水泥廠(chǎng)1號(hào)5000t/d生產(chǎn)線(xiàn)早期配套建設(shè)的7.5MW余熱發(fā)電工程，各項(xiàng)指標(biāo)大大低于最新雙壓余熱發(fā)電技術(shù)，未能充分利用生產(chǎn)系統(tǒng)的余熱，發(fā)電功率尚有很大提升空間。在分析了生產(chǎn)過(guò)程中尚未被利用的余熱資源后，制定了余熱綜合利用方案。綜合改造后的機(jī)組發(fā)電功率可達(dá)9.9MW，比改造前高出約23%，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

1　主要改造內(nèi)容

1）采用窯頭循環(huán)鼓風(fēng)，提高AQC爐進(jìn)口風(fēng)溫，以增加鍋爐的產(chǎn)汽量。

2）采用窯筒體集熱罩回收高溫壁面散熱，作為窯尾低壓余熱鍋爐給水預(yù)熱器熱源。

3）增加窯尾低壓蒸汽系統(tǒng)，生產(chǎn)低壓蒸汽。

2　余熱條件

該生產(chǎn)線(xiàn)實(shí)際余熱情況見(jiàn)表1。

1）窯頭余熱

窯頭風(fēng)具有如下特點(diǎn)：①窯頭廢氣不存在燃燒含硫燃料產(chǎn)生的煙氣酸露點(diǎn)腐蝕問(wèn)題，溫度可降至95℃左右，實(shí)際運(yùn)行可降至更低約85℃；②抽取的380~420℃廢氣進(jìn)入窯頭AQC爐，近300℃的溫降足以支撐兩級(jí)壓力蒸發(fā)相變過(guò)程；③AQC爐還承擔(dān)著窯尾SP爐的給水任務(wù)，以減小SP爐傳熱溫差，提高機(jī)組經(jīng)濟(jì)性。因此，如何確保進(jìn)入AQC爐的廢氣流量和溫度是確保雙壓系統(tǒng)達(dá)標(biāo)達(dá)產(chǎn)的關(guān)鍵，并且提高AQC爐入口煙氣溫度是代價(jià)最小和最有效的優(yōu)化手段。

設(shè)置循環(huán)風(fēng)利用可有效提高進(jìn)入鍋爐的廢氣溫度。循環(huán)風(fēng)取氣口設(shè)置在窯頭排風(fēng)機(jī)出口，不但廢氣含塵量減小，而且取氣點(diǎn)壓力為微正壓，不需要額外增加循環(huán)風(fēng)機(jī)，節(jié)省投資[1]。

現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行表明，采用窯頭循環(huán)鼓風(fēng)技術(shù)可將AQC爐入口煙氣溫度從380℃提高到約436℃，約提高56℃，可多回收余熱5　746.0kW ，多生產(chǎn)1.6MPa-380℃蒸汽約4t/h。

2）筒體余熱

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)窯筒體外表面溫度監(jiān)測(cè)結(jié)果，回轉(zhuǎn)窯外表面高溫區(qū)溫度在200~350℃，通常用軸流風(fēng)機(jī)進(jìn)行冷卻，余熱散失到空氣中。

目前，一般采用窯筒體集熱罩進(jìn)行熱量回收。該生產(chǎn)線(xiàn)回轉(zhuǎn)窯規(guī)格為Φ4.8m×72m，利用區(qū)間為6.5~14m、18.5~33.5m和34.5~42m，共30m。集熱罩設(shè)計(jì)參數(shù)見(jiàn)表2。

穩(wěn)定工作的回轉(zhuǎn)窯筒體可認(rèn)為是壁溫恒定的大空間水平橫管，傳熱經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式[2]為：

選定筒體長(zhǎng)度為30m，在沒(méi)有集熱罩的條件下，散發(fā)到環(huán)境中的對(duì)流換熱和輻射換熱損失分別為691.8kW和1812.3kW，總計(jì)為2504.1kW。根據(jù)集熱罩設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際運(yùn)行情況，集熱罩僅覆蓋筒體的上半部分，可有效利用這部分換熱總量的18.6%，可將約10t/h的給水從50℃加熱到90℃以上。

3）窯尾余熱

窯尾廢氣余熱除用于高壓SP爐產(chǎn)生蒸汽外，還要用于生料磨烘干，烘干煙氣溫度因原料含水量不同而異，一般在200℃左右。根據(jù)計(jì)算，該廠(chǎng)生料磨烘干溫度僅需190℃。

原窯尾高壓SP爐的排煙溫度在235℃左右，尚有235~190℃約45℃的煙氣溫降釋熱可利用，經(jīng)計(jì)算得可利用熱量為6704.8kW。

因此，在原SP爐后串聯(lián)一臺(tái)低壓SP爐，利用這部分余熱可生產(chǎn)0.45MPa-190℃低壓蒸汽約10t/h。

3　余熱綜合利用系統(tǒng)

3.1　煙氣流程

窯尾鍋爐采用雙壓系統(tǒng)，設(shè)高壓和低壓SP爐。C1出口約345℃煙氣依次流經(jīng)高/低壓SP爐，煙氣經(jīng)過(guò)換熱后溫度降為190℃左右，經(jīng)高溫風(fēng)機(jī)進(jìn)入生料磨烘干生料。

從窯頭抽取的420℃煙氣余熱經(jīng)過(guò)沉降室除塵后，進(jìn)入AQC雙壓鍋爐溫度降至95℃后進(jìn)入袋除塵器，經(jīng)窯頭排風(fēng)機(jī)，一部分排入大氣，另一部分作為循環(huán)風(fēng)通過(guò)窯頭冷卻風(fēng)機(jī)進(jìn)入篦冷機(jī)?？紤]到熟料需要在高溫下快速冷卻，因此只在篦冷機(jī)出料端附近的4個(gè)風(fēng)機(jī)進(jìn)行循環(huán)風(fēng)利用。

3.2　汽水流程

對(duì)原有雙壓系統(tǒng)的改造主要是增加了窯尾低壓蒸汽系統(tǒng)，窯筒體集熱罩和低壓SP爐構(gòu)成了窯尾低壓蒸汽系統(tǒng)。

給水經(jīng)兩臺(tái)給水泵進(jìn)入AQC爐公共省煤器加熱后分為兩部分，一部分進(jìn)入高壓SP爐產(chǎn)生1.6MPa主蒸汽，一部分進(jìn)入AQC爐高壓段產(chǎn)生1.6MPa主蒸汽，兩股主蒸汽匯入主蒸汽母管，到汽輪機(jī)做功發(fā)電；經(jīng)減壓進(jìn)入AQC爐低壓段的給水，產(chǎn)生0.35MPa低壓蒸汽；經(jīng)減壓進(jìn)入窯筒體輻射受熱面的給水，經(jīng)過(guò)低壓SP爐的蒸發(fā)段、過(guò)熱段產(chǎn)生0.35MPa低壓蒸汽，與AQC爐低壓蒸汽匯入低壓補(bǔ)汽母管，補(bǔ)入汽輪機(jī)做功發(fā)電。

4　運(yùn)行情況及效益分析

綜合利用后，該余熱發(fā)電系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，平均發(fā)電功率達(dá)到9.93MW，最低為9MW，最高為11.2MW，平均增加了1.93MW，取得了明顯的效益。