水泥窯純低溫余熱電站的運(yùn)行管理
2009-07-01 00:00
我們四川峨眉峨勝水泥股份有限公司建有5條5000t/d級(jí)新型干法水泥熟料生產(chǎn)線，為充分利用水泥窯生產(chǎn)過(guò)程中排出的廢氣余熱，節(jié)約能源、降低成本，我們于2007年委托大連易世達(dá)新能源發(fā)展股份有限公司為這5條生產(chǎn)線配套建設(shè)了三座裝機(jī)分別為11.5MW、23MW、23MW的余熱電站。其中：1#窯11.5MW余熱電站于2008年10月投入運(yùn)行；2#及3#窯23MW余熱電站中的2#窯于2009年4月份投入運(yùn)行，3#窯將于2009年7月份投入運(yùn)行；4#及5#窯23MW余熱電站目前在設(shè)計(jì)建設(shè)之中，計(jì)劃于2010年3月份全部投入運(yùn)行。根據(jù)我們已經(jīng)投入運(yùn)行的余熱電站實(shí)際運(yùn)行情況，我們對(duì)水泥窯余熱電站的運(yùn)行管理做了初步總結(jié)，現(xiàn)提供給同行，供大家參考。
1 已經(jīng)投產(chǎn)的余熱電站設(shè)計(jì)及運(yùn)行情況
1.1 1#窯余熱電站
1.1.1 1#窯11.5MW余熱電站配置
我廠1#窯為南京水泥工業(yè)設(shè)計(jì)研究院設(shè)計(jì)的5000t/d級(jí)新型干法水泥熟料生產(chǎn)線，目前實(shí)際熟料產(chǎn)量為5450～5800t/d。為本條窯配套的余熱電站包括:窯頭熟料冷卻機(jī)余熱鍋爐(簡(jiǎn)稱(chēng)AQC鍋爐)一臺(tái)，窯頭熟料冷卻機(jī)余熱過(guò)熱器(簡(jiǎn)稱(chēng)ASH過(guò)熱器)一臺(tái)，帶有出口廢氣溫度可調(diào)整裝置的窯尾預(yù)熱器余熱鍋爐(簡(jiǎn)稱(chēng)SP鍋爐)一臺(tái)，11.5MW大補(bǔ)汽量的汽輪機(jī)組一套，12MW發(fā)電機(jī)組一套，為上述主機(jī)設(shè)備配套的循環(huán)冷卻水系統(tǒng)、鍋爐給水處理系統(tǒng)等。電站系統(tǒng)設(shè)計(jì)及運(yùn)行蒸汽參數(shù)為：汽輪機(jī)進(jìn)口主蒸汽壓力1.57～2.45Mpa、蒸汽溫度340～390℃；汽輪機(jī)補(bǔ)汽壓力0.15～0.25Mpa、補(bǔ)汽溫度125～160℃、補(bǔ)氣率為40%；在窯尾預(yù)熱器廢氣出口設(shè)計(jì)溫度為340℃的條件下設(shè)計(jì)噸熟料發(fā)電能力為38～42KWh/t。
1.1.2 1#窯11.5MW余熱電站運(yùn)行情況
1#窯余熱電站于2008年10月6日首次并網(wǎng)發(fā)電，在并網(wǎng)發(fā)電初期的10月11月及12月，由于我們對(duì)余熱電站的運(yùn)行管理經(jīng)驗(yàn)不足、對(duì)余熱電站與水泥窯結(jié)合后的整套系統(tǒng)變化情況還沒(méi)有完全掌握，因此其發(fā)電能力起伏變化比較大：窯尾預(yù)熱器出口廢氣溫度為310～320℃時(shí)的日平均發(fā)電功率在8.83～10.98MW之間變化，大多數(shù)時(shí)間在8.83～9.65MW之間變化，月平均噸熟料發(fā)電量在38.8KWh，汽輪機(jī)進(jìn)口主蒸汽壓力1.57～1.97Mpa、蒸汽溫度360～390℃；汽輪機(jī)補(bǔ)汽壓力0.15～0.25Mpa、補(bǔ)汽溫度125～160℃、補(bǔ)氣率為35～45%。
通過(guò)我們?nèi)齻€(gè)月電站運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)的積累、對(duì)余熱電站與水泥窯結(jié)合后的整套系統(tǒng)變化情況的掌握及管理制度的調(diào)整，1#窯余熱電站的運(yùn)行及管理自2009年1月起逐月提高，其中3月份以后在窯尾預(yù)熱器出口廢氣溫度為325～330℃時(shí)的日平均發(fā)電功率9.56～10.56MW之間變化，月平均噸熟料發(fā)電量在40.2KWh以上，汽輪機(jī)進(jìn)口主蒸汽壓力1.57～1.87Mpa、蒸汽溫度360～390℃；汽輪機(jī)補(bǔ)汽壓力0.15～0.25Mpa、補(bǔ)汽溫度125～160℃、補(bǔ)氣率為35～45%。
