【摘要】水泥窯余熱發(fā)電技術短期內很難有大的革新，但水泥企業(yè)對余熱發(fā)電的管理還有一定的提升空間。篦冷機對余熱發(fā)電的影響非常大，同時也是提升空間最大的潛力點。針對這個問題，提出調整篦冷機尾部余風門來控制AQC爐進口的煙氣參數，并通過對余熱鍋爐的熱力計算，找到控制尾部余風門開度的思路，從而提高余熱發(fā)電量。

【關鍵詞】篦冷機；尾部余風門；余熱鍋爐；熱力計算

水泥窯余熱發(fā)電是指在水泥熟料生產過程中，利用AQC和SP兩臺余熱鍋爐分別回收窯頭篦冷機和窯尾預熱器排出煙氣的多余熱量，產生過熱蒸汽后推動汽輪發(fā)電機組發(fā)電。余熱發(fā)電所發(fā)電量并網不上網，全部用于水泥生產。據統(tǒng)計，熟料產量在2500t/d及以上的國內水泥工廠絕大多數已完成余熱發(fā)電的配套建設。然而由于對行業(yè)認識的局限性，余熱發(fā)電一直被視作水泥生產的附屬產業(yè)。雖然經過多年的發(fā)展，水泥窯余熱發(fā)電技術已經非常成熟，短期內技術很難有大的革新，但水泥企業(yè)對余熱發(fā)電的管理還有一定的提升空間。

1水泥窯余熱發(fā)電量的不穩(wěn)定因素

1.1影響水泥窯余熱發(fā)電量的因素

影響水泥窯余熱發(fā)電量的因素很多。對于一個建成投產的余熱電站，余熱資源的總量由篦冷機和預熱器出口煙氣的風量及溫度共同決定，余熱資源的回收效率由余熱鍋爐及汽輪發(fā)電機組的性能共同決定。國內水泥窯余熱發(fā)電運行的普遍情況是，由水泥窯操作員崗位負責控制余熱資源的總量，由電站崗位負責控制余熱資源的回收效率。

根據熟料生產的特點，在熟料產量一定的情況下，預熱器出口煙氣的風量和風溫相對穩(wěn)定，而篦冷機出口煙氣的風量和風溫波動很大。這就導致即使電站余熱鍋爐和汽輪發(fā)電機組性能穩(wěn)定的情況下，余熱發(fā)電量的波動仍然很大，且電站操作員無力控制負荷的波動。

1.2影響篦冷機出口煙氣參數的因素

AQC爐取風口一般設計在篦冷機中部或靠前的位置，煙氣參數與篦冷機內熟料和空氣的換熱效率直接相關。影響篦冷機內熱交換效率的因素主要包括：冷卻機用風、熟料料層高度（篦板推速）、熟料空隙率和熟料顆粒粒徑等。由于這些因素同時影響著水泥窯二、三次風，窯操在運行中以確保熟料在窯內煅燒和篦冷機內驟冷為控制目標，無暇顧及AQC爐取風煙氣參數。

根據多年的工作經驗，筆者認為電站操作員除了積極與窯操保持溝通以獲得較好的熱風條件外，主動調整篦冷機尾部余風門是唯一可以用來改善AQC爐進口煙氣參數，同時對窯系統(tǒng)運行影響最小的一個途徑。取風口的位置對煙氣參數的影響也很大，但對于電站運行而言沒有調整余地，本文暫不做討論。

2篦冷機尾部余風門開度變化對系統(tǒng)的影響

水泥廠中篦冷機的主要作用是快速冷卻、輸送熟料并回收熟料中含有的大量熱量，回收的熱量用于向窯系統(tǒng)提供二、三次風、煤磨烘干和余熱發(fā)電。篦冷機尾部余風所含有的熱量是完全廢棄的，沒有進行回收，因此容易被忽視。篦冷機工作原理見圖1所示。

