75噸/時余熱(帶補燃)流化床鍋爐改純低溫余熱發(fā)電技術(shù)在日產(chǎn)2500噸水泥生產(chǎn)線上的應用

前言
　　浙江虎山集團有限公司是國家“一五”時期投資興建的浙江省第一家大型水泥企業(yè)，企業(yè)始建于1958年，由原浙江江山水泥廠改組而成。2006年，被國家發(fā)改委、國土資源部、中國人民銀行列為國家重點支持水泥工業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整大型企業(yè)（集團），名列21位。2007年，加盟中國建材南方水泥有限公司。

　　浙江虎山集團有限公司2500t/d窯外分解爐帶補燃的12MW余熱發(fā)電項目是在國家“九五”期間發(fā)布《煤矸石綜合利用管理辦法》時鼓勵發(fā)展煤矸石電廠，發(fā)展熱電聯(lián)產(chǎn)的時候投資興建的。年發(fā)電量為8400×10⁴kw.h（以年運行時數(shù)7000小時計），供電量為7344×10⁴kw.h，年平均發(fā)電標準煤耗為315.54g/kw.h，余熱利用量占電站總耗能熱量的35%。項目在投產(chǎn)后的幾年內(nèi)取得了很好的經(jīng)濟效益，但由于各地煤矸石的發(fā)熱量的波動很大，很難適應正常生產(chǎn)的需要。工藝上為保證煤矸石的充分穩(wěn)定燃燒，均需在煤矸石中摻入近20%的煙煤進行生產(chǎn)。最近幾年煙煤價格不斷攀升，靠余熱帶補燃流化床鍋爐發(fā)電項目已經(jīng)沒有明顯的經(jīng)濟效益。另外根據(jù)國務院批復的國家環(huán)保局制定的《酸雨控制區(qū)和二氧化硫污染控制區(qū)劃分方案》，對電廠二氧化硫(SO₂)排放提出了嚴格要求，對現(xiàn)有燃煤含硫量大于1%的電廠，要求在2010年前分期分批建成脫硫設施或采取其它具有相當效果的減排措施。浙江虎山集團在這樣的形勢下，感覺到十分有必要將原來2500t/d水泥生產(chǎn)線的余熱（帶補燃）流化床鍋爐電站向純低溫余熱電站改造。項目于2008年3月開始實施，并在當年7月實現(xiàn)并網(wǎng)發(fā)電?，F(xiàn)將有關(guān)情況介紹如下：

　　一、改造的內(nèi)容及相關(guān)技術(shù)措施
　　1、拆除原有的75t/h循環(huán)流化床燃煤鍋爐；

　　2、將原來2500t/d水泥線上的兩臺中溫中壓的余熱鍋爐改造為低溫低壓余熱鍋爐，改造后窯頭AQC爐的技術(shù)參數(shù)：鍋爐入口設計溫度取值為380℃，蒸汽壓力為1.35MPa，蒸汽溫度為340±20℃，蒸汽量為9.5t/h；窯尾SP爐的技術(shù)參數(shù)：鍋爐入口設計溫度取值為340℃，蒸汽壓力為1.35MPa，蒸汽溫度為315±20℃，蒸汽量為14.3t/h；

　　3、將原來中溫中壓的12MW汽輪機組改造成低溫低壓的6MW純凝式汽輪機組，發(fā)電機保留不變；除氧系統(tǒng)利用原有的系統(tǒng)，對部分管路進行改造；

