水泥窯純低溫余熱電站的運行管理
2009-07-01 00:00
我們四川峨眉峨勝水泥股份有限公司建有5條5000t/d級新型干法水泥熟料生產(chǎn)線，為充分利用水泥窯生產(chǎn)過程中排出的廢氣余熱，節(jié)約能源、降低成本，我們于2007年委托大連易世達新能源發(fā)展股份有限公司為這5條生產(chǎn)線配套建設(shè)了三座裝機分別為11.5MW、23MW、23MW的余熱電站。其中：1#窯11.5MW余熱電站于2008年10月投入運行；2#及3#窯23MW余熱電站中的2#窯于2009年4月份投入運行，3#窯將于2009年7月份投入運行；4#及5#窯23MW余熱電站目前在設(shè)計建設(shè)之中，計劃于2010年3月份全部投入運行。根據(jù)我們已經(jīng)投入運行的余熱電站實際運行情況，我們對水泥窯余熱電站的運行管理做了初步總結(jié)，現(xiàn)提供給同行，供大家參考。
1 已經(jīng)投產(chǎn)的余熱電站設(shè)計及運行情況
1.1 1#窯余熱電站
1.1.1 1#窯11.5MW余熱電站配置
我廠1#窯為南京水泥工業(yè)設(shè)計研究院設(shè)計的5000t/d級新型干法水泥熟料生產(chǎn)線，目前實際熟料產(chǎn)量為5450～5800t/d。為本條窯配套的余熱電站包括:窯頭熟料冷卻機余熱鍋爐(簡稱AQC鍋爐)一臺，窯頭熟料冷卻機余熱過熱器(簡稱ASH過熱器)一臺，帶有出口廢氣溫度可調(diào)整裝置的窯尾預(yù)熱器余熱鍋爐(簡稱SP鍋爐)一臺，11.5MW大補汽量的汽輪機組一套，12MW發(fā)電機組一套，為上述主機設(shè)備配套的循環(huán)冷卻水系統(tǒng)、鍋爐給水處理系統(tǒng)等。電站系統(tǒng)設(shè)計及運行蒸汽參數(shù)為：汽輪機進口主蒸汽壓力1.57～2.45Mpa、蒸汽溫度340～390℃；汽輪機補汽壓力0.15～0.25Mpa、補汽溫度125～160℃、補氣率為40%；在窯尾預(yù)熱器廢氣出口設(shè)計溫度為340℃的條件下設(shè)計噸熟料發(fā)電能力為38～42KWh/t。
1.1.2 1#窯11.5MW余熱電站運行情況
1#窯余熱電站于2008年10月6日首次并網(wǎng)發(fā)電，在并網(wǎng)發(fā)電初期的10月11月及12月，由于我們對余熱電站的運行管理經(jīng)驗不足、對余熱電站與水泥窯結(jié)合后的整套系統(tǒng)變化情況還沒有完全掌握，因此其發(fā)電能力起伏變化比較大：窯尾預(yù)熱器出口廢氣溫度為310～320℃時的日平均發(fā)電功率在8.83～10.98MW之間變化，大多數(shù)時間在8.83～9.65MW之間變化，月平均噸熟料發(fā)電量在38.8KWh，汽輪機進口主蒸汽壓力1.57～1.97Mpa、蒸汽溫度360～390℃；汽輪機補汽壓力0.15～0.25Mpa、補汽溫度125～160℃、補氣率為35～45%。
通過我們?nèi)齻€月電站運行經(jīng)驗的積累、對余熱電站與水泥窯結(jié)合后的整套系統(tǒng)變化情況的掌握及管理制度的調(diào)整，1#窯余熱電站的運行及管理自2009年1月起逐月提高，其中3月份以后在窯尾預(yù)熱器出口廢氣溫度為325～330℃時的日平均發(fā)電功率9.56～10.56MW之間變化，月平均噸熟料發(fā)電量在40.2KWh以上，汽輪機進口主蒸汽壓力1.57～1.87Mpa、蒸汽溫度360～390℃；汽輪機補汽壓力0.15～0.25Mpa、補汽溫度125～160℃、補氣率為35～45%。
1.2 2#、3#窯23MW余熱電站