在配套建設了余熱發(fā)電的水泥廠，篦冷機尾部余風門作為AQC爐的旁路風門，只在開窯或者AQC爐故障退爐的時候使用，久而久之因為積灰或風門變形卡死不動了。從Fluent對篦冷機內部的流場進行三維模擬結果來看，調整尾部余風門會改變篦冷機尾部廢氣的流向，從而改變進AQC爐的風量和風溫，但對取風口更靠前的二、三次風和煤磨烘干風不會造成影響，即不會影響熟料生產。調整風門后，窯頭系統(tǒng)阻力會發(fā)生微小變化，通過微調頭排風機來穩(wěn)住窯頭罩負壓。

篦冷機內熟料和空氣的溫度在沿出口方向都是由高到低，且越往后風溫越接近熟料溫度。因此當加大尾部余風門開度時，篦冷機尾部低溫風從阻力更小的余風管道被抽走，AQC爐進口的風量下降，但風溫會上升；反之，當減小尾部余風門開度時，篦冷機尾部低溫風進入阻力更小的AQC爐取風口，與中溫風混合，增加了AQC爐進口風量，但風溫會下降。需要找到一個風量和風溫的平衡點，使得余熱鍋爐產汽最優(yōu)化。

3煙風參數改變對發(fā)電量的影響

3.1建立鍋爐模型

以熟料產量5000t/d的回轉窯為例，常規(guī)設計是AQC爐采用雙壓鍋爐，SP爐采用低壓鍋爐。本文采用浙江大學熱工與動力系統(tǒng)研究所開發(fā)的“通用鍋爐設計計算系統(tǒng)BESS 2019版”進行建模和計算。兩臺鍋爐的設計參數見圖2和圖3。

3.2確定校核工況

假設AQC爐運行在設計工況的風量和風溫下，篦冷機尾部余風門打開。此時減小余風門開度，篦冷機尾部轉移過來的低溫風以“冷風”的形式從取風口進入AQC爐。在不同的校核工況下， “冷風”的風量均為原設計風量的10%即20000Nm3/h，風溫與AQC爐設計工況下每類受熱面出口的煙氣溫度相同，即以相同的風量但不同的風溫形式給AQC爐進口摻入“冷風”。當核算出來的余熱發(fā)電量相比設計工況下降時，則篦冷機尾部的余風對余熱發(fā)電而言成為真正的冷風。

3.3結果展示

以AQC爐中壓段各類受熱面出口煙氣溫度為“冷風”的核算工況，結果如表1所示。

以AQC爐低壓段各類受熱面出口煙氣溫度為“冷風”的核算工況，結果如表2所示。

4結論

低壓過熱器進、出口的煙風溫差非常小，可將兩者平均值定義為溫度Ⅰ；篦冷機最尾端的廢氣即篦冷機內溫度最低的廢氣溫度接近熟料出口溫度，可將熟料出口溫度定義為溫度Ⅱ。本文通過對余熱鍋爐的建模計算，分析篦冷機尾部廢氣對余熱發(fā)電量的影響，得出結論：

（1）合理的篦冷機尾部余風門開度可以有效的提高余熱發(fā)電量，并且不對窯況造成負面影響，是水泥廠余熱發(fā)電精細化管理的一個重要方向。

（2）當摻入的“冷風”溫度高于溫度Ⅰ時，對余熱發(fā)電量有正貢獻；當摻入的“冷風”溫度低于溫度Ⅰ時，對余熱發(fā)電量是負貢獻。

（3）當溫度Ⅱ>溫度Ⅰ時，篦冷機內所有的廢氣對余熱發(fā)電量都有正貢獻，應全關篦冷機尾部余風門，保證所有的廢氣都進入AQC爐；當溫度Ⅱ<溫度Ⅰ時，應適當打開篦冷機尾部余風門，同時應保證尾部余風管道內風溫小于溫度Ⅰ。

（4）以本文的篦冷機和鍋爐模型為例，溫度Ⅰ設計值為196℃，溫度Ⅱ設計值為90℃。在篦冷機和AQC爐設備性能正常的情況下，應打開篦冷機尾部余風門，控制尾部余風管道內風溫在140℃左右，可獲得最大的余熱發(fā)電量。

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