水泥廠1號5000t/d生產(chǎn)線早期配套建設的7.5MW余熱發(fā)電工程，各項指標大大低于最新雙壓余熱發(fā)電技術，未能充分利用生產(chǎn)系統(tǒng)的余熱，發(fā)電功率尚有很大提升空間。在分析了生產(chǎn)過程中尚未被利用的余熱資源后，制定了余熱綜合利用方案。綜合改造后的機組發(fā)電功率可達9.9MW，比改造前高出約23%，經(jīng)濟效益顯著。

1　主要改造內(nèi)容

1）采用窯頭循環(huán)鼓風，提高AQC爐進口風溫，以增加鍋爐的產(chǎn)汽量。

2）采用窯筒體集熱罩回收高溫壁面散熱，作為窯尾低壓余熱鍋爐給水預熱器熱源。

3）增加窯尾低壓蒸汽系統(tǒng)，生產(chǎn)低壓蒸汽。

2　余熱條件

該生產(chǎn)線實際余熱情況見表1。

1）窯頭余熱

窯頭風具有如下特點：①窯頭廢氣不存在燃燒含硫燃料產(chǎn)生的煙氣酸露點腐蝕問題，溫度可降至95℃左右，實際運行可降至更低約85℃；②抽取的380~420℃廢氣進入窯頭AQC爐，近300℃的溫降足以支撐兩級壓力蒸發(fā)相變過程；③AQC爐還承擔著窯尾SP爐的給水任務，以減小SP爐傳熱溫差，提高機組經(jīng)濟性。因此，如何確保進入AQC爐的廢氣流量和溫度是確保雙壓系統(tǒng)達標達產(chǎn)的關鍵，并且提高AQC爐入口煙氣溫度是代價最小和最有效的優(yōu)化手段。

設置循環(huán)風利用可有效提高進入鍋爐的廢氣溫度。循環(huán)風取氣口設置在窯頭排風機出口，不但廢氣含塵量減小，而且取氣點壓力為微正壓，不需要額外增加循環(huán)風機，節(jié)省投資[1]。

現(xiàn)場運行表明，采用窯頭循環(huán)鼓風技術可將AQC爐入口煙氣溫度從380℃提高到約436℃，約提高56℃，可多回收余熱5　746.0kW ，多生產(chǎn)1.6MPa-380℃蒸汽約4t/h。

2）筒體余熱

根據(jù)現(xiàn)場對窯筒體外表面溫度監(jiān)測結(jié)果，回轉(zhuǎn)窯外表面高溫區(qū)溫度在200~350℃，通常用軸流風機進行冷卻，余熱散失到空氣中。

目前，一般采用窯筒體集熱罩進行熱量回收。該生產(chǎn)線回轉(zhuǎn)窯規(guī)格為Φ4.8m×72m，利用區(qū)間為6.5~14m、18.5~33.5m和34.5~42m，共30m。集熱罩設計參數(shù)見表2。

穩(wěn)定工作的回轉(zhuǎn)窯筒體可認為是壁溫恒定的大空間水平橫管，傳熱經(jīng)驗關聯(lián)式[2]為：

選定筒體長度為30m，在沒有集熱罩的條件下，散發(fā)到環(huán)境中的對流換熱和輻射換熱損失分別為691.8kW和1812.3kW，總計為2504.1kW。根據(jù)集熱罩設計經(jīng)驗和現(xiàn)場實際運行情況，集熱罩僅覆蓋筒體的上半部分，可有效利用這部分換熱總量的18.6%，可將約10t/h的給水從50℃加熱到90℃以上。

3）窯尾余熱

窯尾廢氣余熱除用于高壓SP爐產(chǎn)生蒸汽外，還要用于生料磨烘干，烘干煙氣溫度因原料含水量不同而異，一般在200℃左右。根據(jù)計算，該廠生料磨烘干溫度僅需190℃。

原窯尾高壓SP爐的排煙溫度在235℃左右，尚有235~190℃約45℃的煙氣溫降釋熱可利用，經(jīng)計算得可利用熱量為6704.8kW。

因此，在原SP爐后串聯(lián)一臺低壓SP爐，利用這部分余熱可生產(chǎn)0.45MPa-190℃低壓蒸汽約10t/h。

3　余熱綜合利用系統(tǒng)

3.1　煙氣流程

窯尾鍋爐采用雙壓系統(tǒng)，設高壓和低壓SP爐。C1出口約345℃煙氣依次流經(jīng)高/低壓SP爐，煙氣經(jīng)過換熱后溫度降為190℃左右，經(jīng)高溫風機進入生料磨烘干生料。

從窯頭抽取的420℃煙氣余熱經(jīng)過沉降室除塵后，進入AQC雙壓鍋爐溫度降至95℃后進入袋除塵器，經(jīng)窯頭排風機，一部分排入大氣，另一部分作為循環(huán)風通過窯頭冷卻風機進入篦冷機?？紤]到熟料需要在高溫下快速冷卻，因此只在篦冷機出料端附近的4個風機進行循環(huán)風利用。

3.2　汽水流程

對原有雙壓系統(tǒng)的改造主要是增加了窯尾低壓蒸汽系統(tǒng)，窯筒體集熱罩和低壓SP爐構(gòu)成了窯尾低壓蒸汽系統(tǒng)。

給水經(jīng)兩臺給水泵進入AQC爐公共省煤器加熱后分為兩部分，一部分進入高壓SP爐產(chǎn)生1.6MPa主蒸汽，一部分進入AQC爐高壓段產(chǎn)生1.6MPa主蒸汽，兩股主蒸汽匯入主蒸汽母管，到汽輪機做功發(fā)電；經(jīng)減壓進入AQC爐低壓段的給水，產(chǎn)生0.35MPa低壓蒸汽；經(jīng)減壓進入窯筒體輻射受熱面的給水，經(jīng)過低壓SP爐的蒸發(fā)段、過熱段產(chǎn)生0.35MPa低壓蒸汽，與AQC爐低壓蒸汽匯入低壓補汽母管，補入汽輪機做功發(fā)電。

4　運行情況及效益分析

綜合利用后，該余熱發(fā)電系統(tǒng)正常運行時，平均發(fā)電功率達到9.93MW，最低為9MW，最高為11.2MW，平均增加了1.93MW，取得了明顯的效益。