水泥生产需要较高的能源消耗。在水泥熟料煅烧过程中，由窑尾预热器、窑头熟料冷却机等排掉的400℃以下低温废气余热，其热量约占水泥熟料烧成总耗热量30％以上。将低温余热发电系统与水泥生产过程有机结合起来，能够大大降低水泥生产能耗，并带来巨大的经济、环保效益。但是随着发电系统投入运行时间增长，整个系统会出现各种问题，影响发电效率，本文结合某工程的改造，分析水泥窑余热发电系统中影响正常运行的各种问题及解决方案。
某水泥公司4500t/d熟料生产线窑头、尾配置两台立式锅炉及一台9MW汽轮发电机组。该余热发电系统由某设计研究院设计，主机设备锅炉由杭州锅炉集团股份有限公司生产制造，汽轮发电机组由洛阳中重发电设备有限责任公司生产制造。
目前SP锅炉入口废气温度在290℃左右，锅炉主蒸汽温度在285℃左右，锅炉出口温度205℃左右，锅炉蒸发量17t/h左右（设计值27t/h），SP锅炉出力严重不足，AQC锅炉入口温度长时间在360℃左右，锅炉主蒸汽温度在330℃左右，AQC锅炉蒸发量在27t/h左右，凝汽器的真空度在-96kPa左右，机组平均发电量维持在7.2MW左右。发电量偏低主要是由于SP锅炉蒸发量不足，同时由于SP锅炉蒸发量严重不足，导致主蒸汽压力偏低，严重影响到机组的发电量。水泥窑余热发电系统改造前的运行情况见表1。
2.1锅炉进口烟气温度低于设计值
SP锅炉长期运行温度都低于300℃。从其公司提供的最新热工标定来看，熟料温度为232℃,说明大量热量被熟料带走而没有得到充分利用。针对锅炉入口烟温偏低的情况，优化窑系统的操作，提高入炉温度。
2.2 SP锅炉换热效率降低
2.3 热力系统设计不合理
原系统设计为热力除氧，由凝结水泵出来的凝结水经低压省煤器加热后进入除氧器，除氧后的水由给水泵进入高压省煤器，高压省煤器的出水分别供给AQC、SP锅炉。此系统如图1所示。实际运行中并没有从分汽缸引入加热热源，低压省煤器出水只是进入除氧器扩容蒸发，再进入高压省煤器，此过程除氧效果不好，并且浪费热源。
2.4 锅炉管排爆管损坏
机组并网发电以来，截止目前已经投运8年时间。在锅炉投产前期纯水制取设备所制取的软化水电导率在50μs∕cm左右，软化水电导率较高直接导致锅炉补水电导率较高，锅炉在运行过程中炉水的电导率在400μs∕cm以上。电导率居高不下说明锅炉炉水的含盐量偏高，长时间运行锅炉内部容易结垢，热阻增加，传热效率下降，热量回收变少。另外，由于局部出现过热现象，容易造成爆管事故。截止改造前，SP锅炉省煤器和第六组蒸发器出现爆管现象；AQC锅炉一段和二段省煤器出现爆管现象。
2.5 影响发电量的其他问题
（1）AQC、SP锅炉排污阀门存在内漏现象
现场检查中发现两个锅炉排污箱均有明显蒸汽泄露情况，由于锅炉水质电导率较高，为保持炉水电导率在200μs∕cm以下，运行人员每天对锅炉定排两次，阀门在多次开关过程中出现内漏无法关严的现象，造成锅炉热量损失，效率降低。
（2）现场保温设施年久失修，锅炉散热损失较大
由于锅炉投运时间较长，且现场在多次检修过程中对部分保温设施进行拆除未及时恢复，部分检修人孔门、阀门无保温，锅炉本体特别是入口处保温效果差，保温铁皮温度较高，造成了不必要的散热损失，降低锅炉热效率。
汽轮机设计进汽压力为1.2MPa，在实际运行过程中，由于锅炉系统的出力不足，故汽轮机降压运行。一般将进汽压力控制在0.9MPa左右运行，降压运行会造成汽轮机末级叶片处蒸汽的湿度增加，加速蒸汽对叶片的冲刷磨损程度，长时间运行影响汽轮机的安全使用寿命。
（4）真空度低