1.2.1 2#、3#窯23MW余熱電站配置
我廠2#及3#窯同樣為南京水泥工業(yè)設(shè)計研究院設(shè)計的5000t/d級新型干法水泥熟料生產(chǎn)線，目前實際熟料產(chǎn)量為5600～5800t/d之間。為兩條窯配套的余熱電站包括:每條窯窯頭熟料冷卻機AQC鍋爐各一臺，每條窯窯頭熟料冷卻機ASH過熱器各一臺，每條窯帶有出口廢氣溫度可調(diào)整裝置的窯尾預(yù)熱器SP鍋爐各一臺，23MW大補汽量的汽輪機組一套，25MW發(fā)電機組一套，為上述主機設(shè)備配套的循環(huán)冷卻水系統(tǒng)、鍋爐給水處理系統(tǒng)等。電站系統(tǒng)設(shè)計及運行蒸汽參數(shù)仍然為：汽輪機進口主蒸汽壓力1.57～2.45Mpa、蒸汽溫度340～390℃；汽輪機補汽壓力0.15～0.25Mpa、補汽溫度125～160℃、補氣率為40%；在窯尾預(yù)熱器廢氣出口設(shè)計溫度為330℃的條件下，單條窯運行時設(shè)計噸熟料發(fā)電能力為36～38KWh/t，兩條窯運行時設(shè)計噸熟料發(fā)電能力為40～43KWh/t。
1.2.2 2#、3#窯23MW余熱電站單窯運行情況
2#、3#窯余熱電站于2009年4月18日實現(xiàn)2#窯單窯首次并網(wǎng)發(fā)電(計劃2009年7月3#窯余熱鍋爐投入運行)。由于我們有了1#窯余熱電站的運行管理經(jīng)驗，本臺23MW機組首次并網(wǎng)發(fā)電后即實現(xiàn)：2#窯窯尾預(yù)熱器出口廢氣溫度為325～330℃時的日平均發(fā)電功率在8.8～9.6MW，月平均噸熟料發(fā)電量在37.8KWh，汽輪機進口主蒸汽壓力1.57～1.97Mpa、蒸汽溫度360～390℃；汽輪機補汽壓力0.15～0.25Mpa、補汽溫度125～160℃、補氣率為35～45%。
2 水泥窯配套余熱電站后運行管理應(yīng)遵循的基本原則
2.1水泥窯的生產(chǎn)運行是余熱電站運行及發(fā)電能力的基礎(chǔ)
水泥窯配套的余熱電站是純被動的發(fā)電站也是水泥窯的一部分，電站熱源也就是通常意義的鍋爐中的爐是水泥窯廢氣余熱。因此，窯系統(tǒng)穩(wěn)定、高效運行是水泥窯余熱電站安全、穩(wěn)定、高效運行的基礎(chǔ)；電站的安全、穩(wěn)定、高效運行反過來可以促進和檢驗窯系統(tǒng)的穩(wěn)定、高效運行，兩者是互相融合、互相配合、互相促進的辯證關(guān)系；在以水泥生產(chǎn)為主的前提下,任何只單獨注重電站的運行和管理、單獨注重水泥窯的生產(chǎn)運行管理而不是將兩者結(jié)合起來注重整套系統(tǒng)的運行管理的思想只會是電站及水泥窯都不會實現(xiàn)安全、穩(wěn)定、高效的運行，這是水泥窯配套余熱電站后窯系統(tǒng)生產(chǎn)運行管理所需要轉(zhuǎn)變的思想。這種思想的轉(zhuǎn)變勢必要求水泥窯從原、燃料進廠檢驗，生料配料，燒成控制，物料烘干運行調(diào)整，設(shè)備維修等工序加強提高，以適應(yīng)水泥窯帶有發(fā)電系統(tǒng)后的操作要求。
2.2余熱發(fā)電技術(shù)是保障
