余热电站系统中的水泥窑余热锅炉

2 0 0 6年 8月 电 力 环 境保 护 第 2 2卷 第 4期 余热电站 系统中的水泥窑余热锅炉 Wa s t e h e a t b o i l e r o f c e me n t k i l n i n wa s t e h e a t e l e c t r i c g e n e r a t i o n s t a t i o n 曹习功 ， 白周方 ( 郑州锅炉有限责任公司技术中心 ， 河南 郑州4 5 0 0 0 1 ) 摘要 ： 主要介 绍 了应用于水泥窑余热 电站 系统 中的余热锅炉的特 点及在设计 、 应用 中应注意的 问题。 关键词 ： 水泥窑余 热锅 妒 ； 设计 ； 措施 Ab s t r a c t ： Th e c h a r a c t e r is t ic s o f wa s t e h e a t b o i le r u s e d i n c e me n t k i l n o f wa s t e h e a t e l e c t r i c g e n e r a t io n s t a t i o n t h e p r o b l e ms s h o u ld p a y a e n t i o n t o i n d e s ig n a n d a p p l ic a t io n a r e d e s c r i b e d Ke y wo r d s： wa s t e h e a t b o i le r o f c e me n t k i l n；d e s ig n s c h e me 中图分类号 ： T K 2 2 9 9 2 9 文献标识码 ： B 文章编号 ： 1 0 0 9 4 0 3 2 ( 2 0 0 6 ) 0 4 0 0 6 1 0 2 1 用于不 同余热 电站 系统 的余热锅炉特点 水泥窑余热锅炉是利用水泥窑在水泥煅烧后产 生的烟气余热生产蒸汽或热水 的一种节能型设备。 目前国内大致有中空窑高温余热电站系统 、 预热器 及预分解窑带补燃锅炉 的中低温余热电站系统、 预 热器及预分解窑纯 中低温余热电站系统。 1 1 用于中空窑高温余热 电站系统的余热锅炉 用于中空窑高温余热电站系统 的 H P H高温余 热锅炉 目前国内有立式和卧式 2种。从 国内使用情 况来看 ， 卧式锅炉从结构上无法解决锅炉漏风和积 灰问题 ， 同时该型锅炉 占地 面积大 ， 基建投资成本 高； 而立式锅炉完全克服了卧式锅炉的缺点 ， 对高温 烟气具有更高的适应性。 1 2 用于带补燃锅炉的 中低温余热 电站 系统的余 热锅 炉 根据补燃形式的不 同， 用于预热器及预分解窑 带补燃锅炉的中低温余 热电站系统 中的余 热锅炉 ， 可分为补烟气型余热锅炉 、 补饱和蒸汽型余热锅炉 、 补过热蒸汽型余热锅炉 3种。选择这类锅炉建立的 余热电站 ， 不但可以满足水泥企业的用电量需求， 还 可以充分利用水泥窑余 热做 到资源 的综合利用 ， 降 低产品的单位能耗。 ( 1 ) 补烟气 型余热锅炉实际上是 补燃锅炉和余 热烟气 回收一体化装 置， 可在补烟气 量不太大的情 况下实现电站系统 的灵活选择。例如 目前我公司在 河南七里岗水泥厂应用的补燃锅炉属于旋涡内分离 循环流化床燃烧技术 ， 将水泥窑窑头废气从锅炉尾 部受热面设置的 2个加人 口混入锅炉的对流烟道 ， 通过对流受热面利用烟气的热量。 ( 2 ) 补饱和蒸汽 型余热锅炉利用预热器及预分 解窑产生的废气生产饱和蒸汽。根据废气位置的不 同而设置不同的锅炉， s P余热锅炉主要是回收水泥 窑窑尾预热器排放的低温余热 ， A Q C余热锅炉则是 回收水泥窑窑头篦冷机排放的低温余热。根据电站 热力系统的要求， 可设计为单压、 双压和多压型余热 锅炉 ， 产生不同压力级别 的蒸汽和热水以满足电站 系统的要求。 ( 3 ) 补过热蒸 汽型余热锅炉利用预热器及预分 解窑产生的废气生产过热蒸汽。与补饱和蒸汽型余 热锅炉的根本区别在于它产生的是微过热蒸汽 ， 可 直接补人补燃锅炉的过热器部位。该类型锅炉适用 于水泥企业电站技改项 目。 1 3 用于纯 中低温余热电站系统的余热锅炉 应用于预热器及预分解窑纯中低温余热电站系 统的余热锅炉 ， 是根 据不 同的烟气温度产生低参数 过 热蒸 汽来推 动汽 轮机 及发 电机发 电 的。在纯 中低 温余热 电站 系统 中一般 主 蒸 汽参 数为 2 5 MP a Y 4 0 0或 1 6 M P a 3 0 0。目前纯 中低温余热锅炉 的设计及制造技术 比较成熟 ， 但国内没有普遍推广， 主要是补汽式汽轮机 组从 日本进 口， 相对投资成本 较高。目前国内投入运行的纯低温余热发电机组有 广西柳州水泥厂、 江西万年水泥厂、 上海万安水泥厂 及海螺宁国水泥厂， 从整体运行的性能指标来看 ， 只 有宁国水泥厂的余热利用效率 比较高。 