水泥窑余热发电技术改进

张建重

（四川川润动力设备有限公司，四川成都 611730）

0 引言

目前，纯低温余热发电技术已在水泥、玻璃和钢铁行业迅速普及，并已成为新的经济增长点，为企业提供了节能减排手段和一定的经济效益。水泥窑余热发电中常用的热循环系统的基本形式是单压技术、闪蒸技术和双压技术。无论采用哪种热循环方式，都希望将发电过程中产生的废热用于“内部生产/利用”并减少电力的生产/外包。但在一些余热发电厂，每吨熟料的发电能力不符合设计参数，其中一些问题是由于生产设备的维护不当和熟料生产线中央控制方式造成的，需要改进调整。某4500 t/d 干法熟料生产线余热发电项目于2019 年正式上线，该系统采用“2 炉1机”的形式，安装在熟料生产线的窑头和窑尾。1×9 MW 蒸汽补充冷凝式蒸汽轮机和1 台SP 余热锅炉支持1 个9 MW 发电机组。

1 余热锅炉存在的主要问题及改进措施

1.1 锅炉机体漏气

如果锅炉运行过程中密封不充分，大量的冷空气将被吸入炉内，窑头或锅炉排气口的温度将降低，锅炉的蒸汽产生和热水温度将降低，从而影响锅炉的输出，增加窑头感应引风机或窑边热风机的功耗。废热锅炉的例行检查应包括对锅炉体内漏气的检查。窑尾锅炉在通风梁周围采取的是开放式焊接，在锅炉外部隔热层脱落且主体裸露的空气中，热量会迅速散失，尤其是在冬季，受环境温度的影响很大，从而降低了锅炉的输出。对此，应及时检查泄漏情况，采取处理措施，及时解决废热锅炉漏气问题。

1.2 窑尾锅炉结垢

从窑尾预热器C1 出口排出的废气中的主要粉尘为原粉，浓度一般为70～110 g/m3，如果浓度过大锅炉烟道气的阻力会增大，将影响水泥窑系统的负压，减少加热管束的热吸收，并影响锅炉的蒸汽输出和发电。因此，窑尾锅炉包裹设备的日常维护是重中之重，必须确保每组包裹物都被敲打，以减少炉膛管道上的灰尘堆积。检修时，进入炉子的每一层，查看喇叭口式包装锤是否打开，否则，即使研磨装置正常工作，撞击棒也无法击中炉中的研磨锤。在故障案例中，物料堆积在窑尾锅炉沉淀池中，灰烬不光滑，并且堆积时间很长，沉淀池倒塌多次，高温风扇跳闸，窑系统被迫停止物料，进而对窑炉系统产生正压力，严重威胁检查人员人身安全和设备的安全运行。为此进行了技术改革，在锅炉平台上安装了由单个电磁阀控制的空气炮，压缩空气管道连接到锅炉排气口的顶部，相应设计4 个高压进气口，PLC 将空气炮控制在锅炉中灰烬的位置，每15 min 将其吹回一次，以加快锅炉反向排灰的速度。

1.3 窑头锅炉磨损

炉排冷却器冷却熟料后，窑头AQC 锅炉的废气中包含高硬度的熟料粉尘，通常配备AQC 炉管，以减少锅炉过热器层中加热管束的磨损。带有螺旋状鳍片的管是耐磨的无缝钢管，可以用微风直接洗涤。锅炉入口设计有沉淀池，该沉淀池从炉排冷却器的前部抽出，以提取约400 ℃的废气，并将其输送到沉淀池中，在过滤掉大的灰尘颗粒之后，将管道引入AQC 炉中。熟料粉尘通过拉链机排放到输送机的漏斗中。

两条熟料生产线的两个AQC 沉淀室：第一线窑头是一个惯性沉降室，其烟气处理能力为130 000 Nm3/h。惯性力沉降室是一种除尘器，当烟道气高速流动时，借助重力和惯性力，使含尘流中的定律颗粒沉降。第二线窑头是具有相同空气流量的多层重力沉降室，其水平的多层隔板沿烟道气流的方向布置在内部，尘土飞扬的空气流在其自身重量下沉降。为了减少AQC 炉中管束的磨损，提高沉降室的收集效率，采取的具体措施是：①降低室内空气速度；②减小沉降室的高度；③增大沉降室的长度。在实际使用中，安装在第二排的多层重力沉降室具有较大的面积和较长的长度，因此具有极好的集尘效果。安装在主窑头内的惯性沉降室占地小、装置尺寸小、集尘效率较低。如果施工单位的面积允许，建议选择具有较大空间的多层重力沉降室。

