鐘永輝

（四川川潤(rùn)動(dòng)力設(shè)備有限公司，四川成都 611730）

0 引言

旁路通風(fēng)技術(shù)（在窯尾和預(yù)熱器之間增加旁路通風(fēng)設(shè)備，以減少再循環(huán)和揮發(fā)性成分的濃度）是解決水泥生產(chǎn)原料和燃料中鉀、鈉、氯和硫等揮發(fā)性物質(zhì)排放問題的有效措施。旁路通風(fēng)技術(shù)在國(guó)外被廣泛使用，尤其是在美國(guó)，該技術(shù)通常用于生產(chǎn)低堿性水泥，但目前國(guó)內(nèi)對(duì)該技術(shù)的研究相對(duì)較少。

1 水泥窯堿旁路余熱鍋爐項(xiàng)目

1.1 項(xiàng)目背景

隨著水泥工業(yè)的快速發(fā)展，水泥生產(chǎn)所需的原材料和燃料資源越來越稀缺，在水泥生產(chǎn)過程中，原料和燃料中鉀，鈉，氯和硫的含量高，嚴(yán)重影響了水泥生產(chǎn)線系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

（1）造成窯尾煙室、切邊坡度、頸縮和底部旋風(fēng)分離器結(jié)垢和堵塞，在嚴(yán)重的情況下，會(huì)影響燃燒系統(tǒng)的穩(wěn)定性和正常運(yùn)行。

（2）影響水泥質(zhì)量。如果熟料的堿含量高，則堿骨料反應(yīng)會(huì)在混凝土中膨脹。美國(guó)ASTM 標(biāo)準(zhǔn)通常允許低堿水泥熟料的鈉含量不超過0.6%，并且目前不要求常規(guī)水泥的最大堿含量。但是，根據(jù)我國(guó)的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，如果熟料的堿含量超過13%，將會(huì)對(duì)熟料的質(zhì)量產(chǎn)生不利影響。

（3）如果水泥熟料中的氯含量高，混凝土鋼筋會(huì)腐蝕并影響其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。

因此，通過減少原料和燃料中的鉀、鈉、氯和硫等揮發(fā)性物質(zhì)，可以確保水泥生產(chǎn)線系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行和水泥熟料的質(zhì)量。

鑒于目前國(guó)內(nèi)和國(guó)際形勢(shì)，一種解決水泥生產(chǎn)中鉀、鈉、氯和硫揮發(fā)物問題的有效措施是旁通空氣釋放技術(shù)（即旁通空氣釋放）。

1.2 項(xiàng)目意義

水泥窯生產(chǎn)線旁路放風(fēng)工藝中放掉的部分煙氣因溫度高、灰塵含量大、有粘結(jié)性，一直處于零回收狀態(tài)。如果該部分煙氣被新型余熱鍋爐有效利用，不但能減少溫室氣體排放，還能進(jìn)一步降低水泥生產(chǎn)能耗，同時(shí)也為鍋爐廠提供了新的機(jī)遇。

因此，通過對(duì)堿旁路余熱鍋爐的設(shè)計(jì)、制造、安裝、調(diào)試、運(yùn)行的全方位、全周期的深入研發(fā)，不僅是順應(yīng)市場(chǎng)對(duì)提高鍋爐性能、實(shí)施技術(shù)創(chuàng)新的迫切需求，也是節(jié)約能源、合理利用資源、保護(hù)環(huán)境、緩解能源需求壓力、實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的需要。在行業(yè)內(nèi)開展資源節(jié)約和合理利用行動(dòng)，是樹立和落實(shí)科學(xué)發(fā)展觀的具體體現(xiàn)，對(duì)于緩解資源瓶頸制約、保護(hù)環(huán)境、保障經(jīng)濟(jì)平穩(wěn)發(fā)展具有十分重要的意義。

1.3 國(guó)內(nèi)外術(shù)水平分析

目前，旁路放風(fēng)技術(shù)在國(guó)外已得到較為廣泛的應(yīng)用，國(guó)內(nèi)應(yīng)用的水泥窯系統(tǒng)不多。

2 項(xiàng)目完成情況

2.1 項(xiàng)目概述

（1）項(xiàng)目名稱：印度SIL 10000T/D 余熱發(fā)電項(xiàng)目。

（2）項(xiàng)目配置：1 臺(tái)窯頭余熱鍋爐+1 臺(tái)窯尾余熱鍋爐+1 臺(tái)堿旁路余熱鍋爐+1 臺(tái)汽輪發(fā)電機(jī)組及其輔助系統(tǒng)，凝汽方式為空冷，總裝機(jī)容量為15 MW。

