一、 概述
1.1 项目介绍：
水泥工业发展到今天，工艺和设备技术水平有了长足进步，尽管水泥生产过程的热耗(燃煤)较以前下降了许多，但由于水泥窑的规模大，废气排量巨大，因此废气余热量仍然很大，如果能将这些热量回收用于发电，其发电量相当可观。水泥窑的废热排放主要集中在窑头冷却机和窑尾预热机排放的废气，其中预热机的废气还要用于原料烘干，我们利用预热机的废气只能在回收其热量后将它的温度降至250℃，而冷却机的废气不作其他用途，我们要充分利用其热量，回收热量后，它的排气温度可降至约90℃。因此，在充分考虑工艺流程和生产需要的基础上，结合母公司花莲厂二十年来在余热发电方面积累的丰富建设和运行经验，决定采用日本JFE公司的系统。该项目进展分两期完成：第一期工程为一、二窑余热发电项目自2004年12月破土动工，于2006年3月7日并网发电;第二期工程为配合三号窑2007年7月投产，锅炉热气于同年8月12日并入。
1.2 工艺流程：
目前系统将三套窑的废热回收合并发电，为了回收窑头冷却机的废热，设置AQC锅炉(每套窑各一套)，AQC锅炉设计为水平管式强制循环锅炉，带汽水鼓，废气垂直方向通过锅炉，锅炉依废气流向依次布置过热器、蒸发器和节热器;由于冷却机废气粉尘为熟料颗粒，粘附性不强，除尘方式采用自然沉降不使用机械振打装置，在AQC锅炉之前设置了旋风筒，降低熟料粉尘对锅炉的影响。
在窑尾预热机设置SP锅炉(每套窑各一套)，SP锅炉采用垂直管式强制循环锅炉，带汽水鼓，废气水平方向通过锅炉，锅炉依废气流向依次只设过热器和蒸发器，以使锅炉出口废气温度能达到250℃，用于原料干燥;预热机废气粉尘为生料粉，粘附性较强，故SP锅炉设置机械振打装置来解决粉尘附着的问题。为充分回收热能，系统配置了高、低压闪蒸器，采用能使用不同压力和温度参数的汽轮机。其中一、二号水泥生产线配置一套高、低压闪蒸器，而三号水泥生产线又配置一套高、低压闪蒸器，采并联方式运行。闪蒸技术在水位控制方面较复杂，尤其在三套窑共用一套涡轮发电机时互相影响的因素就更多了，但本系统采用了高度自动化控制系统，且完全掌控三套蒸汽共推一套涡轮发电机的复杂控制问题。其简要流程图如下(图一)：
图一
二、实际操作及改善措施
目前国内在水泥生产线余热发电技术也较成熟，一般的水泥生产线余热发电站配置情况基本是一条水泥生产线配一套涡轮机及发电机，或者是两条水泥生产线配一套涡轮机及发电机，很少有三条水泥生产线配一套涡轮机及发电机，而本公司的余热发电站就是将三条水泥生产线共配一套涡轮机及发电机，并且为了充分降低窑头的废气温度，增设了两套高、低压闪蒸器来辅助发电。我们通过在从两条水泥生产线配一套涡轮机及发电机的配置运行操作到今天的三条水泥生产线配一套涡轮机及发电机系统的操作中得出许多实践操作经验，现就操作方面有如下几种情况以及相应的应变方式：
第一种为闪蒸器管路内的水锤现象：
在水泥生产线上的余热发电站比较容易发生水锤现象的应该是在补水管路内。就本厂而言，就是当#1AQC或#2AQC锅炉停炉时，其本身节热器出口水温会逐步下降，而另外一套AQC锅炉正常运转中，使得进入#1高压闪蒸器的两条管路水温相差越来越大，在冷、热水相遇时就会发生水锤现象,对此本公司在节热器到#1高压闪蒸器控制阀前各安装一电动阀做自动控制排低温水至冷凝器,即回收了冷凝水，且确保了没有水锤现象发生。具体流程如下(图二)中151.17、151.18和351.17马达控制阀所示。