61 维普资讯 2 0 0 6年 8月 电 力 环 境保护 第 2 2卷 第 4期 2 水泥窑余热锅炉的主要 问题及解 决措施 2 1 锅炉布 置 形式 的选取 根据余热烟气在锅炉 内的流动方 向， 水泥窑余 热锅炉可分为立式 、 卧式 、 立卧结合 式 3种结构形 式。立式结构适 用于废气垂直方 向流动， 卧式结构 适用于废气水平方向流动 ， 立卧结合式结构适用于 废气垂直与水平相结合式流动。采用何种结构主要 根据生产工艺流程和允许锅炉 占用的面积和空间等 因素来决定。对于预热器及预分解窑的余热锅炉来 讲 ， 立式结构更具优越性 ， 它 不但 占地面积小 ， 而且 与水泥窑生产流程相适应 ， 也利于充分发挥锅炉受 热面 的换 热作用 和烟 尘 的分离 作用 。 2 2锅炉 水循 环方 式 锅炉水循环有 自然循环、 强制循环、 自然循环与 强制循环相结合 3种方式 ， 循环方式对锅炉结构形 式、 投资、 运行成本和运行故障率都有重要影响。从 用户长远利益分析， 采用 自然循环方式较好， 它可以 节约强制循环泵 的一次投资及运行 、 维修成本。 2 3 锅 炉本体 漏风 问题 由于窑尾 s P余热锅炉烟气侧负压范围在 5 0 0 0 7 0 0 0 P a ， 如此高 的负压， 若锅炉密封不好会有大 量冷空气漏入炉 内， 使得锅炉出力降低 ， 影响到水泥 窑及窑尾高温风机的正常运行 ， 严重时将不能运行。 根据对 国内 s P锅炉运行情况的了解 ， 目前设计 的第二代 s P余热锅炉受热面采用整体 内挂式结构 ， 使对流管束所有连接集箱均垂 直布置在烟道内， 连 接集箱的上 、 下两端再与烟道 内水平布置 的上升集 箱和下降集箱相连。锅炉采用整体 内嵌式轻型护板 炉墙和特殊的管子穿墙膨胀节密封装置及专用的锅 炉密封炉门装置 ， 使锅炉受热面完全密闭在护板炉 墙内， 既满足了锅炉 的有效膨胀又保障了锅炉的密 封 ， 提高了锅炉的整体效率。 2 4 锅 炉积灰 、 清灰 问题 由于进入 s P锅炉的废气含尘在 1 2 0 g m 3 左右， 比循环流化床的原始排尘浓 度( 3 0 g m 3 ) 大得多， 因 此容易在锅炉内产生积灰。设计时主要从锅炉受热 面的布置形式 ， 烟气 流速等 方面采取防 积灰措施。 但是， s P锅炉积灰是 不可避免 的， 因此还必须考虑 清灰的问题。目前 s P锅炉清除积灰的方法 主要有 蒸汽吹灰 、 声波吹灰、 振打清灰、 可燃气体爆炸清灰 6 2 等。应根据余热锅炉烟灰的粘性选用不同的清灰设 施。几种清灰方式各有利弊 ， 蒸汽吹灰容易造成受 热面磨损 ， 振打清灰容易造成受热面焊缝强度废劳， 可燃气体爆炸清灰的可燃气体消耗较大 ， 在实际工 程中以声波吹灰居多 ， 它 的吹灰效果 和 自动化控制 程度都 比较高 。 2 5 锅 炉磨 损 问题 由于进入 s P锅炉 的废气颗粒小、 硬度低， 对锅 炉受热面的磨损不严重 ， 但对 于窑头 A Q C余热锅炉 来说 ， 虽然废气含尘仅在 2 5 g m 3 左右 ， 但其主要是 硬度很高的水泥熟料 ， 对锅炉受热面磨损很严重， 故 设计时必须采取有效的防磨措施。因为影响磨损的 因素主要与烟气条件 、 烟气性质和受热面材质等有 关 ， 故在烟气性质和受热面材质一定的情况下 ， 主要 从锅炉受热面 的布置形式 ， 烟气流速等方面考虑。 我公司开发 的 A Q C余 热锅炉受热面采用鳍片 管、 膜式壁和厚壁管结构， 合理组织烟气动力场， 使 烟气流平稳， 避免产生偏流或漏流； 采用低烟速均流 场设计 ， 将烟气流速控制在 6 m s以内， 并在烟道受 热面易磨损区域配置专用 的防磨护瓦 ， 从而解决和 缓解 了锅炉运行时局部和整体磨损的问题 。 2 6 受热面 结构 形式 的选 取 除 了考 虑 上 述 问题 以外 ， 由于水 泥 窑窑 头和 窑 尾的烟气属于低品位余热烟气 ， 在相同蒸发量的情 况下， 它比燃煤锅炉需要更大的换热面积 ， 因此， 锅 炉受热面的结构形式主要从光管式、 鳍片管式、 膜式 管式、 螺旋鳍片管式中选取 ， 由于几种受热面结构形 式具有不同的换热系数 ， 为保证锅炉整体尺寸的紧 凑， A Q C和 s P锅炉 一般采用鳍 片管式和膜式管式 结构， 而这两种结构本身还具有较强的自清灰能力， 同时还具有更容易加工和检修的特点。 2 7 余热 炉与 补燃 炉 匹配 问题 由于余热锅炉是在带补燃锅炉的中低温余热电 站系统 中应用 ， 因此 ， 余热锅炉与补燃锅炉之间的匹 配十分重要。在整体锅炉设计时 ， 应考虑它们之间 的压力匹配 ， 还有补燃锅炉过热器面积、 补燃锅炉省 煤器面积、 补燃锅炉减温器调节幅度 以及补燃锅炉 的补汽点与余 热锅炉之间的匹配。 收