（3）項(xiàng)目地址：印度古吉拉特邦普杰市。

2.2 項(xiàng)目難點(diǎn)

（1）項(xiàng)目為國(guó)外項(xiàng)目，設(shè)計(jì)需滿足標(biāo)準(zhǔn)IBR 和ASME 相關(guān)要求。

（2）首臺(tái)帶旁路放風(fēng)鍋爐項(xiàng)目，公司無相關(guān)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，國(guó)內(nèi)沒有類似成功項(xiàng)目可以借鑒，其煙氣特性（灰塵含量特別大，含K、Na 離子有較強(qiáng)粘結(jié)性）導(dǎo)致項(xiàng)目存在一定風(fēng)險(xiǎn)。

2.3 項(xiàng)目進(jìn)度狀況

該項(xiàng)目從投標(biāo)到施工設(shè)計(jì)完成，歷時(shí)22 個(gè)月，期間因其他原因擱置約1 年半。期間，公司設(shè)計(jì)部就堿旁路鍋爐的特點(diǎn)進(jìn)行了資料收集、專家咨詢、實(shí)地考察等技術(shù)儲(chǔ)備工作，對(duì)新爐型的設(shè)計(jì)應(yīng)用做充足的準(zhǔn)備，力求將風(fēng)險(xiǎn)降到最低。主要工作概述如下：

（1）公司組織到貴州興義實(shí)地考察7500 t/d 水泥余熱鍋爐運(yùn)行情況，此項(xiàng)目與印度10000 t/d 項(xiàng)目有所不同，并沒有設(shè)置旁路放風(fēng)鍋爐，配置2 臺(tái)SP 爐+1 臺(tái)AQC 爐，考察的主要目的是學(xué)習(xí)大容量水泥線余熱鍋爐配置的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，該項(xiàng)目鍋爐由杭州鍋爐廠提供。現(xiàn)場(chǎng)對(duì)其結(jié)構(gòu)統(tǒng)計(jì)后與我公司鍋爐進(jìn)行了對(duì)標(biāo)、總結(jié)。

（2）公司組織到北京同對(duì)堿旁路鍋爐有相關(guān)經(jīng)驗(yàn)的專家進(jìn)行交流、學(xué)習(xí)，主要內(nèi)容總結(jié)：①由于堿旁路煙氣成分特殊，含有有害物質(zhì)氧化鉀、氧化鎂等，在高溫時(shí)煙塵具有較強(qiáng)的粘附力，長(zhǎng)期運(yùn)行會(huì)對(duì)受熱面造成堵塞，因此專家建議查清這些物質(zhì)的凝結(jié)點(diǎn)溫度，采取措施使其在進(jìn)入鍋爐受熱面前凝固，保證鍋爐正常運(yùn)行；②為將凝固后的顆粒分離出來，將冷凝段受熱面設(shè)計(jì)成臥式結(jié)構(gòu)，管排錯(cuò)列布置，并適當(dāng)將節(jié)距拉大，以防止煙塵搭橋?；叶吩O(shè)計(jì)在臥式受熱面下面，以便將凝結(jié)后的煙塵顆粒及時(shí)排出；③當(dāng)煙氣溫度降到380 ℃左右時(shí)，煙氣特性類似于窯尾SP 鍋爐，此時(shí)受熱面的布置形式和清灰方式可參照窯尾SP 鍋爐結(jié)構(gòu)；④堿旁路鍋爐的蒸汽出口溫度440 ℃建議調(diào)整為與窯尾SP、窯頭AQC 一致的蒸汽參數(shù)350 ℃，補(bǔ)入冷風(fēng)快速降低煙氣入口溫度，煙氣中有害物質(zhì)能較快達(dá)到冷凝溫度，避免粉塵高溫粘結(jié)搭橋。

3 項(xiàng)目總結(jié)

