純低溫余熱系統(tǒng)中窯尾余熱鍋爐的開發(fā)

摘要：本文闡述了純低溫余熱發(fā)電系統(tǒng)中窯尾余熱鍋爐研制過程中需要解決的問題，并以5000t/d窯配套窯尾余熱鍋爐為例，分析了窯尾立式和臥式布置余熱鍋爐的特點。
關鍵詞: 積灰  清灰  漏風   臥式余熱爐  立式余熱爐  

    近幾年隨著純低溫余熱發(fā)電技術發(fā)展和在國內(nèi)的推廣應用，作為主要設備的純低溫余熱鍋爐受到哈鍋、杭鍋等國內(nèi)主要鍋爐廠家的高度重視。目前各廠家開發(fā)設計的余熱鍋爐主要用于日產(chǎn)1200t/d、2500t/d、5000t/d水泥窯余熱發(fā)電系統(tǒng)，從國內(nèi)已投運的幾套2500t/d、5000t/d窯配套余熱鍋爐的運行的實踐看到尚存在一些問題需要不斷改進和完善。
    隨著預分解窯技術在中國的推廣和應用，哈鍋于二十世紀八十年代末期開始研究和開發(fā)水泥窯中低溫余熱利用技術，“八.五”期間，哈鍋針對國內(nèi)水泥廠窯外預分解窯余熱利用和缺電的實際情況，為1000t/d至4000t/d窯配套開發(fā)了廢氣溫度在400℃以下的余熱鍋爐，結合補燃鍋爐技術，取得了良好效果,被評為國家“八.五”攻關科技成果重大成果一等獎，此項成果應用于國內(nèi)十幾個工程，取得了良好社會和經(jīng)濟效益，在實踐中對低溫余熱利用技術積累了較豐富工程經(jīng)驗。
    在純低溫余熱發(fā)電系統(tǒng)中熱源分為兩部分，一部分為窯尾預熱器預熱生料后產(chǎn)生的廢氣，另一部分為窯頭篦冷機冷卻熟料后的熱空氣，這兩部分熱源中窯尾的廢氣在水泥窯產(chǎn)量變化不大的情況下比較穩(wěn)定，且熱量在系統(tǒng)中所占比例較大。窯頭熱源的隨著冷卻熟料量的多少和工藝過程波動比較大，熱源不穩(wěn)定，這樣在系統(tǒng)中如何利用好窯尾余熱煙氣的熱量對余熱回收和發(fā)電系統(tǒng)穩(wěn)定占有重要的地位。
    窯尾余熱煙氣中含有大量的粉塵，且粉塵細，容易在鍋爐受熱面上積灰，影響鍋爐受熱面的傳熱效果，致使鍋爐出力降低，發(fā)電量降低，因此解決好鍋爐受熱面積灰問題是窯尾余熱鍋爐最基本也是必須解決的問題，此外漏風會影響系統(tǒng)引風機和鍋爐的熱利用率，因此如何解決鍋爐的漏風和積灰問題是窯尾余熱利用的關鍵的問題。
    以下對5000t/d窯配套窯尾余熱鍋爐開發(fā)過程中所遇到的幾個問題進行探討。
    山東省新汶礦業(yè)集團公司泰山水泥有限公司5000t/d窯外分解窯蒸汽/熱水閃蒸復合發(fā)電工程技術參數(shù)如下：

