孫京哲

（華沃（棗莊）水泥有限公司， 山東 棗莊 277100）

0 引言

華沃（棗莊）水泥有限公司已建5000t/d 水泥熟料線配套的余熱發(fā)電項(xiàng)目，裝機(jī)9MW 汽輪發(fā)電機(jī)組一套，凝汽器冷卻采用空氣方式。三爐一機(jī)，窯頭布置兩臺(tái)，分別為ASH 過熱器、AQC 雙壓鍋爐；窯尾布置SP 雙壓鍋爐；AQC 爐產(chǎn)生的次中壓蒸汽進(jìn)入ASH 過熱器進(jìn)一步過熱后與SP 爐產(chǎn)生的次中壓蒸汽進(jìn)入補(bǔ)汽式汽輪發(fā)電機(jī)組進(jìn)行發(fā)電，AQC 爐產(chǎn)生的低壓蒸汽與SP 爐產(chǎn)生的低壓蒸汽混合后進(jìn)入汽輪機(jī)補(bǔ)汽發(fā)電，汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組凝汽器采用空冷機(jī)組，設(shè)計(jì)背壓20kpa，發(fā)電功率7150kw 左右，噸熟料發(fā)電量～29 hwh/t.cl。

水泥線由天津院設(shè)計(jì)，配套第四代篦冷機(jī)，五級(jí)預(yù)熱器。煤磨布置在窯尾。余熱發(fā)電機(jī)組由大連易世達(dá)公司總包承建。

1 存在的問題

1、汽輪機(jī)凝汽器采用空冷式，背壓高，設(shè)計(jì)背壓20kPa，實(shí)際運(yùn)行背壓15kPa，背壓越高，發(fā)電功率越低。

2、汽輪機(jī)進(jìn)汽溫度偏低。窯頭次中壓蒸汽溫度正常，400℃左右，但窯尾次中壓的蒸汽溫度過低，285℃左右，窯頭與窯尾的蒸汽混合后，溫度在315℃，溫度偏低，偏離汽輪機(jī)額定工況溫度過多，造成汽輪機(jī)效率低，發(fā)電功率低。

3、AQC 鍋爐蒸發(fā)量低。篦冷機(jī)的取風(fēng)工藝復(fù)雜，原設(shè)計(jì)的思路是想通過提高煙氣的溫度來提高熱源品質(zhì)，進(jìn)而提高效率，增加發(fā)電量，但現(xiàn)實(shí)卻不理想。

（1）ASH 過熱器入口溫度遠(yuǎn)超設(shè)計(jì)值，對(duì)管道及設(shè)備會(huì)造成損害，影響鍋爐管束使用壽命；

（2）取熱點(diǎn)多，影響煙氣流場(chǎng)，雖然取風(fēng)口多，但取風(fēng)量卻不足，造成AQC鍋爐蒸發(fā)量低。

（3）窯頭取風(fēng)工藝：

取風(fēng)口一：篦冷機(jī)一段靠前開口取高溫530℃次量煙氣，煙氣通過旋風(fēng)筒除塵器后進(jìn)入獨(dú)立的ASH 過熱器（ASH 過熱器單獨(dú)布置于AQC 爐入口旁），然后進(jìn)入AQC 余熱鍋爐。

取風(fēng)口二：篦冷機(jī)一段靠后中溫335℃主量煙氣，同ASH 過熱器出口煙氣混合進(jìn)入AQC 余熱鍋爐，AQC 余熱鍋爐采用倒置式，煙氣流程自下而上，除去大部分煙塵后，與鍋爐受熱面充分換熱，設(shè)計(jì)排煙溫度100℃。

（4）窯尾取熱工藝：窯尾從預(yù)熱器C1 出口取305℃煙氣自上而下進(jìn)入窯尾次高壓SP 鍋爐，次高壓鍋爐出口煙氣再進(jìn)入低壓SP 鍋爐自下而上后排煙溫度180℃左右回到高溫風(fēng)機(jī)入口管道。

4、原ASH 過熱器進(jìn)口風(fēng)溫設(shè)計(jì)較高，極易超溫，達(dá)到650℃～800℃，高溫粉塵具有粘性，易黏結(jié)在受熱面上，堵塞通道，影響換熱效果和設(shè)備壽命；

2 擬采取的措施

1、措施一：凝汽器冷卻采取水冷方式，通過采用循環(huán)水冷卻系統(tǒng)能夠降低背壓至7kpa，但需要新建循環(huán)水泵房，機(jī)械冷卻塔，還要改造汽輪機(jī)，改造方案復(fù)雜而且費(fèi)用高，改造周期長(zhǎng)，改造完成可以增加發(fā)電功率1800kw。

2、措施二：改造窯頭取熱點(diǎn)并更換鍋爐，將窯尾SP 爐產(chǎn)生的蒸汽拉至窯頭AQC 爐公共過熱器，進(jìn)一步過熱提高蒸汽品質(zhì)，進(jìn)而提高發(fā)電效率，增加發(fā)電量。

3、措施三：封閉篦冷機(jī)一段開口，擴(kuò)大篦冷機(jī)一段后部的開口，使篦冷機(jī)煙風(fēng)流暢均勻，取風(fēng)量較之前增大。取風(fēng)口煙風(fēng)溫度在400℃左右。

通過以上分析，對(duì)本項(xiàng)目ASH 過熱器及AQC 爐，存在著高溫?zé)煔獬瑴兀M(jìn)口煙道溫?fù)p大，受熱面易積灰，不易清理等弊端，影響了鍋爐的正常運(yùn)行；另外AQC爐的潛力沒有充分發(fā)揮出來。決定在本次改造中對(duì)AQC 爐進(jìn)行重新設(shè)計(jì)并更換，在篦冷機(jī)另一側(cè)重建。

