纯低温余热系统中窑尾余热锅炉的开发.doc

纯低温余热系统中窑尾余热锅炉的开发哈尔滨锅炉厂有限责任公司 姜丘陵 安大峰 夏善友摘要：本文阐述了纯低温余热发电系统中窑尾余热锅炉研制过程中需要解决的问题，并以5000t/d窑配套窑尾余热锅炉为例，分析了窑尾立式和卧式布置余热锅炉的特点。关键词: 积灰 清灰 漏风 卧式余热炉 立式余热炉 近几年随着纯低温余热发电技术发展和在国内的推广应用，作为主要设备的纯低温余热锅炉受到哈锅、杭锅等国内主要锅炉厂家的高度重视。目前各厂家开发设计的余热锅炉主要用于日产1200t/d、2500t/d、5000t/d水泥窑余热发电系统，从国内已投运的几套2500t/d、5000t/d窑配套余热锅炉的运行的实践看到尚存在一些问题需要不断改进和完善。 随着预分解窑技术在中国的推广和应用，哈锅于二十世纪八十年代末期开始研究和开发水泥窑中低温余热利用技术，“八.五”期间，哈锅针对国内水泥厂窑外预分解窑余热利用和缺电的实际情况，为1000t/d至4000t/d窑配套开发了废气温度在400以下的余热锅炉，结合补燃锅炉技术，取得了良好效果,被评为国家“八.五”攻关科技成果重大成果一等奖，此项成果应用于国内十几个工程，取得了良好社会和经济效益，在实践中对低温余热利用技术积累了较丰富工程经验。 在纯低温余热发电系统中热源分为两部分，一部分为窑尾预热器预热生料后产生的废气，另一部分为窑头篦冷机冷却熟料后的热空气，这两部分热源中窑尾的废气在水泥窑产量变化不大的情况下比较稳定，且热量在系统中所占比例较大。窑头热源的随着冷却熟料量的多少和工艺过程波动比较大，热源不稳定，这样在系统中如何利用好窑尾余热烟气的热量对余热回收和发电系统稳定占有重要的地位。 窑尾余热烟气中含有大量的粉尘，且粉尘细，容易在锅炉受热面上积灰，影响锅炉受热面的传热效果，致使锅炉出力降低，发电量降低，因此解决好锅炉受热面积灰问题是窑尾余热锅炉最基本也是必须解决的问题，此外漏风会影响系统引风机和锅炉的热利用率，因此如何解决锅炉的漏风和积灰问题是窑尾余热利用的关键的问题。 以下对5000t/d窑配套窑尾余热锅炉开发过程中所遇到的几个问题进行探讨。 山东省新汶矿业集团公司泰山水泥有限公司5000t/d窑外分解窑蒸汽/热水闪蒸复合发电工程技术参数如下：名称单位数值型式卧式布置窑尾废气流量Nm3/h312654废气温度415过热蒸汽出口最大连续蒸发量t/h37.5过热蒸汽出口压力MPa(a)2.55过热蒸汽出口温度395省煤器出口流量t/h80省煤器出口抽出热水流量去闪蒸器t/h42给水温度205锅炉排烟温度225 1.余热锅炉的布置方式 一般根据余热锅炉烟气的流向，水泥窑窑尾余热锅炉大体上分为卧式、立式两种布置方式。卧式布置锅炉是指烟气水平通过锅炉，锅炉烟道为水平隧道布置，对流管束垂直布置。立式布置的锅炉烟气从上向下垂直方向通过垂直布置的锅炉烟道。国外窑尾余热锅炉技术以日本某些公司为代表此项技术相对比较成熟，在锅炉的炉型的布置上趋势明显，窑尾余热锅炉以卧式布置为主。我国窑尾余热锅炉有立式和卧式两种，锅炉立式布置可以减少占地面积便于和水泥窑工艺流程相结合，从窑尾余热锅炉的积灰难易和清灰效果上看：卧式布置优越于立式布置，在占地面积允许的情况下应该优先考虑卧式布置，哈锅在已开发立式窑尾余热锅炉基础上在泰山水泥项目中又开发了卧式布置窑尾余热锅炉。 2.余热锅炉的参数的确定 15。2.45MPa的过热蒸汽。以上数据表明，余热锅炉的传热温差比较小，其最小传热温差的选取不仅决定了余热锅炉成本，而且决定了主蒸汽压力和温度等参数，是经济有效回收余热的关键参数，一般经济窄点温度取10400，压力为1.0MPa360，通过余热锅炉回收产生一定流量过热蒸汽温度为320430、窑头熟料冷却机排掉的废气温度为200现今窑尾预热器排出的废气温度一般为3503. 