水泥窯余熱發(fā)電技術(shù)包含了水泥窯燒成系統(tǒng)控制技術(shù)、熱力循環(huán)系統(tǒng)構(gòu)成技術(shù)即余熱梯級利用技術(shù)、余熱鍋爐設(shè)計技術(shù)、汽輪機運行適應(yīng)水泥窯變化的穩(wěn)定控制及將不同壓力溫度等級的蒸汽同時轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿膭恿D(zhuǎn)換技術(shù)、自動控制技術(shù)等多學(xué)科理論。其中熱力循環(huán)系統(tǒng)構(gòu)成技術(shù)即余熱梯級利用技術(shù)----也就是余熱電站工藝技術(shù)方案是決定電站運行結(jié)果的基礎(chǔ)技術(shù)。因此，每一位余熱發(fā)電管理者都應(yīng)當(dāng)認(rèn)真學(xué)習(xí)和實踐這些理論基礎(chǔ)，并靈活應(yīng)用到機組發(fā)電過程中，以保障機組安全、穩(wěn)定、高效運行。
2.3提高余熱利用效率是關(guān)鍵
在窯系統(tǒng)與發(fā)電系統(tǒng)正常運行的情況下,機組的實際發(fā)電能力取決于水泥窯及汽輪發(fā)電機組操作人員的操作調(diào)整,在保證窯工藝穩(wěn)定及不影響水泥熟料生產(chǎn)用熱的前提下,應(yīng)以盡可能多的把水泥窯廢氣余熱回收并用于發(fā)電---即盡量提高SP爐、AQC爐、ASH的入口煙氣溫度、流量，盡量降低SP爐、AQC爐的出口煙氣溫度為基本原則。從實際生產(chǎn)運行情況來看，余熱熱能的取熱方式涉及余熱品位的分級利用，是提高余熱發(fā)電能力的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。因此，余熱取熱方式的科學(xué)合理是大幅提高余熱發(fā)電能力的關(guān)鍵所在。
3 水泥窯燒成系統(tǒng)與余熱發(fā)電系統(tǒng)的管理體制
水泥窯余熱發(fā)電是利用余熱鍋爐將窯系統(tǒng)的廢氣余熱轉(zhuǎn)換為蒸汽，再通過汽輪機將蒸汽熱能轉(zhuǎn)換為電能，因此水泥窯廢氣余熱的品位(可以簡單地理解為廢氣溫度)決定著蒸汽參數(shù)(蒸汽壓力和溫度)，也就對余熱發(fā)電能力起著決定性的作用。水泥生產(chǎn)過程中，廢氣余熱品位是由水泥窯操控的，在窯系統(tǒng)不正常的情況下，中控操作以穩(wěn)定水泥窯工藝為主，此時對廢氣參數(shù)的調(diào)整相對頻繁，廢氣參數(shù)波動大，廢氣品質(zhì)較差，發(fā)電量不穩(wěn)定且會很低，這是正常的；而當(dāng)窯系統(tǒng)在正常生產(chǎn)情況下，廢氣參數(shù)相對穩(wěn)定，廢氣品位好，發(fā)電量穩(wěn)定且會很高。因此提高電站發(fā)電能力，水泥窯的運行管理是基礎(chǔ)，電站與水泥窯間的相互配合是關(guān)鍵。
從上述關(guān)系來看,我們認(rèn)為應(yīng)當(dāng)在如下兩方面建立水泥窯燒成系統(tǒng)與余熱發(fā)電系統(tǒng)統(tǒng)一的管理體制：
(1)在管理制度上，制定提高發(fā)電能力協(xié)作配合管理辦法及將罰辦法，實行層層目標(biāo)管理責(zé)任制，將發(fā)電指標(biāo)分解到每個人，不僅發(fā)電系統(tǒng)有指標(biāo)，水泥窯系統(tǒng)也要有指標(biāo)而且這兩個指標(biāo)的獎懲必須是互相聯(lián)系的。
(2)在機構(gòu)設(shè)置上，余熱電站應(yīng)當(dāng)成為燒成系統(tǒng)(車間或部室)的一部分，以便于統(tǒng)一管理，統(tǒng)一協(xié)調(diào)，從根本上鏟除相互推委，相互扯皮現(xiàn)象，從而理順關(guān)系，明確責(zé)任，明確目標(biāo)，促進水泥窯與電站運行管理水平的提高。
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