　　4、更換凝結(jié)水泵、給水泵；

　　5、化水系統(tǒng)及循環(huán)水系統(tǒng)保留不變；

　　6、相應的電氣及自動化系統(tǒng)進行改造。

　　7、各車間利用原有的廠房和基礎；

　　二、窯頭AQC爐及窯尾SP爐的工藝流程

　　　　　　　　　　　　1．鍋爐               2．降塵器               3．鍋爐進口閥門        

　　　　　　　　　　　　4．直通閥             5．鍋爐出口閥門         6．閘板閥    

　　　　　　　　　　　　7．鎖風分格輪         8．雙翻板閥             9．拉鏈機      

　　1、窯頭AQC爐采用三段受熱面，最大限度地利用了窯頭熟料冷卻機廢氣余熱。I段為蒸汽鍋爐，生產(chǎn)1.35MPa－340℃的蒸汽，作為汽輪機主蒸汽，II段生產(chǎn)的170℃的熱水作為AQC爐、SP爐蒸汽段給水，Ⅲ段生產(chǎn)100℃的熱水，送入除氧器。

　　2、窯尾SP爐采用一段受熱面，保證電站運行安全并充分保證水泥生產(chǎn)線烘干用廢氣余熱。SP爐生產(chǎn)的蒸汽與AQC爐蒸汽段生產(chǎn)的蒸汽一起進入汽輪發(fā)電機發(fā)電。

　　三、純低溫余熱改造過程中關(guān)鍵問題的處理
　　1、AQC、SP爐整體鋼架改造方案的確定
　　原AQC、SP爐共有8根主立柱，其基礎的相關(guān)尺寸均一樣（見圖一）。杭州中科設計院從節(jié)省投資出發(fā)，在與杭鍋廠溝通后，確定除受熱面、鍋筒需更新外，原有的立柱及平臺欄桿、部分橫梁均予以利用。SP爐由于受熱面增加較大，原基礎的跨度尺寸由原來的3990mm增加至4790mm。設計時原考慮鍋爐中心線位置不變，將兩側(cè)A、B軸的四根立柱均向外移400mm，后來發(fā)現(xiàn)這樣的施工難度較大，不僅土建需要重做8個基礎，而且如果8根立柱均外移，會給原SP爐進風管的支撐帶來難度，施工工藝比較復雜，最終決定靠近預熱器系統(tǒng)的A軸向的四根主立柱不動，僅將B軸的四排立柱向外移動800mm。

圖一

　　AQC爐的整體鋼架經(jīng)杭鍋廠技術(shù)人員核算后，確定原來的基礎能夠滿足新鍋爐的安裝要求，除部分橫梁位置需要調(diào)整外，其主立柱位置可不做移動。

　　2、植筋技術(shù)在窯尾SP爐的應用
　　由于SP爐B軸的四根主立柱需移位，其基礎需要重新施工?？紤]到利用基礎內(nèi)部主鋼筋再焊接羅紋鋼的方法來做鍋爐柱腳四周的護筋，對基礎的損害較大，另外由于內(nèi)部主鋼筋的位置不規(guī)則，其定位有難度，所以鍋爐柱腳四周的護筋施工采用的是植筋的方法。

　　植筋是指在混凝土、墻體巖石等基材上鉆孔，然后注入高強植筋膠，再插入鋼筋或型材，膠固后將鋼筋與基材粘接為一體，是加固補強行業(yè)中一種建筑技術(shù)。其工藝流程：定位 →鉆孔 → 清孔 → 鋼材除銹 → 錨固膠配制 → 植筋 → 固化、保護 → 檢驗。植筋膠在常溫、低溫下均可良好固化，若固化溫度25℃左右，2天即可承受設計荷載；若固化溫度5℃左右，4天即可承受設計荷載，且錨固力隨時間延長繼續(xù)增長。

　　利用植筋方法，鍋爐柱腳四周護筋的施工可以在四根主立柱移位調(diào)整好后再進行，即方便了立柱的移位，又節(jié)省了施工時間。

　　3、SP爐鍋筒定位偏差的處理
　　鍋爐在安裝過程中發(fā)現(xiàn)其定位尺寸有偏差，按圖紙位置定位后，其鍋爐與主立柱發(fā)生干涉（見圖二）。其原因是由于改造后的鍋爐總設計高度為24.5m，而原來鍋爐的高度有25.252m，而在施工時利用了原鍋爐最頂部的框架對SP爐的進風管道進行支撐，所以主立柱移位后就沒有縮短，也不好縮短，同時由于頂部橫梁也不能割除，鍋爐到過熱器的三根下降管（管2）也無法施工。處理方案：在與杭州中科院及杭鍋廠溝通后，由設計院出更改單，將鍋爐往外移800mm，原來800mm的定位尺寸改為1600mm。施工時相應將管1也進行加長。

