yīng)發(fā)電能力；要么嚴(yán)重影響水泥窯的生產(chǎn)運行。這些問題是國內(nèi)水泥窯余熱電站經(jīng)常發(fā)生的問題但經(jīng)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(nèi)同行進(jìn)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(chǎn)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(xué)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(tǒng)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(zhì)難以連續(xù)地保證鍋爐給水要求；真空除氧系統(tǒng)相對簡單、除氧效果相對可靠，但需消耗相當(dāng)?shù)碾娏蚋邏赫羝；鹆Πl(fā)電廠經(jīng)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(tǒng)較為復(fù)雜，但除氧效果及鍋爐給水品質(zhì)容易保證并且不消耗電力。對于水泥窯低溫廢氣余熱發(fā)電，余熱鍋爐利用200℃以下廢氣生產(chǎn)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(jīng)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)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(jī)低壓補(bǔ)汽參數(shù)的穩(wěn)定而將因水泥窯廢氣參數(shù)波動引起的低壓蒸汽參數(shù)波動緩解于除氧過程；第三，為解列熱力系統(tǒng)中SP、AQC鍋爐水汽系統(tǒng)的串聯(lián)創(chuàng)造了條件。
    采用何種除氧方式，除考慮上述因素外，應(yīng)根據(jù)水泥生產(chǎn)系統(tǒng)對AQC爐、SP爐排出廢氣溫度的要求及熱力循環(huán)系統(tǒng)的構(gòu)成而定。但大氣式熱力除氧方式，除系統(tǒng)較復(fù)雜外，更利于200℃以下低溫廢氣余熱的回收利用、提高發(fā)電能力。
    8．水泥生產(chǎn)系統(tǒng)與電站系統(tǒng)的生產(chǎn)協(xié)調(diào)及配合問題
    水泥生產(chǎn)廠配套建設(shè)余熱電站，因電站熱源通過余熱鍋爐取自水泥生產(chǎn)線，兩者之間必存在需要互相協(xié)調(diào)及配合的問題。
    已投產(chǎn)余熱電站（包括帶補(bǔ)燃鍋爐的余熱電站）的水泥生產(chǎn)廠，水泥生產(chǎn)與電站運行因生產(chǎn)特點不同一般分為各自獨立的兩套生產(chǎn)運行管理人員。由于余熱鍋爐的投入和解出需配合調(diào)整水泥窯的運行參數(shù)從而增加水泥窯生產(chǎn)運行管理環(huán)節(jié)，因而二者之間產(chǎn)生矛盾應(yīng)該是正常的，問題在于如何解決這種矛盾。
    對于這種矛盾，應(yīng)當(dāng)樹立“水泥生產(chǎn)是主業(yè)，發(fā)電是副業(yè)，副業(yè)不能影響主業(yè)，主業(yè)應(yīng)兼顧副業(yè)”的思想，在這種思想的指導(dǎo)下，配套必要的管理及獎懲措施，經(jīng)國內(nèi)數(shù)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(zhuǎn)率、檢修、維護(hù)、電站潛在能力的發(fā)揮等問題也隨之能夠得到解決。
四、結(jié)語
    本文通過對國內(nèi)幾個純低溫余熱電站生產(chǎn)運行情況的跟蹤分析、研究，加之作者十?dāng)?shù)年來專業(yè)從事水泥窯余熱發(fā)電技術(shù)及裝備的研究、開發(fā)、設(shè)計、調(diào)試、運行管理所積累的經(jīng)驗，提出了目前我國水泥窯純低溫余熱發(fā)電技術(shù)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(fā)電技術(shù)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(diào)查了解不夠，所提出的問題難免有不當(dāng)及不準(zhǔn)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。