該項(xiàng)目為公司首臺(tái)帶堿旁路余熱鍋爐，且10 000 t/d 生產(chǎn)線項(xiàng)目也是首臺(tái)，國(guó)內(nèi)幾乎沒有成功經(jīng)驗(yàn)可以借鑒，大連易世達(dá)前期項(xiàng)目成功應(yīng)用案例較少，目前僅雙鴨山項(xiàng)目較為成功，因此設(shè)計(jì)時(shí)也將雙鴨山項(xiàng)目作為參考藍(lán)本。

堿旁路鍋爐主要風(fēng)險(xiǎn)是煙塵中含K、Na 具有強(qiáng)粘附性，容易造成風(fēng)道、鍋爐堵塞，導(dǎo)致鍋爐無法正常運(yùn)行。通過之前大量的考察、學(xué)習(xí)總結(jié)工作，目前堿旁路的結(jié)構(gòu)布置借鑒大連易世達(dá)雙鴨山成功運(yùn)行項(xiàng)目，采用倒U 形布置，且受熱面前同樣布置凝渣管擋灰。因該項(xiàng)目入口煙溫已冷卻至470 ℃（雙鴨山項(xiàng)目700 ℃），含塵粘結(jié)性已大幅降低，故后續(xù)受熱面清灰采用與窯尾相同的清灰方式——機(jī)械振打清灰。堿旁路余熱鍋爐布置如圖1 所示。

圖1 堿旁路余熱鍋爐布置

盡管通過多方努力力求將堿旁路余熱鍋爐方案做到最優(yōu)，但鑒于沒有實(shí)際工程應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，該項(xiàng)目仍存在一定的風(fēng)險(xiǎn)。

（1）鍋爐入口煙溫470 ℃的保證：旁路放風(fēng)的出風(fēng)溫度一般在900 ℃左右，本項(xiàng)目是通過摻冷風(fēng)來保證470 ℃的鍋爐入口煙溫，需要設(shè)計(jì)院保證廢氣進(jìn)入鍋爐時(shí)，冷熱風(fēng)的充分混合，避免混合不均進(jìn)入鍋爐造成受熱面高溫積灰粘結(jié)。

（2）鍋爐入口設(shè)置了凝渣管，由于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的限制，再結(jié)合入口煙氣溫度較高，機(jī)械振打裝置的效果有限，因此未配置機(jī)械振打裝置，后期運(yùn)行時(shí)可能會(huì)存在凝渣管受熱面積灰粘結(jié)現(xiàn)象。

（3）由于鍋爐入口設(shè)置了凝渣管，在鍋爐剛運(yùn)行時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)過熱器汽溫偏低現(xiàn)象，運(yùn)行一段時(shí)間后，凝渣管積灰粘結(jié)，過熱蒸汽溫度能回升，但后續(xù)可能存在由于凝渣管吸熱量降低，造成過熱器受熱面出現(xiàn)高溫灰粘結(jié)現(xiàn)象，需要積累實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。補(bǔ)救措施是在前幾組受熱面增加激波吹灰輔助。

（4）鑒于首次設(shè)計(jì)堿旁路放風(fēng)余熱鍋爐，雖然結(jié)合了專家的性能設(shè)計(jì)審查意見，并在受熱面設(shè)計(jì)布置時(shí)預(yù)留了較多余量，但仍然可能存在鍋爐運(yùn)行一段時(shí)間后，性能不達(dá)標(biāo)的情況。

（5）由于布置了較多的受熱面余量，可能在后續(xù)項(xiàng)目競(jìng)爭(zhēng)時(shí)，在鍋爐重量上處于劣勢(shì)，需要積累本臺(tái)余熱鍋爐的實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行優(yōu)化。

（6）鑒于旁路放風(fēng)廢氣中含有的鉀、鈉等堿金屬粒子，其粘結(jié)性很強(qiáng)，本鍋爐未設(shè)計(jì)機(jī)械振打清灰的效果有待實(shí)際運(yùn)行的驗(yàn)證。

4 結(jié)束語

印度SIL10000T/D 水泥窯余熱發(fā)電項(xiàng)目是公司首臺(tái)帶堿旁路的水泥窯余熱鍋爐項(xiàng)目，堿旁路鍋爐的成功運(yùn)行，將對(duì)公司今后的業(yè)務(wù)拓展具有重要意義。