　　圖二

　　考慮到窯頭AQC爐原高度（17.756m）比改造后的設計高度（15.81m）也要高，在鍋爐的就位時也會碰到相似的情況，所以由設計院出圖，將改造后的鍋爐各層定位基準由原來的0：00平面改為主立柱的最頂面（17.756m），相當于提高鍋筒及整個受熱面的垂直高度，避免了類似情況的發(fā)生。由于事先與施工單位溝通好，所以后面AQC爐的施工比較順利。

　　4、汽輪機組的改造
　　1）改造方案的確定
　　我們原來的汽輪機組是青汽廠的N12-3.43型12MW凝汽式汽輪機組，額定進汽溫度435℃。最初我們希望能夠利用原來的設備基礎，采購新的純低溫凝汽式汽輪機。在咨詢了多家廠家之后，雖然機組的工藝參數(shù)均能滿足設計要求，但對原來的基礎均要進行處理，有的甚至需要更改機組平臺標高，且交貨期估計要7個月。在與青汽廠的技術(shù)交流時，我們提出是否可利用原機組進行技術(shù)改造。青汽廠對于舊機組的改造以前也沒有做過，但是認為從技術(shù)上分析還是可行的，并且也愿意進行這方面的研究，所以最終我們決定還是與青汽廠合作，利用原來的汽輪機組，僅對其內(nèi)部的通流部分進行改造，以適應低溫低壓的需要。改造后的汽輪機技術(shù)參數(shù)：進汽參數(shù)為1.25Mpa；進汽溫度為310±20℃；最高溫度為380 ℃；進汽流量為32 t/h；汽耗為5.2kg/kwh。通過改造大大減少了設備的投資，且改造的總工期也就2個月時間。

　　2）汽輪機主油泵的處理
　　在改造前，N12-3.43汽輪機主軸存在有問題，試生產(chǎn)后運行大約有半年時間的時候，出現(xiàn)過汽輪機主軸與主油泵聯(lián)接部分的軸頭斷裂事故（見圖三）。在當時由于生產(chǎn)比較緊張，另外從費用上考慮，就沒有將汽輪機的主軸更換。將原來主軸軸頭斷裂的地方加工后做了一個內(nèi)螺紋孔，重新加工了一只外螺紋結(jié)構(gòu)的主油泵，螺紋配合后繼續(xù)使用。處理好運行有3個月時間，主油泵與主軸配合的螺紋出現(xiàn)滑扣至使機組無法運行。又重裝加工了一只主油泵，為確保螺紋副聯(lián)接的可靠性，在聯(lián)接過程中使用TS鈦合金劑混合劑對羅紋副進行固化處理，主油泵的徑向跳動調(diào)到0.00、-0.02、+0.015、+0.025mm。此次處理后總計運行有2個月時間，碰到了機組的改造。