1.4 喷水对窑头炉排冷却器的影响

由于国家环境保护政策的严格要求，许多企业最初使用静电除尘器排放不符合标准的颗粒，然后将其转换为袋式除尘器。用于袋式集尘的滤袋对工作温度有严格的要求，当无法达到入口空气温度200 ℃的要求且入口温度超过160 ℃时，由PLC 程序控制的炉排冷却器洒水系统喷水冷却，通过该项操作，含有水和烟道气的熟料粉尘直接流入AQC 炉中，并且过热剂层和第一级高压蒸发器层的螺旋翅片被熟料颗粒阻塞，对热量产生严重影响，影响吸收效率，AQC 锅炉的输出将减少，从而影响发电。

采取以下措施在不点燃集尘袋的情况下减少飞溅：①窑头袋在烟道的集尘进口处安装一个冷气阀，对其进行控制。由熟料中央窑操作员控制，如果出现异常工作情况或紧急情况，当入口温度达到200 ℃或更高时，中央控制室应及时使顶排风扇跳闸，关闭风扇的入口挡板，并准备一个用于紧急冷却的冷气阀，将喷水系统打开并最小化；②在入口烟气测量点安装2个热电偶A 和B，以防止由于袋式除尘器入口温度信号错误产生高温导致炉排冷却器洒水系统运行错误，安装挡风玻璃保护，热电偶应定期检查和更换。实时比较2 个热电偶测得的温度，如果差值超过20 ℃，炉排冷却器喷水系统将延迟1 min发出警报。

2 SNCR 脱硝工艺

2.1 选择尿素作为反硝化还原剂工艺

主要设备是干式尿素储存罐、量瓶、输送机、液体混合罐和尿素。解决方案：随着烟气温度的波动，调整尿素溶液的喷射位置，使其在最佳反应温度范围内喷射到窑上；在每个喷雾点控制流经流量控制阀的喷雾溶液的流量。

2.2 选择氨水作为脱硝还原剂工艺

此过程主要涉及氨气卸载单元、氨气储罐单元、传输单元、稀释称量单元、分配单元、注入单元和控制调整单元。氨是氨气的水溶液，其物理性质为无色、透明，具有刺激性和挥发性。由于氨有毒和易燃易爆的特性，氨存储系统特别注意安全防护。

（1）氨气注入位置和喷枪位置。正确选择温度窗口非常重要，因为NH3还原NOx的反应对温度条件非常敏感。现场测试炉内温度、温度分布，要根据具体情况确定注射位置（最佳温度范围为850～1050 ℃）。

对于喷枪布局，建议使用两层、多点均匀分布。该布局具有以下优点：所有2 层喷枪都是可伸缩的。通常，如果烟道气中的NOx浓度较低（600～800 mg），仅打开喷枪的一层，仅在烟道气的NOx浓度超过一定范围（≥800 mg）后打开喷枪的第二层，从而减少还原剂的消耗以降低成本。这些动作通过自动控制实现。

（2）在最佳温度区域的停留时间。将氨喷入窑后，必须在停留时间内将氨和烟道气充分混合，以便在短时间内完成氨和NOx之间的反应。随着停留时间的增加，脱硝效率增加。在低温下，如果要达到相同的脱硝率，则增加混合物在最佳区域中的停留时间，停留时间的设计值可为0.001～10 s。

（3）在炉内混合注入的反应物和烟气。反应物和燃烧烟气的混合物取决于反应物的喷射效果。为此，选择合适的喷嘴并调整喷嘴的喷射方向、喷射角度、喷射速率等，以完全喷射反应物，从而获得反应物和烟气的最佳喷雾效果。实现更高的反硝化效率的关键还与正确选择注入点位置和注入点数量有关，如果两者的混合不合适，可优化喷嘴调节喷雾方向。

3 结束语

针对水泥窑生产纯低温余热发电中存在的问题，采取技术创新等有针对性的措施，以达到正常生产、节能减排的目标，以优化余热发电，使每吨熟料的用电量和经济指标达到设计要求。