水泥窑工艺操作对余热发电效率的影响

水泥窑工艺操作对余热发电效率的影响

1、水泥窑用风对余热发电的影响

水泥熟料煅烧所用风分别为一次风、二次风和三次风，一次风来源于一次风机和煤粉输送用风，主要作用是将煤粉吹送入窑内，形成良好的火焰形状，一次风入窑前温度与环境温度相同；二、三次风均来源于篦冷机冷却熟料后的热风，温度约800℃~1250℃。一、二、三次风的风量之和构成了窑系统及余热发电所需的风量，其配置受熟料烧成系统风、煤、料的影响。三种风的风量配比变化，会影响进入窑头AQC和窑尾SP锅炉的风量，进而影响余热发电系统的发电负荷。

对水泥窑操作而言，一、二次风风量及一次风的内、外风比例，会影响火焰温度和形状，火焰形状又会影响到熟料粒径及结粒的均齐，进而影响篦冷机料床阻力及热能回收，并对整个热工系统产生影响。另外，二、三次风风温与风量的变化，也必将影响窑头与分解炉的用煤比例。如，三次风利用篦冷机热风多时，就会降低分解炉的用煤量；反之，二次风温高，就会节省窑前的用煤量。窑头锅炉废气温度及风量随烧成系统燃烧条件、熟料结粒状况等的变化而变化。熟料结粒均匀程度的变化，会引起窑头锅炉废气温度发生较大幅度的变化。

2、水泥窑与余热发电协同操作的要点及调整实例

2.1 协同操作要点

(1)合理控制熟料结粒状态，提高系统风温。熟料结粒过大，会降低窑头余热发电锅炉废气温度，影响余热发电效率。通过调整火焰温度和长度等，控制好熟料结粒状态，有利于提高余热风温。

(2)合理控制窑头风、煤配比，提高余热发电系统的风量。风煤配合比过大，在用风量过大的工况下，窑头加大给煤量会提高燃烧温度。用煤量不变时，窑头用风量过大会造成火焰形状变长，燃烧温度下降。用风量不变时，给煤量过大会降低火焰温度。在操作中，应密切关注系统过剩空气系数或烟气含氧量、CO含量，合理配置风、煤、料三者比例，在满足窑系统煅烧用风的情况下，尽可能多地将热风送入余热发电系统。

(3)合理控制二次风(入窑风)和三次风配合比，保证系统发电能力及安全运行。在总风量一定的情况下，入窑风量、入分解炉风量、入窑头锅炉风量相互制约。入分解炉风量过大，影响窑头燃烧及温度，并直接与窑头锅炉竞争风量，共同对余热发电造成影响。二、三次风比例通过三次风阀进行调节，在一定工况下，余热发电风量比例升高，可以降低分解炉的燃烧温度。同样，在温度相同的情况下，二次风(窑风)比例升高也可降低分解炉燃烧温度。通过风量及热平衡计算可知，当二、三次风用量较大时，进入AQC锅炉的废气温度及风量明显下降，从而对AQC 锅炉取热造成较大影响(从260℃窑头锅炉解列温度到400℃左右的高温)，进而影响余热发电系统的发电能力和安全运行。对于窑尾锅炉来讲，窑系统根据投料量大小、C1出口O₂含量和出口温度确定窑尾风量大小，操作调整空间不大，暂不作讨论。

2.2 水泥窑与余热发电用风匹配调整实例

某公司未调整二、三次风比例前，熟料煤耗120kg/t，熟料28d抗压强度56.3MPa，分解炉温度920℃，分解率95％，窑尾拉风偏大，

一级预热器出口废气温度345℃，出口负压7500Pa；受窑内通风影响，窑内还原气氛加重，出现黄心料；窑内用风与AQC锅炉出现“争风”现象，入窑二次风温下降；为保证出窑熟料合格，加大了窑头喂煤量，进而引发了一系列协同操作问题。针对上述问题，采取了以下调整措施：

(1)控制窑尾预热器出口的温度及压力，将出预热器气体温度控制在330℃，出口压强控制在6300kPa，避免窑尾拉风过大，分解率控制在90％～94％。

(2)改变窑头、窑尾用煤比例，窑尾煤的比例由原来的64％降为60％，窑头煤的比例由原来的36％增加到40％。

(3)调整三次风阀，三次风阀开度由35％调整至30％，分解炉温度控制在880℃～900℃，合理分配二、三次风的用量，加大篦冷机风量，以满足窑系统及余热发电用风要求。

通过对窑内用风与余热发电用风进行匹配操作，稳定了热工制度，解决了余热发电系统用风与窑内用风“争风”问题，改善了窑内气氛，熟料28d抗压强度达到57.53MPa，煤耗降低至115kg/t，余热发电平均负荷由4500kW/h提高到6400kW/h。

3、窑头锅炉废气温度的影响因素及优化调整措施

3.1 窑头锅炉废气温度的影响因素

(1)窑头用燃料比例过大及熟料结粒对窑头锅炉废气温度的影响

进入窑头余热发电锅炉的热风，是篦冷机通过鼓风机鼓入的冷空气与熟料进行热交换后产生的热风。一般出窑熟料的温度比较稳定，理论上窑头用燃料比例和余热发电没有关联，而实际上窑头取热对余热发电

系统的影响比窑尾取热对余热发电系统的影响大得多，是影响窑头锅炉风温及发电负荷的主要因素。在熟料成分不变的条件下，结粒偏大的熟料大多在窑头燃料占比份额较大或温度过高情况下形成。因此，在烧成总热耗不变的情况下，窑头燃料比例升高，二次风温偏低，不利于余热发电能力的提高。

(2)熟料粒度对窑头锅炉废气温度的影响

在窑产量正常、用风量匹配的情况下，窑头余热发电锅炉的发电量主要取决于篦冷机的冷却效果。篦冷机冷却效果受熟料结粒粒径的影响，对流传热与传热面积成正比，熟料传热面积和粒径成反比，传热能力和粒径成反比。在冷却过程中，熟料还存在从熟料颗粒中心向颗粒表面传导传热的过程，而熟料热传导系数很低，粒径大造成传导传热速率降低。在上述因素影响下，冷却过程中，粗大颗粒熟料的温度场分布很快进入并维持在“黑皮红心”状态，直至进入破碎机。有资料显示，粒径>100mm的熟料颗粒在任何篦式冷却机篦床上冷却<20min，均未达到设计要求的被冷却温度；冷却30min时，粒径20～30mm熟料颗粒平均温度40℃，>100mm的熟料颗粒平均温度为320℃，>150mm的熟料颗粒平均温度790℃，>250mm的熟料颗粒平均温度980℃。由以上分析可见，熟料粒度对篦冷机冷却效果和余热发电窑头锅炉废气温度的影响。

(3)篦冷机对窑头锅炉废气温度的影响

篦冷机是烧成系统的主要设备之一，其主要任务是冷却熟料和回收热能，为窑系统二、三次风提供热交换场所，对高温区段出窑熟料