純低溫余熱系統(tǒng)中窯尾余熱鍋爐的開發(fā)

   近幾年隨著純低溫余熱發(fā)電技術(shù)發(fā)展和在國(guó)內(nèi)的推廣應(yīng)用，作為主要設(shè)備的純低溫余熱鍋爐受到哈鍋、杭鍋等國(guó)內(nèi)主要鍋爐廠家的高度重視。目前各廠家開發(fā)設(shè)計(jì)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(guó)內(nèi)已投運(yùn)的幾套2500t/d、5000t/d窯配套余熱鍋爐的運(yùn)行的實(shí)踐看到尚存在一些問(wèn)題需要不斷改進(jìn)和完善。

    隨著預(yù)分解窯技術(shù)在中國(guó)的推廣和應(yīng)用，哈鍋于二十世紀(jì)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(shù)，“八.五”期間，哈鍋針對(duì)國(guó)內(nèi)水泥廠窯外預(yù)分解窯余熱利用和缺電的實(shí)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(jié)合補(bǔ)燃鍋爐技術(shù)，取得了良好效果,被評(píng)為國(guó)家“八.五”攻關(guān)科技成果重大成果一等獎(jiǎng)，此項(xiàng)成果應(yīng)用于國(guó)內(nèi)十幾個(gè)工程，取得了良好社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益，在實(shí)踐中對(duì)低溫余熱利用技術(shù)積累了較豐富工程經(jīng)驗(yàn)。

    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(yù)熱器預(yù)熱生料后產(chǎn)生的廢氣，另一部分為窯頭篦冷機(jī)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(guò)程波動(dòng)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(duì)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(xì)，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(wèn)題是窯尾余熱鍋爐最基本也是必須解決的問(wèn)題，此外漏風(fēng)會(huì)影響系統(tǒng)引風(fēng)機(jī)和鍋爐的熱利用率，因此如何解決鍋爐的漏風(fēng)和積灰問(wèn)題是窯尾余熱利用的關(guān)鍵的問(wèn)題。

    以下對(duì)5000t/d窯配套窯尾余熱鍋爐開發(fā)過(guò)程中所遇到的幾個(gè)問(wèn)題進(jìn)行探討。

　　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(guò)鍋爐，鍋爐煙道為水平隧道布置，對(duì)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(guò)垂直布置的鍋爐煙道。國(guó)外窯尾余熱鍋爐技術(shù)以日本某些公司為代表此項(xiàng)技術(shù)相對(duì)比較成熟，在鍋爐的爐型的布置上趨勢(shì)明顯，窯尾余熱鍋爐以臥式布置為主。我國(guó)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(jié)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(yīng)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(chǔ)上在泰山水泥項(xiàng)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(yù)熱器排出的廢氣溫度一般為350?430℃、窯頭熟料冷卻機(jī)排掉的廢氣溫度為200?360℃，通過(guò)余熱鍋爐回收產(chǎn)生一定流量過(guò)熱蒸汽溫度為320?400℃，壓力為1.0MPa?2.45MPa的過(guò)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(jì)有效回收余熱的關(guān)鍵參數(shù)，一般經(jīng)濟(jì)窄點(diǎn)溫度取10?15℃。 

   3. 窯尾余熱鍋爐的積灰和清灰問(wèn)題

    窯尾余熱鍋爐的煙氣含塵量大（進(jìn)入窯尾鍋爐廢氣含塵濃度一般為70?120g/ Nm3），粉塵細(xì)，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(yán)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?xì)怏w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(xì)而粘的特性，聲波吹灰、可燃?xì)怏w爆燃吹灰效果略差，振打吹灰是采用機(jī)械振打的方式連續(xù)擊打鍋爐受熱面，目前國(guó)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(guò)大，對(duì)窯尾高溫引風(fēng)機(jī)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(jié)構(gòu)，處于自由懸垂?fàn)顟B(tài)有利于振打裝置的配合，受熱面在長(zhǎng)度方向上柔性比較好，在振打過(guò)程中能夠消除振打過(guò)程中沖擊受熱面應(yīng)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(yán)重，清灰難度大，清灰時(shí)由于上級(jí)管束清落的灰對(duì)下級(jí)管束的二次粘污作用易對(duì)煙氣系統(tǒng)造成波動(dòng)，且必要時(shí)需定期停爐清灰。

    4. 窯尾余熱鍋爐的漏風(fēng)問(wèn)題

    窯尾余熱鍋爐煙氣運(yùn)行壓力一般在5000?7000Pa之間，如此高的負(fù)壓，如果鍋爐密封不好會(huì)使大量冷空氣進(jìn)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(yùn)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(shí)水泥窯將不得不停窯或窯尾余熱鍋爐停運(yùn)，有效解決鍋爐的密封問(wèn)題相當(dāng)重要。該鍋爐主要漏風(fēng)點(diǎn)包括對(duì)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(jié)構(gòu)及鍋爐本體全鋼護(hù)板結(jié)構(gòu)，此問(wèn)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(jié)構(gòu)處理合理應(yīng)達(dá)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(qiáng)制循環(huán)兩種循環(huán)方式。采用那種循環(huán)方式對(duì)鍋爐結(jié)構(gòu)型式、運(yùn)行成本、運(yùn)行可靠性等方面有較大影響。國(guó)外水泥窯窯尾余熱鍋爐主要采用強(qiáng)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(dòng)力，采用強(qiáng)制循環(huán)的方式能夠在一定范圍內(nèi)提高過(guò)熱蒸汽的品質(zhì)（主要指提高過(guò)熱蒸汽的壓力），水循環(huán)安全可靠。自然循環(huán)的循環(huán)動(dòng)力來(lái)自汽水之間的密度差，鍋爐大型化高參數(shù)時(shí)因鍋爐高度的限制，實(shí)現(xiàn)比較難，但對(duì)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(yùn)行成本低，水循環(huán)能實(shí)現(xiàn)安全可靠運(yùn)行。

    6. 結(jié)束語(yǔ)

    如何有效的解決上述幾個(gè)問(wèn)題，使水泥窯余熱鍋爐更好地服務(wù)于水泥窯余熱發(fā)電系統(tǒng)，會(huì)取得良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，必將具有極好的應(yīng)用前景，窯尾立式或臥式布置鍋爐技術(shù)的成功運(yùn)用為我國(guó)余熱鍋爐技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展開辟新的道路，在不斷總結(jié)工程經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，持續(xù)完善和改進(jìn)面臨的問(wèn)題，我國(guó)的水泥窯余熱鍋爐技術(shù)必將在短期內(nèi)和可以國(guó)外同等產(chǎn)品相媲美。