圖三

　　出于運行可靠性考慮，公司決定將汽輪機主軸更換。改造好返廠安裝過程中，注意 到兩付油封環(huán)與外面的油泵殼體四周的間隙不均勻，特別是上、下間隙，經(jīng)測量外側(cè)油封環(huán)上間隙有4.0mm，而下間隙僅有0.1 mm，內(nèi)側(cè)油封環(huán)下間隙有0.12mm（圖三1、2位置）。估計前面的幾個事故可能均與此尺寸上下不均有關(guān)：在1#瓦出現(xiàn)燒瓦或出現(xiàn)龜裂時,由于下間隙僅0.1 mm，造成軸頭下沉而油封環(huán)又沒有足夠的下浮余量，1點位置由原來的懸浮點變?yōu)槠啓C主軸的主支撐點從而造成主軸斷軸及主油泵頭損毀。而在前面幾個事故過程中均伴有1#瓦燒瓦事故，并且1點位置油封環(huán)的巴氏合金也嚴重燒毀。由于要調(diào)整好油封環(huán)的上下間隙需動到汽輪機機頭的基礎部分，非常麻煩。就采取了簡單的處理方案：在不影響主油泵出力的情況下將內(nèi)外兩側(cè)的油封環(huán)外圓車削掉2.0mm，安裝后下間隙的尺寸基本在1.1mm，預留出其上下浮動的空間?，F(xiàn)汽輪機改造后已正常運行有10個月。當然，還有待更長時間的觀察。

　　5、鍋爐本體外保溫方式及外護板安裝位置的變更處理
　　鍋爐本體原保溫方式：緊貼內(nèi)護板用無石棉硅酸鈣板加粘結(jié)灰漿進行砌筑，外面加一層硅酸鋁耐火纖維氈，然后采用Ф4圓鋼現(xiàn)場彎制成抓釘后，抓釘一端與殼體焊接，另一端穿過保溫層和鐵絲網(wǎng)，緊壓住鐵絲網(wǎng)折彎，最后一層為抹面涂料。鍋爐的外護板采用彩鋼瓦，在保溫施工完成后，緊貼著立柱及橫梁施工（如圖四）。由于上述施工工藝較為復雜，并且如果施工不當很容易引起外部抹面涂料脫落后影響到內(nèi)部保溫材料的固定，并且由于外護板做在最外面，平時也不容易發(fā)現(xiàn)內(nèi)部的脫落情況，所以我們采用原水泥線上成熟的保溫方式：保溫材料選用層狀的復合硅酸鹽保溫材料，將保溫材料與內(nèi)護板用高溫膠水貼結(jié)后，將外護板直接緊貼著保溫材料施工（如圖五）。由于煙氣逐級通過鍋爐的過熱段、蒸發(fā)段后，爐墻的溫度也逐層下降，保溫材料廠的厚度也可以從δ200、150、100mm隨高度的下降而相應的減薄。這種保溫方式保溫效果非常好，施工也方面。而外護板不僅起到裝飾的作用，同時也起到保護保溫材料廠的作用。

圖四　　　　　　　　　　　　　　圖五

　　6、影響發(fā)電量的相關(guān)因素分析
　　對于鍋爐來講，在汽輪機系統(tǒng)正常的情況下，除氧器壓力穩(wěn)定，給水溫度正常，其產(chǎn)汽量的主要影響因素個人認為主要有兩個：一是鍋爐的進口風溫、二是進口負壓。

　　SP爐：在窯況正常的情況下，SP爐的進口風溫及負壓均比較穩(wěn)定，所以SP爐的產(chǎn)汽量也較穩(wěn)定。但如果振打清灰不及時，也會對產(chǎn)汽量有影響。在試生產(chǎn)初期，窯尾SP爐的內(nèi)部振打桿與蒸發(fā)段管箱支架的焊接點脫落有四分之一，引起部分蒸發(fā)段沒有正常清灰。利用停窯機會將振打桿恢復后，在相同的進風溫度下，鍋爐出風溫度比原來降低有5~6℃，說明鍋爐的熱交換的效率得到明顯提高了。

