窑头锅炉进口烟气温度低原因浅析

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窑头锅炉进口烟气温度低原因浅析

水泥行业是我国传统的高耗能产业，其耗能达到了建材行业耗能的75％，而建材行业作为仅次于冶金、化工的第三大耗能大户，占全国总能耗的7％左右。水泥熟料生产线纯低温余热发电技术是利用窑头熟料冷却机在冷却物料过程中产生的废气和窑尾预热器出口废气，通过余热锅炉产生过热蒸汽，过热蒸汽推动汽轮机做功发电。某5000t/d水泥熟料生产线配套余热发电项目，由于水泥熟料线窑头锅炉(以下简称AQC锅炉)进口烟气温度低、锅炉出口主蒸汽温度低，造成AQC锅炉不能正常投运。本文针对AQC锅炉进口烟气温度低的问题，浅析原因并提出处理措施，以期对大家有所帮助。

01项目背景

某5000t/d水泥熟料线项目，配套9MW余热发电机组，取气口在篦冷机中部，AQC锅炉进口设计烟气参数为：烟气量(标况)240000m3/h，烟气温度380℃；要求产生主蒸汽温度为300～360℃。AQC锅炉烟气工艺流程见图1。

图1 AQC锅炉烟气工艺流程

技改后，由于AQC锅炉进口烟气温度仅200℃(远低于设计值380℃)，使得锅炉出口主蒸汽温度低，造成AQC锅炉不能正常投运。业主认为，水泥中控值班员的操作调整没问题，烟气温度低是取风口取在零压点，导致锅炉进口烟气温度低。

02原因浅析

针对AQC锅炉进口烟气温度低的问题，经现场技术交流和实地观察，发现该问题集中在零压点位置、旁路阀开度、篦冷机篦速和风量等方面：

(1)零压点位置。水泥熟料线零压点即烧成系统用风和余风旁路排风的分界面，是窑尾高温风机和窑头排风机的压力平衡点。参考现场O₂和CO两个气体分析仪的数值来判断，现场两个分析仪布置在窑尾燃烧室和C5级预热器，数值见表1。从表l中可以看出O₂分析仪的数值明显偏高，说明高温风机出力大，零压点位置向窑尾方向移动，这也说明窑头排风机和高温风机等工况调整会改变零压点位置，即零压点是动态平衡点。

表1 气体分析仪的参数值

基于此，对零压点位置调整，发现AQC锅炉进口烟气温度没变化，故零压点位置不是造成锅炉进口烟气温度低的主要原因。

(2)旁路阀开度。AQC锅炉在篦冷机取气口取出的烟气，既有篦冷机二段的高温烟气，也有篦冷机三段的低温烟气，是这两部分烟气热量的总和，锅炉进口烟气温度高低与此热量密切相关。锅炉进口烟气温度低，经常会采用开启余风管道旁路阀的措施来提高烟气温度，原因在于：开启旁路阀可使篦冷机三段的部分低温烟气从旁路管道排出(排放量与阀门开度有关)，低温烟气量少了，烟气品质得以提升，锅炉进口的烟气温度就会升高。但由于旁路管道阻力远小于烟气通过锅炉本体和进出口烟道的阻力之和，该阀打开后，烟气温度暂时有所升高，但总的热量减少了，这使得锅炉出口的主蒸汽温度暂时会升高、最终仍是在降低。结果为提高锅炉出口主蒸汽温度，需不断增加旁路阀开度，最终主蒸汽温度越调越低，达限值后，AQC锅炉解列。

因此，为提高AQC锅炉出口主蒸汽温度，旁路阀开启仅是辅助操作，不作为主调整措施。

(3)篦冷机篦速和各段风量。现场与水泥中控值班员交流发现：熟料线按额定负荷生产时，篦冷机各段篦速均为19.5次/min；篦冷机各段对应篦冷风机负荷均为70％。

余热发电投运前，篦冷机篦速和冷却风量仅需满足：1)熟料骤冷，2)篦冷机出口熟料温度满足要求即可；且余风管道烟气温度低，有利于窑头收尘器的安全运行。余热发电投运后，既需满足上述两个条件，同时希望AQC锅炉取气口烟气温度高，这需对篦冷机篦速和篦冷风机风量进行调整。

03调整措施

综上所述，调整篦冷机篦速和各段风量是提高锅炉进口烟气温度的根本措施。结合取气口在篦冷机二段前端的设计，调整如下：

1)降低篦冷机一、二段篦速(篦冷机一段篦速18.45次/min，篦冷风机出力由50％至100％；篦冷机二段篦速17.7次/min，篦冷风机出力由35～40Hz)，即增加熟料的料层厚度；同时增大对应篦冷风机的鼓风量，从而既满足了熟料骤冷的需要，也增强了一、二段的换热强度和换热量，可有效提高锅炉进口的烟气温度。

2)增加篦冷机三段篦速(篦冷机三段篦速21.4次/min，篦冷风机出力由35～20Hz)，即减小熟料的料层厚度；同时降低对应篦冷风机的鼓风量，该操作使篦冷机出口熟料温度达到要求，又避免了冷却风过量的现象，提高了锅炉进口的烟气温度。

AQC锅炉旁路阀开度由100％关至20％，窑头风机出力由38～35Hz。

调整后，AQC锅炉进口烟气温度由200℃上升，2h后沉降室温度升至334℃，AQC锅炉出口主蒸汽温度逐渐升高，达并汽条件后，AQC锅炉并汽投运后，机组负荷由原来SP锅炉单独运行时的3Mw增至5.5Mw。旁路阀开度由20％逐渐关至0％，机组增负荷至7.8MW。图2是该项目沉降室温度上升至334℃时，烧成窑头及熟料输送的DCS画面。

图2 烧成窑头及熟料输送DCS画面

04结语

AQC锅炉出口主蒸汽温度正常，需水泥窑系统生产稳定，且满足5000t/d的生产要求，从而保证AQC锅炉在设计参数下运行；同时值班员也需积极改变操作思路，在水泥生产和余热发电之间探索新运行参数。由于窑头篦冷机调整比较复杂，值班员可从篦冷机料层厚度、冷却风机鼓风量以及窑头排风机抽力等着手调整，在满足熟料冷却的前提下，尽可能提高取风温度和取风量。


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