水泥窯實施純低溫余熱發電項目后,在采用較先進的低溫低壓補汽系統情況下,窯尾余熱鍋爐(SP爐)的排煙溫度可做到165℃左右,這部分廢氣中的余熱大都用于原料(生料)磨作為烘干熱源加以利用;窯頭余熱鍋爐(AQC爐)在設置鍋爐熱水段后排煙溫度可做到130℃左右,這部分廢氣與窯頭篦冷機余風混合后的溫度為110℃左右,一般經窯頭收塵后排放。
如何利用窯頭排放廢氣中的余熱資源?理論上有使用低沸點工質換熱后用于發電的方案,但其經濟性和實用性尚需探討;此外還有生產熱水等方案。我們采用了易世達能源工程公司的方案,將窯頭廢氣經篦冷機風機引回中溫段,通過循環利用其熱焓提高AQC爐的產汽量,方案示意如附圖1。
方案的要點在于將110℃左右目前難于利用的低溫廢氣通過與篦冷機內的中溫(500℃左右)熟料換熱升溫后加于利用。實現低溫廢氣余熱資源焓—的轉換。本方案在工程實踐中已解決的問題有以下幾點:
1、對熟料冷卻尤其是出窯熟料驟冷要求的影響
篦冷機在預分解窯系統中作為一項重要的熱工設備,主要完成對出窯熟料(1300℃左右)的冷卻和回收熱能兩項任務。一般要求出篦冷機的熟料溫度<65℃+環境溫度;此外要求在篦冷機高溫區段對出窯熟料實現驟冷,以阻止熟料礦物晶體的長大和其中阿利特礦物C2S由β型向γ型的轉化。
分析出窯熟料在篦冷機中的運動和冷卻過程,在推動型篦冷機(通常稱第三/第四代)中,熟料在篦床上的冷卻可劃分為高中低溫三個區段:高溫區主要實現對出窯熟料的驟冷并提高入窯和入爐的二、三次風溫;中溫區為熱回收區:低溫區實現對熟料的進一步冷卻、降低出篦冷機的熟料溫度。
分析篦冷機的風量分配關系:冷卻用風由各段風機分別鼓入,風溫為20℃左右,高中低溫三個區段的進風量分別占總風量的31%、50%和19%左右。換熱后出篦冷機的風量分配為:入窯二次風占15%左右(標況、風溫1050℃左右);入分解爐三次風占22%左右(標況、風溫950℃左右);其余作為余風排放。在無純低溫余熱發電項目時余風風溫200℃左右;實施純低溫余熱發電項目后,余風風量中65%左右的中低溫風(500℃和300℃左右)通過窯頭余熱鍋爐(AQC爐)加于利用,排放的余風風溫為100℃左右。
綜上分析:將110℃左右的低溫廢氣代替常溫風(20℃左右,簡稱循環風)引入篦冷機中溫區,不會影響篦冷機對出窯熟料的驟冷;中溫區大部分余風引入AQC爐也不會影響出窯熟料溫度。
2006年下半年浙江興寶龍預分解窯(1600t/d)純低溫余熱發電項目已使用本方案,經實測對出篦冷機熟料溫度無影響;經熟料易磨性對比試驗,不影響對出窯熟料的驟冷要求。
2、對篦冷機篦板、傳動裝置和電氣線路的影響和措施
篦冷機篦板頂面與熾熱熟料接觸(第四代篦冷機有冷料層溫度較低),底面及風道受到冷卻用風的冷卻作用。在使用110℃左右低溫風代替常溫風時,會引起篦板工況溫度上升,實測對比提高60℃左右。由于篦板大都使用耐熱鋼制作。引起的溫升仍遠低于篦板材質的許用工作溫度。興寶龍公司使用本方案已運行三年多,對篦板使用壽命無明顯影響。
篦冷機傳動裝置大都使用普通鋼材,第三代篦冷機的傳動裝置部分位于風室中。提高風溫后,工況溫度在傳動裝置材質許用溫度范圍內。主要影響是潤滑脂(油),需改用耐高溫潤滑脂或使用稀油強制潤滑。
篦冷機風室中設有測溫和觀察用照明裝置。風溫的提高對測溫元件無影響。照明裝置需改用耐溫較高的瓷質燈座,測溫信號和照明引線改用耐溫較高的F級絕緣電纜。
3、對篦冷機中溫室風機的影響和措施
使用循環風代替常溫風后,因風溫較低(110℃左右),仍可使用原有普通引風機,不需改用高溫風機。需關注的問題有兩個。一是風機葉輪和機殼的防磨損措施,窯頭余風中含有細小熟料顆粒,循環風應經窯頭收塵后再引回,在此情況下需加強窯頭收塵的防漏風措施,以免降低循環風溫度。如需在窯頭收塵前取循環風,風機需改用耐磨葉輪,機殼需采用貼耐磨陶瓷片等防磨損措施。二是風機的工作全壓問題。風機進風由常溫常壓改為循環風后,需克服循環風引風管的阻力。中溫室風機全壓無富裕量時,需加大風機的工作全壓值。浙江興寶龍應用本方案時因風機全壓富裕量較大對風機未作調整;新都水泥公司水泥技改項目(2500t/d)與純低溫余熱發電項目同步實施,篦冷機兩臺中溫風機選用較高全壓值并采用變頻調速裝置。
二、在窯尾二級預熱器旋風筒內設置過熱器
易世達能源公司根據篦冷機內部廢氣溫度的分布規律對窯頭廢氣余熱資源實施分級利用,窯頭余熱鍋爐系統設置獨立的過熱器(ASH),為提高余熱發電主蒸汽參數和提高余熱發電系統的熱功轉換效率奠定了基礎,這一方案目前已得到廣泛應用。在此基礎上為了進一步提高余熱發電系統運行穩定性,我們在浙江興寶龍余熱發電項目中進行了窯尾二級預熱器旋風筒內設置過熱器的工業試驗并取得成功,從初投運至今運行正常。浙江新都水泥余熱發電項目再次應用二級預熱器旋風筒內設置過熱器方案,并在興寶龍方案基礎上有所改進。