第二种为配合三号窑锅炉并入增加#2高、低压闪蒸器之后的水位控制问题：
原#1、#2水泥生产线的蒸汽共推一套涡轮机的配置，加上第三条水泥生产线的蒸汽并入，使得控制方面更是错综复杂，特别是配合#3AQC节热器而增设的#2高、低压闪蒸器的水位控制。当只有第一和第二条水泥生产线时，锅炉给水泵的水源只有#1低压闪蒸器和真空冷凝器两处，所以只要用控制阀(LV422)来控制#1低压闪蒸器的水位即可达到整个水系统的稳定。控制阀(LV422)的控制原理为：当#1低压闪蒸器的水位低于设定值时，自动调节控制阀LV422开大点，使得锅炉给水泵的水源从真空冷凝器处来较多，从而保持#1低压闪蒸器水位达到稳定效果。加入#2高、低压闪蒸器之后，锅炉给水泵的水源就多了#2低压闪蒸器，而控制阀LV452的控制原理如同控制阀LV422一样。也就是控制阀LV422控制#1低压闪蒸器水位，而控制阀LV452控制#2低压闪蒸器水位。这样的话使得#1、#2低压闪蒸器的水位永远在忽高忽低的频繁变化，导致整个余热发电站的水位都无法自动控制。本公司经试验将控制阀LV452保持在全关不做自动控制用，只有通过一个控制阀LV422来调节#1低压闪蒸器水位，而#2低压闪蒸器的水位随#1低压闪蒸器水位升降，即靠补水连通管取得平衡达到水位控制。具体流程如下(图二)所示。
第三种为#2高压闪蒸器内部压力的建立及水位控制：
在三条水泥生产线均正常运转时，对应的余热发电站各锅炉也能正常运转，但当第三条水泥生产线需要停修而再重新开机时，对应的#2高压闪蒸器水位控制就较困难。因为在#1、#2低压闪蒸器有了直接连通的管路，使#1、#2低压闪蒸器内部压力相等，这时#2低压闪蒸器内部压力就大于#2高压闪蒸器,因无法形成正常补水回路致#2高压闪蒸器水位无法建立，所以在#2高压闪蒸器内部压力没有大于#2低压闪蒸器时，其水位无法自动控制。故在第三条水泥生产线开机时，须利用旁路控制阀(LV431b)直接排放到真空冷凝器的管路来调节#2高压闪蒸器水位,通过节热器出口水温的上升，再经过#2高压闪蒸器循环加热，使#2高压闪蒸器内部压力逐步上升到大于#2低压闪蒸器时，将排放到真空冷凝器的控制阀LV431b关闭,让#2高压闪蒸器水位由控制阀LV431a经#2低压闪蒸器自动控制。通过#3AQC节热器出口水温度不断地提高，至#2高压闪蒸器内部压力继续上升到正常值，完成#2高压闪蒸器的压力建立。具体流程如下(图二)所示。
图二
三、总结
综上所述，闪蒸复合发电技术是一种能量最大限度地利用，也是将常规发电站无法利用的部分低品质低温热能，通过闪蒸系统生产出饱和蒸汽，与过热蒸汽一起进入多参数混合涡轮机作功发电，从而增加余热发电系统的发电效率。并且本公司为节约成本，在原二条水泥生产线的热气供一涡轮机发电的基础上再增加第三条水泥生产线的热气合并发电，更加充分地利用了有限的能源,在操作上通过多次实际证明完全可以控制以上情况的发生。同时我们也相信通过广大专家不断地现场实践和摸索总结出更多的经验，将来的水泥生产线上余热发电站在工艺和自动化控制方面都有着不可估量的发展前景。
原标题：闪蒸技术余热发电在3×5000T/D水泥生产线上的运用及操作