　　AQC爐：AQC爐的鍋爐進口風溫波動較大，在窯況正常的時候波動幅度也可達到100℃以上，負壓也隨時調(diào)整。所以汽輪機的發(fā)電量在很大程度上取決于窯頭鍋爐的進風溫度及負壓。為了提高AQC爐的產(chǎn)汽量，相應的可以采取以下措施：檢查電收塵本體的漏風，保證下面分格輪的鎖風效果；盡量隔離利用窯頭收塵器的負壓進行收塵的揚塵點，如熟料鏈斗機地坑的收塵，一般收塵風量均比較大，如果設在鍋爐進口，將直接降低入鍋爐的風溫，最好設立獨立的收塵系統(tǒng)；在操作方面，可以適當控制好篦冷機的用風，如有意識的減少篦冷機后面幾室風機的用風，控制合理的篦速等；另外窯系統(tǒng)的三次風用風調(diào)整也將直接影響到AQC鍋爐的進風溫度。我公司曾碰到過這種情況：一次檢修結(jié)束后重新開窯，AQC爐的進口風溫明顯下降，發(fā)電量也大幅受影響，不管采取什么措施，風溫就是達不到停窯之前的水平。后來仔細分析發(fā)現(xiàn)窯系統(tǒng)的工況發(fā)生有很大的變化，主要表現(xiàn)在窯頭罩的負壓及篦冷機的用風上：①窯頭罩負壓較大，基本在-100~-50Pa，而停檢前負壓基本在-30~-10Pa，有時還是微正壓；②篦冷機最后三室風機的風門開度比原來大了很多，以前這幾臺風機風門的開度均保持在35~45%，現(xiàn)在開度均在65%~75%，這一點與窯頭罩的負壓有關(guān)聯(lián)：以前是風機風門開大后窯頭罩正壓大，所以風門想開大而不能，現(xiàn)在是風門不開大窯頭罩的負壓就會拉更高而影響窯系統(tǒng)的鍛燒。當時就懷疑是否是由于三次風的用風量增大有關(guān)，因為在停窯期間曾對三次風管的平段進行過清灰。再次停窯檢查時發(fā)現(xiàn)三次風管的閘閥已高溫燒毀，由于三次風用量的增加引起去鍋爐的風量減少，而操作上為了加大進鍋爐的風量而將余排風開得很大，不足的風量只能靠篦冷機后面幾室的風機來補充，大量冷風的摻入，進鍋爐的風溫自然就明顯下降。

　　水泥線的鍛燒與余熱發(fā)電既相互關(guān)聯(lián)，也存在有矛盾。如在窯系統(tǒng)的操作上，三次風用風的增加可能會降低窯頭鍋爐的進口風溫，但增加三次風用風量對窯的工況有利，如果刻意的追求發(fā)電量就會與窯系統(tǒng)的鍛燒發(fā)生矛盾。應當樹立“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)應兼顧副業(yè)”的思想，水泥生產(chǎn)系統(tǒng)的正常運行是保證余熱電站安全、穩(wěn)定生產(chǎn)的前提。

　　四、2009年余熱電站實際運行指標

　　五、結(jié)論
　　由于公司決策及時，原有的75t/h循環(huán)流化床燃煤鍋爐于2008年3月15日開始停用并進行2500t/d水泥線的余熱鍋爐純低溫改造，至7月17日兩臺鍋爐、汽輪機及相應的輔機設備全部改造完成并成功并網(wǎng)發(fā)電，總共改造用了4個月時間。在改造中最大限度的利用了原有系統(tǒng)和設施，總投資估計約1400萬元。從投產(chǎn)到現(xiàn)在已累計運行約5500小時，累計發(fā)電約24000000kwh。從發(fā)電量上來看，平均噸熟料發(fā)電量為37.15 kwh/t ，在此期間2500t/d水泥生產(chǎn)線的噸熟料煤耗為118.08kg/t，各項指標均比較理想。雖然還有幾個問題有待探討解決，如廠用電量率較高、AQC爐阻力偏大、過熱段易磨損等，但是純低溫余熱改造后，其產(chǎn)生的效益已遠非原來的余熱（帶補燃）流化床鍋爐可比。在目前節(jié)能減排形勢下，純余熱改造是原水泥線余熱（帶補燃）流化床鍋爐電站很好的發(fā)展方向。