1.2 2#、3#窯23MW余熱電站
1.2.1 2#、3#窯23MW余熱電站配置
我廠2#及3#窯同樣為南京水泥工業(yè)設(shè)計(jì)研究院設(shè)計(jì)的5000t/d級(jí)新型干法水泥熟料生產(chǎn)線，目前實(shí)際熟料產(chǎn)量為5600～5800t/d之間。為兩條窯配套的余熱電站包括:每條窯窯頭熟料冷卻機(jī)AQC鍋爐各一臺(tái)，每條窯窯頭熟料冷卻機(jī)ASH過(guò)熱器各一臺(tái)，每條窯帶有出口廢氣溫度可調(diào)整裝置的窯尾預(yù)熱器SP鍋爐各一臺(tái)，23MW大補(bǔ)汽量的汽輪機(jī)組一套，25MW發(fā)電機(jī)組一套，為上述主機(jī)設(shè)備配套的循環(huán)冷卻水系統(tǒng)、鍋爐給水處理系統(tǒng)等。電站系統(tǒng)設(shè)計(jì)及運(yùn)行蒸汽參數(shù)仍然為：汽輪機(jī)進(jìn)口主蒸汽壓力1.57～2.45Mpa、蒸汽溫度340～390℃；汽輪機(jī)補(bǔ)汽壓力0.15～0.25Mpa、補(bǔ)汽溫度125～160℃、補(bǔ)氣率為40%；在窯尾預(yù)熱器廢氣出口設(shè)計(jì)溫度為330℃的條件下，單條窯運(yùn)行時(shí)設(shè)計(jì)噸熟料發(fā)電能力為36～38KWh/t，兩條窯運(yùn)行時(shí)設(shè)計(jì)噸熟料發(fā)電能力為40～43KWh/t。
1.2.2 2#、3#窯23MW余熱電站單窯運(yùn)行情況
2#、3#窯余熱電站于2009年4月18日實(shí)現(xiàn)2#窯單窯首次并網(wǎng)發(fā)電(計(jì)劃2009年7月3#窯余熱鍋爐投入運(yùn)行)。由于我們有了1#窯余熱電站的運(yùn)行管理經(jīng)驗(yàn)，本臺(tái)23MW機(jī)組首次并網(wǎng)發(fā)電后即實(shí)現(xiàn)：2#窯窯尾預(yù)熱器出口廢氣溫度為325～330℃時(shí)的日平均發(fā)電功率在8.8～9.6MW，月平均噸熟料發(fā)電量在37.8KWh，汽輪機(jī)進(jìn)口主蒸汽壓力1.57～1.97Mpa、蒸汽溫度360～390℃；汽輪機(jī)補(bǔ)汽壓力0.15～0.25Mpa、補(bǔ)汽溫度125～160℃、補(bǔ)氣率為35～45%。
2 水泥窯配套余熱電站后運(yùn)行管理應(yīng)遵循的基本原則
2.1水泥窯的生產(chǎn)運(yùn)行是余熱電站運(yùn)行及發(fā)電能力的基礎(chǔ)
水泥窯配套的余熱電站是純被動(dòng)的發(fā)電站也是水泥窯的一部分，電站熱源也就是通常意義的鍋爐中的爐是水泥窯廢氣余熱。因此，窯系統(tǒng)穩(wěn)定、高效運(yùn)行是水泥窯余熱電站安全、穩(wěn)定、高效運(yùn)行的基礎(chǔ)；電站的安全、穩(wěn)定、高效運(yùn)行反過(guò)來(lái)可以促進(jìn)和檢驗(yàn)窯系統(tǒng)的穩(wěn)定、高效運(yùn)行，兩者是互相融合、互相配合、互相促進(jìn)的辯證關(guān)系；在以水泥生產(chǎn)為主的前提下,任何只單獨(dú)注重電站的運(yùn)行和管理、單獨(dú)注重水泥窯的生產(chǎn)運(yùn)行管理而不是將兩者結(jié)合起來(lái)注重整套系統(tǒng)的運(yùn)行管理的思想只會(huì)是電站及水泥窯都不會(huì)實(shí)現(xiàn)安全、穩(wěn)定、高效的運(yùn)行，這是水泥窯配套余熱電站后窯系統(tǒng)生產(chǎn)運(yùn)行管理所需要轉(zhuǎn)變的思想。這種思想的轉(zhuǎn)變勢(shì)必要求水泥窯從原、燃料進(jìn)廠檢驗(yàn)，生料配料，燒成控制，物料烘干運(yùn)行調(diào)整，設(shè)備維修等工序加強(qiáng)提高，以適應(yīng)水泥窯帶有發(fā)電系統(tǒng)后的操作要求。
2.2余熱發(fā)電技術(shù)是保障