窑尾余热锅炉的积灰和清灰问题120g/窑尾余热锅炉的烟气含尘量大（进入窑尾锅炉废气含尘浓度一般为70 Nm3），粉尘细，容易在锅炉受热面上积灰，影响锅炉受热面的传热效果，致使锅炉出力降低。锅炉管束积灰是不可避免的，立式布置锅炉的管束积灰尤其严重，因此清灰方式的选择是非常重要的。目前窑尾余热锅炉的清灰方式主要有：声波吹灰、可燃气体爆燃吹灰和振打吹灰。由于水泥窑窑尾烟气中的粉尘具有细而粘的特性，声波吹灰、可燃气体爆燃吹灰效果略差，振打吹灰是采用机械振打的方式连续击打锅炉受热面，目前国内外绝大部分窑尾余热锅炉都采用此种清灰方式，清灰效果比较好。其连续的清灰方式避免了瞬间清灰量过大，对窑尾高温引风机的影响。卧式的布置方式锅炉受热面管束采用立式蛇形管结构，处于自由悬垂状态有利于振打装置的配合，受热面在长度方向上柔性比较好，在振打过程中能够消除振打过程中冲击受热面应力变形，锅炉受热面管子的使用寿命不降低。立式布置的锅炉积灰严重，清灰难度大，清灰时由于上级管束清落的灰对下级管束的二次粘污作用易对烟气系统造成波动，且必要时需定期停炉清灰。 4.窑尾余热锅炉的漏风问题 7000Pa之间，如此高的负压，如果锅炉密封不好会使大量冷空气进入炉内，不但影响锅炉的蒸发量和主汽温度，而且重要的是将影响水泥窑的运行，降低窑的熟料产量，增加窑尾高温风机的电耗，严重时水泥窑将不得不停窑或窑尾余热锅炉停运，有效解决锅炉的密封问题相当重要。该锅炉主要漏风点包括对锅炉的各种门孔、穿墙管束及锅炉清灰振打装置的处理。一般采取二次焊接密封结构及锅炉本体全钢护板结构，此问题在卧式和立式布置的锅炉同样存在，处理方式上各厂家各有千秋，如果结构处理合理应达到良好的效果。窑尾余热锅炉烟气运行压力一般在5000 5.锅炉水循环方式 锅炉本体水循环方式有自然循环、强制循环两种循环方式。采用那种循环方式对锅炉结构型式、运行成本、运行可靠性等方面有较大影响。国外水泥窑窑尾余热锅炉主要采用强制循环，水循环系统中采用热水循环泵，在锅筒和蒸发受热面之间有一套热水循环泵作为循环的动力，采用强制循环的方式能够在一定范围内提高过热蒸汽的品质（主要指提高过热蒸汽的压力），水循环安全可靠。自然循环的循环动力来自汽水之间的密度差，锅炉大型化高参数时因锅炉高度的限制，实现比较难，但对于低压力参数（主蒸汽压力2.45MPa以下）的热力系统，自然循环运行成本低，水循环能实现安全可靠运行。 6. 结束语 如何有效的解决上述几个问题，使水泥窑余热锅炉更好地服务于水泥窑余热发电系统，会取得良好的经济效益和社会效益，必将具有极好的应用前景，窑尾立式或卧式布置锅炉技术的成功运用为我国余热锅炉技术进一步发展开辟新的道路，在不断总结工程经验的基础上，持续完善和改进面临的问题，我国的水泥窑余热锅炉技术必将在短期内和可以国外同等产品相媲美。纯低温水泥窑余热锅炉研发介绍杭州锅炉集团有限公司一、我国水泥工业能源利用现状及节能新技术水泥工业是能源和原材料密集性产业，水泥生产几乎完全依靠煤炭、电力及矿产资源，并产生大量的废气，其中CO2的排放量占到了我国CO2总排放量的20，其能源和环保的压力是非常大的。2003年我国水泥总产量8.63亿吨，能源总耗量为1.45亿吨标煤。目前新型干法水泥生产线已使单位水泥熟料的热耗大幅下降，但其窑头熟料冷却机和窑尾预热器仍排放了大量350以下的中低温废气，其热量约占水泥熟料烧成系统总热耗量的30以上。回收其中的低温余热从而进一步降低水泥生产能耗是我国新型干法水泥生产企业目前迫切需要的节能、提效、环保的新技术。目前国内针对新型干法窑的余热利用技术主要采用补燃电站和纯低温余热电站方式，其中纯低温余热利用由于其卓越的环保效果，已被越来越多的各界人士所重视，同时由于其适宜的造价、极低的运行费用、超长的运转率，受到了越来越多的业内人士的赞同，水泥窑纯余热发电必将成大多数水泥企业余热利用的首选。