    1. 余熱鍋爐的布置方式
    一般根據(jù)余熱鍋爐煙氣的流向，水泥窯窯尾余熱鍋爐大體上分為臥式、立式兩種布置方式。臥式布置鍋爐是指煙氣水平通過鍋爐，鍋爐煙道為水平隧道布置，對流管束垂直布置。立式布置的鍋爐煙氣從上向下垂直方向通過垂直布置的鍋爐煙道。國外窯尾余熱鍋爐技術以日本某些公司為代表此項技術相對比較成熟，在鍋爐的爐型的布置上趨勢明顯，窯尾余熱鍋爐以臥式布置為主。我國窯尾余熱鍋爐有立式和臥式兩種，鍋爐立式布置可以減少占地面積便于和水泥窯工藝流程相結合，從窯尾余熱鍋爐的積灰難易和清灰效果上看：臥式布置優(yōu)越于立式布置，在占地面積允許的情況下應該優(yōu)先考慮臥式布置，哈鍋在已開發(fā)立式窯尾余熱鍋爐基礎上在泰山水泥項目中又開發(fā)了臥式布置窯尾余熱鍋爐。
     2.余熱鍋爐的參數(shù)的確定
     現(xiàn)今窯尾預熱器排出的廢氣溫度一般為350430℃、窯頭熟料冷卻機排掉的廢氣溫度為200360℃，通過余熱鍋爐回收產(chǎn)生一定流量過熱蒸汽溫度為320400℃，壓力為1.0MPa2.45MPa的過熱蒸汽。以上數(shù)據(jù)表明，余熱鍋爐的傳熱溫差比較小，其最小傳熱溫差的選取不僅決定了余熱鍋爐成本，而且決定了主蒸汽壓力和溫度等參數(shù)，是經(jīng)濟有效回收余熱的關鍵參數(shù)，一般經(jīng)濟窄點溫度取1015℃。 
    3. 窯尾余熱鍋爐的積灰和清灰問題
    窯尾余熱鍋爐的煙氣含塵量大（進入窯尾鍋爐廢氣含塵濃度一般為70120g/ Nm3），粉塵細，容易在鍋爐受熱面上積灰，影響鍋爐受熱面的傳熱效果，致使鍋爐出力降低。鍋爐管束積灰是不可避免的，立式布置鍋爐的管束積灰尤其嚴重，因此清灰方式的選擇是非常重要的。目前窯尾余熱鍋爐的清灰方式主要有：聲波吹灰、可燃氣體爆燃吹灰和振打吹灰。由于水泥窯窯尾煙氣中的粉塵具有細而粘的特性，聲波吹灰、可燃氣體爆燃吹灰效果略差，振打吹灰是采用機械振打的方式連續(xù)擊打鍋爐受熱面，目前國內(nèi)外絕大部分窯尾余熱鍋爐都采用此種清灰方式，清灰效果比較好。其連續(xù)的清灰方式避免了瞬間清灰量過大，對窯尾高溫引風機的影響。臥式的布置方式鍋爐受熱面管束采用立式蛇形管結構，處于自由懸垂狀態(tài)有利于振打裝置的配合，受熱面在長度方向上柔性比較好，在振打過程中能夠消除振打過程中沖擊受熱面應力變形，鍋爐受熱面管子的使用壽命不降低。立式布置的鍋爐積灰嚴重，清灰難度大，清灰時由于上級管束清落的灰對下級管束的二次粘污作用易對煙氣系統(tǒng)造成波動，且必要時需定期停爐清灰。
    4. 窯尾余熱鍋爐的漏風問題
    窯尾余熱鍋爐煙氣運行壓力一般在50007000Pa之間，如此高的負壓，如果鍋爐密封不好會使大量冷空氣進入爐內(nèi)，不但影響鍋爐的蒸發(fā)量和主汽溫度，而且重要的是將影響水泥窯的運行，降低窯的熟料產(chǎn)量，增加窯尾高溫風機的電耗，嚴重時水泥窯將不得不停窯或窯尾余熱鍋爐停運，有效解決鍋爐的密封問題相當重要。該鍋爐主要漏風點包括對鍋爐的各種門孔、穿墻管束及鍋爐清灰振打裝置的處理。一般采取二次焊接密封結構及鍋爐本體全鋼護板結構，此問題在臥式和立式布置的鍋爐同樣存在，處理方式上各廠家各有千秋，如果結構處理合理應達到良好的效果。
     5. 鍋爐水循環(huán)方式
    鍋爐本體水循環(huán)方式有自然循環(huán)、強制循環(huán)兩種循環(huán)方式。采用那種循環(huán)方式對鍋爐結構型式、運行成本、運行可靠性等方面有較大影響。國外水泥窯窯尾余熱鍋爐主要采用強制循環(huán)，水循環(huán)系統(tǒng)中采用熱水循環(huán)泵，在鍋筒和蒸發(fā)受熱面之間有一套熱水循環(huán)泵作為循環(huán)的動力，采用強制循環(huán)的方式能夠在一定范圍內(nèi)提高過熱蒸汽的品質(zhì)（主要指提高過熱蒸汽的壓力），水循環(huán)安全可靠。自然循環(huán)的循環(huán)動力來自汽水之間的密度差，鍋爐大型化高參數(shù)時因鍋爐高度的限制，實現(xiàn)比較難，但對于低壓力參數(shù)（主蒸汽壓力2.45MPa以下）的熱力系統(tǒng)，自然循環(huán)運行成本低，水循環(huán)能實現(xiàn)安全可靠運行。
    6. 結束語
    如何有效的解決上述幾個問題，使水泥窯余熱鍋爐更好地服務于水泥窯余熱發(fā)電系統(tǒng)，會取得良好的經(jīng)濟效益和社會效益，必將具有極好的應用前景，窯尾立式或臥式布置鍋爐技術的成功運用為我國余熱鍋爐技術進一步發(fā)展開辟新的道路，在不斷總結工程經(jīng)驗的基礎上，持續(xù)完善和改進面臨的問題，我國的水泥窯余熱鍋爐技術必將在短期內(nèi)和可以國外同等產(chǎn)品相媲美。