（1）原窯頭取熱工藝復(fù)雜，采用措施三可以簡(jiǎn)化操作，同時(shí)取熱更多；

（2）原AQC 爐已經(jīng)使用5 年且管道長(zhǎng)期在偏離設(shè)計(jì)工況下運(yùn)行，設(shè)備存在安全隱患，更新AQC 爐設(shè)備及非標(biāo)管道，消除安全隱患；

（3）新AQC 爐設(shè)置公共過熱器，將窯尾SP 爐的蒸汽溫度進(jìn)一步提高，使進(jìn)入汽輪機(jī)的蒸汽溫度在額定工況溫度下運(yùn)行，提高汽輪機(jī)的發(fā)電效率。

3 新的設(shè)計(jì)方案

原方案篦冷機(jī)開兩個(gè)取風(fēng)口，篦冷機(jī)前段開口溫度530℃的煙氣進(jìn)入旋風(fēng)筒除塵器，除去大顆粒粉塵后進(jìn)入ASH 過熱器，ASH 過熱器設(shè)置于倒置AQC 爐入口旁邊，篦冷機(jī)中部取335℃的煙氣進(jìn)入倒置式AQC 爐后與ASH 過熱器出口的煙氣混合后進(jìn)入AQC 鍋爐，AQC 爐交換完熱量后，煙氣排至原水泥線窯頭收塵器入口管道。工藝復(fù)雜，操作繁瑣。

改造后取熱工藝系統(tǒng):篦冷機(jī)中部?jī)H開一個(gè)取風(fēng)口，篦冷機(jī)中部靠前位置取溫度400℃的煙氣直接進(jìn)入倒置式AQC 鍋爐，鍋爐出口接回原水泥線煙氣管道，操作簡(jiǎn)單。

蒸汽系統(tǒng):來自SP 爐的次中壓蒸汽與AQC 爐次中壓蒸汽混合后，進(jìn)入AQC 爐的公共過熱器進(jìn)一步過熱后進(jìn)入汽輪機(jī)發(fā)電，來自SP 爐的低壓蒸汽與AQC 爐的低壓蒸汽混合后進(jìn)入汽輪機(jī)補(bǔ)氣發(fā)電。

主機(jī)設(shè)備

根據(jù)華沃(棗莊)水泥有限公司已建5000t/d 水泥熟料線余熱條件采用兩爐一機(jī)裝機(jī)方案，主機(jī)設(shè)備有AQC 窯頭雙壓余熱鍋爐、SP 窯尾余熱鍋爐、補(bǔ)汽凝汽式汽輪機(jī)、汽輪發(fā)電機(jī)。其中AQC 窯頭雙壓余熱鍋爐為新增設(shè)備，SP 窯尾余熱鍋爐、汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)原設(shè)計(jì)滿足使用，利舊即可。

1、窯頭AQC 雙壓余熱鍋爐

窯頭AQC 雙壓余熱鍋爐采用雙壓倒置式結(jié)構(gòu)，立式自然循環(huán)，帶有兩個(gè)汽包，沉降室與鍋爐結(jié)合。煙氣自下而上通過鍋爐，先后經(jīng)過布置在鍋爐內(nèi)部的公共過熱器、高壓過熱器、高壓蒸發(fā)器，低壓過熱器、低壓蒸發(fā)器和公共省煤器。管箱采用左右對(duì)稱結(jié)構(gòu)，這些管箱均通過底座型鋼將自身重量傳遞到鋼架的橫梁上。采用這種管箱式結(jié)構(gòu)，可將鍋爐漏風(fēng)降至最低，減少鍋爐漏風(fēng)熱損失，提高鍋爐效率，減少現(xiàn)場(chǎng)安裝的工作量。

AQC 余熱鍋爐受熱面全部使用異形換熱組件—螺旋鰭片管。AQC 爐的高壓省煤器出水分兩部分，一部分供AQC 爐使用，另一部分通過管道輸送到SP 爐的省煤器中。低壓段給水為獨(dú)立的系統(tǒng)，低壓省煤器出水直接進(jìn)低壓鍋筒。

由于煙氣中的廢氣粉塵為熟料顆粒，粘附性不強(qiáng)，除塵方式采用慣性沉降；鍋爐入口煙氣自下而上，慣性除塵，控制合理煙速，進(jìn)口加導(dǎo)流均布裝置，迎風(fēng)受熱面加防磨蓋板等特定技術(shù)保證鍋爐管束免受煙氣顆粒的沖刷、磨損及腐蝕，以防止高速高溫含塵氣體對(duì)對(duì)流管束的韌性、強(qiáng)度、耐磨性造成影響，保證鍋爐的換熱效率，使排煙溫度降至100℃左右。

2、SP 窯尾余熱鍋爐

利舊。

3、補(bǔ)汽凝汽式汽輪機(jī)

補(bǔ)汽式凝汽汽輪機(jī)是為了適應(yīng)廢氣余熱發(fā)電而設(shè)計(jì)開發(fā)的新型汽輪機(jī)，其獨(dú)特的補(bǔ)汽結(jié)構(gòu)，可以使低壓蒸汽甚至是飽和蒸汽補(bǔ)入汽輪機(jī)增加做功，從而提高汽輪機(jī)的發(fā)電量，熱量利用率可提高8%左右。汽輪機(jī)原設(shè)計(jì)滿足要求，利舊。

4 運(yùn)行情況

本項(xiàng)目投資1300 萬元，建設(shè)工期7 個(gè)月，改造后電站的平均發(fā)電功率達(dá)到8200kW，運(yùn)行穩(wěn)定，達(dá)到了較理想的效果。