三次风锅炉在水泥窑余热电站的应用

汪佳杰

1 前言

近年来，我国水泥工业得到了快速发展，水泥窑生产过程中排放的大量废气余热不仅污染环境，而且还影响水泥企业经济效益的提高。随着新型节能技术的推广应用，充分利用有限的资源和发展水泥窑余热发电项目已经成为水泥行业发展的一种趋势，也完全符合国家产业政策。通常情况下，水泥企业仅设置窑头、窑尾余热锅炉的纯低温电站，但由于窑头冷却机取风参数的波动性较大，直接影响了窑头余热锅炉主蒸汽的稳定性，所以决定本方案采用带三次风锅炉系统的余热电站。该余热电站提高了蒸汽的初参数，保证了主蒸汽参数的稳定性，一定程度上提高了发电量。

2 热力系统流程

根据某公司7 500t/d水泥窑的实际运行情况，确定其窑头、窑尾及三次风余热锅炉烟气参数，从而制定锅炉的换热形式。窑头（AQC）余热锅炉设置两段，不设过热段，以最大限度地提高饱和蒸汽量。窑头（AQC）余热锅炉I段为饱和蒸汽段，产生23.3t/h、1.9MPa、210℃的饱和蒸汽；Ⅱ段为热水段，其产生的130℃的热水分为两部分，一部分提供给窑头（AQC）余热锅炉I段，另一部分提供给窑尾（SP）余热锅炉，SP余热锅炉产生34.6t/h、1.9MPa（a）、210℃的饱和蒸汽，送至三次风余热锅炉中过热。三次风锅炉将AQC余热锅炉与SP余热锅炉产生的饱和蒸汽过热后，送至汽轮发电机组做功产生电能。做功后的乏汽通过冷凝器冷凝成水，凝结水经凝结水泵送入真空除氧器除氧，再经给水泵为窑头（AQC）余热锅炉省煤器段提供给水，从而形成完整的热力循环系统。热力系统见图1。

图1 热力系统示意图

3 三次风余热锅炉结构特点

三次风过热器采用卧式结构，整体采用混流布置，内部布置三组光管过热器，外部为包墙汽冷膜式过热器。

第一组为低温过热器，采用拉稀管，错列、顺流结构，该结构可以避免对受热面管子的磨损，最重要的是可以避免过热器的高温腐蚀和堵灰。此级炉侧两边各开一个检查孔，以供观察及清灰。

第二组为高温过热器，错列、顺流。第三组为低温过热器，错列、逆流。高低温过热器间设有喷水减温器，用来调节蒸汽温度，保证发电安全。

汽冷膜式过热器内侧敷设耐磨浇注料或耐磨砖，外侧采用轻质保温层，这样可以避免漏风、降低表面热损失、减少炉墙投资。汽冷膜式过热器前部为“L”型转角辐射烟道，可以预分离掉一些大颗粒的灰尘，可有效降低进对流受热面的温度，提前析出烟气中的粘结性成分，减轻对流受热面的堵灰情况，同时避免管子受高温腐蚀。沿烟气方向布置有三个落灰斗，可有效保证锅炉中沉降的积灰及时排出。

4 三次风余热锅炉设计特点

在设计工况下，905℃的部分烟气由水泥窑三次风管道取出，送入三次风余热锅炉（ASH），换热后烟气温度降至595℃，回风至原三次风管道。在锅炉取、回风之间的三次风管道上设置用于调节三次风锅炉进风量及解列锅炉的闸板阀。经计算三次风余热锅炉可以产生1.7MPa（a）、420℃的过热蒸汽。详细参数见表1。

表1 详细参数

三次风锅炉（ASH）的入口烟气温度较高，物料容易在过热器上粘结，容易发生积灰和结焦问题，这不仅影响传热效率，造成蒸汽温度下降和排烟温度升高，引起过热器超温和高温腐蚀，而且严重时造成过热器爆管，因此设计时在低温过热器处采用拉稀管，适当加大高温过热器集箱管束排布间隙。三次风锅炉本体采用激波脉冲清灰装置，沿烟气方向布置有三个落灰斗。应根据实际的烟气含尘量和现场实际运行情况，适当增加激波脉冲清灰的频率，定期对受热面进行清灰，保持受热面传热良好。

由于三次风锅炉进出口烟气温度较高，导致锅炉的落灰温度也相对较高，这就对锅炉下料装置提出了更高的要求。下料设备最高使用温度应达到600℃，并在下灰管道与拉链机之间设置一个空气斜槽，通过向斜槽中通入空气对三次风锅炉下灰进行初步冷却，避免温度过高导致拉链输送机受热变形。由于振打落灰中会有较大的片状结焦物，且体积较大，为避免堵塞下料器，需选用翻板阀，避免采用回转型星型下料器。考虑到落灰温度较高会产生较大的热膨胀量，布置拉链机时应避免其长度过长，若输送距离较长，应尽量采取两条拉链机倒运的方式。同时，拉链机应配有弹簧自动拉紧装置，以适应温度变化导致的链条长度变化。

由于水泥窑本身的生产特点，在实际运行中，进入窑头、窑尾的废气量及废气温度是不断变化的，窑头和窑尾锅炉供给三次风余热锅炉的饱和蒸汽量也是不断变化的。蒸汽量和烟气温度均变化较大，过热器壁温随之波动，容易造成超温。过热器壁温周期性的波动引起交变应力而使其产生疲劳损伤，容易造成高温腐蚀，严重时造成过热器爆管。设计时应在ASH锅炉过热器集箱加装喷水减温装置，将汽温和壁温控制在合理范围内，避免超温。

5 结语

三次风余热锅炉将窑头余热锅炉与窑尾余热锅炉产生的饱和蒸汽加热成过热蒸汽，提高了进入汽轮机蒸汽的初参数，提高了余热利用率，降低了机组汽耗率，大大提高了余热电站的发电功率。三次风余热锅炉能灵活适应水泥生产线窑头、窑尾生产中烟气波动的特点，保证进入汽轮机蒸汽参数的稳定性，满足节能减排的要求，增加水泥企业的经济效益。■