内蒙古乌兰察布中联水泥有限公司拥有新型干法熟料生产线四条，其中日产2500t/d的三条、5000t/d的一条，均配套纯低温余热发电系统。其中，5000t/d熟料生产线配置AQC和SP余热锅炉各一台与9000kW的汽轮发电机组一套。5000t/d熟料生产线窑头熟料篦冷机排出的废气量约310000m³/h，废气温度约为320～380℃，排出的废气热量约折标准煤3.059t/h；窑尾预热器排出的废气量约320000 m³/h，废气温度约为320～350℃，扣除原料粉磨烘干所需约200℃的余热，窑尾用于发电的废气热量约折标煤2.318t/h。上述两部分热量，理论上应具有约8827kWh的发电能力。但自从2009年3月并网发电以来，发电量一直偏低，徘徊在6000kWh左右，达不到设计要求。余热锅炉的各项技术指标见表1、2。从表1、2可以看出：窑头锅炉出力明显不足，入窑头锅炉废气温度（余热烟气进口温度）偏低，锅炉蒸发量与设计值差异较大，导致余热发电量下降。因此，对窑头锅炉进行必要的技术改造，提高余热烟气进口温度是提高余热发电的重要举措之一。
2 余热发电热交换过程分析
余热发电锅炉由窑头锅炉（AQC炉）和窑尾（SP炉）锅炉组成。窑头锅炉由汽包、省煤器、蒸发器、高温过热器组成；窑尾锅炉由汽包、省煤器、蒸发器、低温过热器组成。热力系统由汽轮发电机组（N9-1.05）、凝汽器、除氧器、凝结泵、给水泵等组成。热交换过程如图1所示。
首先由除氧器将除过氧的锅炉给水经给水泵将锅炉给水打入窑头省煤器进行加热。其中一路进入窑头汽包，由汽包下降管分别进入蒸发器与篦冷机出口的废气进行热交换，通过吸、放热的过程加热锅炉给水，最后进入汽包经汽水分离产生的蒸汽进入窑头高温过热器。此时窑头废气的温度由350℃降到130℃。另一路给水经窑头省煤器进入窑尾省煤器再次换热，然后进入窑尾汽包；再由汽包下降管分别进入蒸发器与窑尾产生的废气进行热交换，通过吸、放热的过程加热锅炉给水，最后进入汽包经汽水分离器产生的蒸汽进入窑尾低温过热器。此时窑尾废气的温度由310℃降到225℃。从窑尾低温过热器出来的蒸汽进入窑头高温过热器，汇同窑头汽包分离出来的蒸汽混合后再次加热进入汽轮机做功发电，做功后的蒸汽冷凝后再由给水泵打入余热锅炉，依次循环加热做功。
通过对余热发电热交换过程的分析可知：提高余热发电量的重要途径有以下三个方面：
（1）提高入锅炉的废气温度；
（2）尽可能地降低余热烟气出口温度；
（3）提高汽轮机排气压力的真空度，减小端差热损，改善凝汽器的热交换效果。
3 提高余热发电量的技术措施
（1）我公司地处高寒、高海拔地区，环境温度较低，冰冻期长，年平均最低气温-4.4℃。而一级预热器外筒温度30～40℃，二级预热器外筒温度在40～50℃，散热量比较大。而且煤磨取风口设在窑尾，原煤水份比较大，烘干时所需要的废气温度也较高。当纯低温余热发电正常运行时，为了兼顾煤磨用风，旁路阀也不能全部关闭（开度一般在10%～20％）。因此，我们通过对5000t/d熟料线的一、二级预热器进行保温，提高入锅炉烟气温度。以此解决煤磨与余热发电“争风”的矛盾，措施简单可行，效果显著。
具体做法是：在一、二级预热器及连接风管外侧用100～150mm厚岩棉毡包裹，然后用0.6～0.8mm镀锌铁皮保护，通过采取体外保温措施，使得窑尾废气温度同比提高了20～30℃。
（2）在篦冷机上增加循环风管，提高余热利用率。其主要技术要点是：在窑头排风机出口提取小于或等于窑头AQC余热锅炉通风量的70～90℃的低热空气，通过管道与冷却机二、三段鼓风机串联，然后鼓入篦冷机中，从而构成热风从篦冷机→沉降室→AQC锅炉→窑头收尘器→窑头排风机→专用管道→篦冷机鼓风机→篦冷机的循环过程。在循环过程中空气是循环纽带，热量是循环携带对象。首先低热空气进入篦冷机与熟料进行热交换获得热能成为热空气，然后热空气进入AQC锅炉再将所获得的热能全部传递给工质，由于该循环过程中热损失量很少，因此大大提高了锅炉的余热利用率。
一般情况下循环风管的取风口有二种方案：一种方案是从电收尘入口取风，第二种方案是从排风机出口取风。为降低对熟料生产线的影响，我公司采取了第二种方案。同时为降低循环风管道阻力，管道布置应尽量取直，避免转弯，距离尽量缩短，篦冷机主循环风管布置在篦冷机鼓风机上方，与风机入口处相联。为防止循环风温度有可能偏高导致熟料冷却效果变差或特殊工况需要的操作调整需求，在入每台风机的循环风管上设有调节阀门，在与风机入口相联的三通管道上设有冷风阀门。循环风管调节阀门和三通管冷风阀门根据熟料冷却需求进行调控，以防止循环风对水泥窑操作带来的不利影响。
通过采取加装篦冷机循环风管的技术措施后入窑头锅炉废气温度同比提高约40～50℃，具体布置简图如图2所示。
（3）定期清洗凝汽器，提高汽轮机排气压力的真空度，减小端差热损。由于我公司余热发电的冷却塔所处的位置环境恶劣，水中杂物较多，尤其到了夏季，随着气温的升高，循环水的温度随之升高。对此，我们增设了胶球清洗装置，定期清洗凝汽器，改善了凝汽器的换热效果，减小了端差热损。汽轮机的排气压力真空度参数值可见表3。
（4）科学处理锅炉积灰，增强锅炉烟气的热交换效果。我公司窑尾锅炉积灰的清除，采用振打清灰方式。为增强与锅炉烟气的热交换效果，正常运行时始终保证连续稳定的卸灰。避免了锅炉内高温积灰、粉尘瞬间大量增加，集中排放而导致窑尾高温风机过负荷跳停的事故发生。窑头废气产生的积灰虽然经沉降室沉降后再进入锅炉换热管，但仍有很大一部分积灰进入锅炉本体，沉积在换热管上影响锅炉的换热效果，降低了锅炉出力。目前我们采用声波清灰装置处理积灰，效果显著。
4 使用实际效果评估
通过采取预热器一、二级保温措施，入SP锅炉烟气温度同比提高约25±5℃，可提高发电量约200kW/h；通过在篦冷机上增设循环风管，提高入AQC锅炉烟气温度约45±5℃，可提高发电量约600kW/h；通过改善凝汽器的换热效果、科学处理锅炉积灰等措施，可提高发电量约200kW/h左右。通过采取上述一系列的技术措施，5000t/d熟料生产线余热发电量同比提高约1000kW/h，吨熟料余热发电量从27kWh/t提高至32kWh/t，对降低熟料制造成本贡献重大。http://www.zblrrh.com