目前新型干法预分解窑的规模估计已达3亿吨/年，其直接排掉的热量损失达到61011Kcal，如全部采用纯余热发电，其总装机将达到100万KW，年供电量至少60亿KWh，相当于节约标准煤230万吨，可减少CO2排放量约316万吨，大大减少对环境的空气污染和温室效应。二、杭锅在水泥余热利用上的技术研发八十年代中期，我国政府邀请三菱重工对杭锅进行余热锅炉技术诊断，借此机会，工程技术人员参观了日本各行业余热发电工程，与日方技术人员进行了学术交流，了解了水泥窑AQC余热锅炉的工作原理，并首次接触了振打清灰技术。九十年代初，公司与西方发达国家多家著名锅炉工程公司在各行业余热资源回收利用技术进行了密切的合作，制造了一大批具有国际先进水平的产品，如大型硫酸余热炉、有色冶金闪烁炉等，对振打技术有了深刻的理解。公司长期以来一直致力于燃气轮机联合循环余热锅炉的研究，除自行开发了国内最高等级的9E级燃气轮机余热锅炉，还引进了代表当代国际先进水平的9F级燃气轮机余热锅炉全套技术，包括所有计算程序，为了扩大生产能力，从日本引进了两条先进的螺旋鳍片管生产线，为中低温余热的回收利用技术开发和实现产业化打下了良好的基础。对水泥窑余热锅炉而言，最大的难题是如何应对烟气的低品位和高灰份。因为低品位意味着巨大的换热面积，只有降低了受热面成本才能提供高性价比的产品;而高灰份带来的是受热面的磨损和粉尘附着造成传热性能降低，甚至恶性堵灰事故造成可靠性降低。对于窑头AQC我们的解决之道是采用先进的扩展受热面即螺旋鳍片管，对于窑尾SP我们的解决方法是采用机械振打清灰技术，这样可以有效的解决磨损和积灰问题，并有效的提高传热效率。正是基于这些技术的积累，公司在2002年成功研发并制造了具有自主知识产权的纯低温余热锅炉。三、杭锅水泥窑纯低温余热锅炉应用实例目前国内在役的水泥窑纯低温余热电站据我们所知共有四套，分别安装于安徽宁国水泥厂、江西水泥厂、上海金山水泥厂、广西柳州水泥厂。公司自行开发、制造了金山水泥厂的余热锅炉，还与法国ALSTOM公司合作生产了柳泥余热锅炉。公司在2002年对上海金山水泥厂日产1350吨的水泥生产线进行了余热发电技术改造，项目装机容量2500KW，设计发电能力1800 KWh。经过一年半的运行，主要设备和整个系统都运转正常，各项技术经济指标达到设计要求，实际平均发电能力超过2000KWh，年发电量为1400万KWh，吨熟料发电能力约35KWh，同时窑的熟料产量还有所增加。这是国内第一套达到设计指标的国产化水泥窑纯低温余热发电系统。之所以取得如此效果，与电站的核心设备余热锅炉的良好性能和很高的运转率是分不开的。锅炉规范如下表：项目名称单位设计参数SP锅炉AQC锅炉废气参数废气流量Nm3/h9500050000进口温度390350出口温度22890废气含尘量Nm3/h10030锅炉参数型 号QC95/39091.6/300QC50/3503（1）1.6（0.25）/300（150）蒸发量t/hp93（1）蒸汽出口压力Mpa1.61.6（0.25）蒸汽出口温度300300（150）烟气阻力Pa753594SP锅炉采用自然循环的立式结构，烟气自上而下分别冲刷过热器、蒸发器、省煤器，气流方向与粉尘沉降方向一致，每级受热面上均设置机械振打除灰装置。AQC锅炉采用立式结构，整个锅炉分两个压力单元，1.6MPa为主汽段，0.25 MPa为补汽段，省煤器出水分别供给SP锅炉蒸发器和AQC锅炉高低压蒸发器。锅炉每段受热面为管箱式结构可整体出厂，其受热面采用鳍片管。四、杭锅水泥窑低温余热锅炉展望水泥窑纯低温余热发电技术符合国家能源政策、环保政策，符合可持续发展的基本国策，必将在全国新型干法窑中大力