在检修期间业主针对凝汽器铜管进行了高压水枪冲洗，并对冷却塔填料进行了更换，目前冷却水泵运行一台，排汽室温度维持在41℃左右，对应真空度为-93.5kPa，总体来说真空情况不佳，随着环境温度的升高真空有下降趋势。循环冷却水补水电导率在250μs∕cm左右，循环倍率控制在3.5左右，循环水电导率在900μs∕cm 以上，水路循环系统结垢情况较明显。
3.1 锅炉管排爆管整改
由于锅炉已运行8年时间，且现场运行管理不善，锅炉炉水电导率较高，存在结垢腐蚀等隐患，导致锅炉换热管在后期运行中出现爆管事故。鉴于锅炉运行年限长，改造过程中对SP锅炉第六组蒸发器和AQC锅炉三组省煤器进行整体更换。
3.2 提高发电量的其他措施
（1）旁路漏风整改
针对旁路挡板需要保持一定开度放灰从而避免塌料情况，对窑系统进行检查分析，确定塌料原因，再针对性地进行改善。针对蝶阀卡涩的现象，此次改造将烟道挡板阀一起更换为百叶阀，针对窑系统可能存在漏风问题进行检查处理，确保无冷风进入降低换热效率，同时对旁路挡板进行“三对应”校对，确保在全关闭状态下能关严，不泄漏，提高锅炉进风量，使窑系统的余热能全部被利用。
（2）锅炉联箱和振打处漏风整改
由于换热管间的间隙较小，无法对锅炉壳体与换热管进行密封，在外置的联箱外增加罩壳，将整个联箱罩起来，从而达到封堵漏风的效果，封堵后可提高锅炉中烟气的温度，增加锅炉蒸发量。振打装置漏风需要在日常运行中进行维护，及时检测密封情况，发现一处封堵一处，做到及时处理，避免多处漏风导致锅炉换热效率下降。
（3）锅炉排污阀门内漏和仪表不准等问题整改
运行过程中针对锅炉排污阀门进行检查，有内漏的阀门做好标识，并提前采购好备件，在停炉检修时进行更换。同时对系统运行中各测点进行核查，统计出显示不准确的测点，分析判断不准确的原因，处理后测点的跑冒滴漏问题，更换损坏的仪表，确保显示准确。
（4）现场保温问题整改
在运行过程中对保温不良部位进行统计，申报检修计划购买保温棉及保温铁皮等材料，利用停炉检修机会对保温不良部位进行改造，确保锅炉换热效率。
（5）主蒸汽压力偏低
主蒸汽压力偏低主要是由于锅炉的蒸发量不足造成系统蒸汽压力偏低，在处理锅炉系统漏风及更换换热管后，尽量提高主蒸汽的压力，减小蒸汽对叶片的冲刷磨损。
（6）真空较低整改
降低循环冷却水温度。在运行过程中由于环境温度持续升高，凝汽器进出口水温偏高，增开一台冷却水泵，增加冷却水量，同时调整冷却风扇的频率，增加冷却风量，控制电机电流在额定范围之内。
提高冷却水水质。由于原水的水质较差，且地处西北部，原水资源短缺，无法通过增加排污量改善循环水水质，增加一套电化学处理装置，在改善循环水水质的同时，可以有效地减少循环水排污量，缓解原水供应短缺问题，提高经济效益。
（7）加药除氧
针对除氧器现在运行状况，改为加药除氧，以节约使用热源，同时进行工艺系统优化。凝结水泵出来的凝结水直接进入给水泵，给水泵的给水先进入低压省煤器，然后将低压省煤器出口管道接到高压省煤器的进口管道上，直接形成一组完整的省煤器。按上述方案改造省煤器后，可将现有给水温度从163℃提高到167℃,节约一部分热源。
改造后对系统进行热工标定，总体符合改造要求，总蒸发量增加11t/h，发电功率增加约1400kW，达到预期效果[3]。项目改造后运行情况见表2。
综上所述，锅炉系统的改造和能效提升是一项系统工程，要结合现场情况抓住每一个细节进行合理地提升，各个细节的改善都有可能对锅炉能效带来很大的提高，提高系统出力也是水泥窑余热发电系统效能提高的重要方向[4]。另外，锅炉水质不良将会对锅炉运行产生较大的影响，会导致锅炉传热率降低、受热面损坏。抓好锅炉水质管理工作，是锅炉长期安全、稳定运行的根本保证，也是锅炉日常管理中重要的工作之一。
作者：周安锴
工作单位：芜湖海创实业有限责任公司
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