水泥窯余熱發(fā)電技術(shù)包含了水泥窯燒成系統(tǒng)控制技術(shù)、熱力循環(huán)系統(tǒng)構(gòu)成技術(shù)即余熱梯級(jí)利用技術(shù)、余熱鍋爐設(shè)計(jì)技術(shù)、汽輪機(jī)運(yùn)行適應(yīng)水泥窯變化的穩(wěn)定控制及將不同壓力溫度等級(jí)的蒸汽同時(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿膭?dòng)力轉(zhuǎn)換技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)等多學(xué)科理論。其中熱力循環(huán)系統(tǒng)構(gòu)成技術(shù)即余熱梯級(jí)利用技術(shù)----也就是余熱電站工藝技術(shù)方案是決定電站運(yùn)行結(jié)果的基礎(chǔ)技術(shù)。因此，每一位余熱發(fā)電管理者都應(yīng)當(dāng)認(rèn)真學(xué)習(xí)和實(shí)踐這些理論基礎(chǔ)，并靈活應(yīng)用到機(jī)組發(fā)電過(guò)程中，以保障機(jī)組安全、穩(wěn)定、高效運(yùn)行。
2.3提高余熱利用效率是關(guān)鍵
在窯系統(tǒng)與發(fā)電系統(tǒng)正常運(yùn)行的情況下,機(jī)組的實(shí)際發(fā)電能力取決于水泥窯及汽輪發(fā)電機(jī)組操作人員的操作調(diào)整,在保證窯工藝穩(wěn)定及不影響水泥熟料生產(chǎn)用熱的前提下,應(yīng)以盡可能多的把水泥窯廢氣余熱回收并用于發(fā)電---即盡量提高SP爐、AQC爐、ASH的入口煙氣溫度、流量，盡量降低SP爐、AQC爐的出口煙氣溫度為基本原則。從實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行情況來(lái)看，余熱熱能的取熱方式涉及余熱品位的分級(jí)利用，是提高余熱發(fā)電能力的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。因此，余熱取熱方式的科學(xué)合理是大幅提高余熱發(fā)電能力的關(guān)鍵所在。
3 水泥窯燒成系統(tǒng)與余熱發(fā)電系統(tǒng)的管理體制
水泥窯余熱發(fā)電是利用余熱鍋爐將窯系統(tǒng)的廢氣余熱轉(zhuǎn)換為蒸汽，再通過(guò)汽輪機(jī)將蒸汽熱能轉(zhuǎn)換為電能，因此水泥窯廢氣余熱的品位(可以簡(jiǎn)單地理解為廢氣溫度)決定著蒸汽參數(shù)(蒸汽壓力和溫度)，也就對(duì)余熱發(fā)電能力起著決定性的作用。水泥生產(chǎn)過(guò)程中，廢氣余熱品位是由水泥窯操控的，在窯系統(tǒng)不正常的情況下，中控操作以穩(wěn)定水泥窯工藝為主，此時(shí)對(duì)廢氣參數(shù)的調(diào)整相對(duì)頻繁，廢氣參數(shù)波動(dòng)大，廢氣品質(zhì)較差，發(fā)電量不穩(wěn)定且會(huì)很低，這是正常的；而當(dāng)窯系統(tǒng)在正常生產(chǎn)情況下，廢氣參數(shù)相對(duì)穩(wěn)定，廢氣品位好，發(fā)電量穩(wěn)定且會(huì)很高。因此提高電站發(fā)電能力，水泥窯的運(yùn)行管理是基礎(chǔ)，電站與水泥窯間的相互配合是關(guān)鍵。
從上述關(guān)系來(lái)看,我們認(rèn)為應(yīng)當(dāng)在如下兩方面建立水泥窯燒成系統(tǒng)與余熱發(fā)電系統(tǒng)統(tǒng)一的管理體制：
(1)在管理制度上，制定提高發(fā)電能力協(xié)作配合管理辦法及將罰辦法，實(shí)行層層目標(biāo)管理責(zé)任制，將發(fā)電指標(biāo)分解到每個(gè)人，不僅發(fā)電系統(tǒng)有指標(biāo)，水泥窯系統(tǒng)也要有指標(biāo)而且這兩個(gè)指標(biāo)的獎(jiǎng)懲必須是互相聯(lián)系的。
(2)在機(jī)構(gòu)設(shè)置上，余熱電站應(yīng)當(dāng)成為燒成系統(tǒng)(車(chē)間或部室)的一部分，以便于統(tǒng)一管理，統(tǒng)一協(xié)調(diào)，從根本上鏟除相互推委，相互扯皮現(xiàn)象，從而理順關(guān)系，明確責(zé)任，明確目標(biāo)，促進(jìn)水泥窯與電站運(yùn)行管理水平的提高。
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