水泥窯純低溫余熱發(fā)電的若干問題

一、前言
    隨著水泥工業(yè)工藝及裝備技術(shù)水平的提高，近幾年內(nèi)，我國(guó)新型干法水泥生產(chǎn)技術(shù)得到了飛躍式的發(fā)展，其不但通過技改、新建投產(chǎn)了百數(shù)十條2500t/d級(jí)、5000t/d級(jí)、6000t/d級(jí)及10000t/d級(jí)新型干法水泥熟料生產(chǎn)線，同時(shí)，水泥生產(chǎn)的綜合能源耗也降低至：熱耗為每公斤熟料3010kJ～3560kJ、電耗為每噸水泥85kWh～95kWh。對(duì)于上述規(guī)模的新型干法水泥熟料生產(chǎn)線，通過窯頭熟料冷卻機(jī)及窯尾預(yù)熱器排出的可回收并用于發(fā)電的廢氣余熱（不含水泥生產(chǎn)過程中原燃料烘干而回收利用的廢氣余熱）,其所占水泥熟料總耗熱量的比例也降低為22%～27%，兩部分廢氣溫度降至了350℃以下。
   上述規(guī)模的新型干法水泥熟料生產(chǎn)線的綜合能耗有了較大幅度的降低，但由于水泥窯規(guī)模的擴(kuò)大，窯頭熟料冷卻機(jī)及窯尾預(yù)熱器排出的廢氣余熱量仍然很大,以5000t/d水泥熟料生產(chǎn)線為例：
窯頭熟料冷卻機(jī)排出的廢氣：約310000Nm3/h—200~250℃，排掉的廢氣熱量約折標(biāo)準(zhǔn)煤3.059t/h；
窯尾預(yù)熱器排出的廢氣：約320000Nm3/h—320~350℃，扣除水泥生產(chǎn)過程中原燃料烘干所需的約200℃廢氣余熱外，排掉的廢氣熱量約折標(biāo)準(zhǔn)煤2.318t/h。
    上述兩部分被排放掉的熱量，根據(jù)其溫度,理論上具有約8827kW的發(fā)電能力，占水泥生產(chǎn)總耗電的40～43%。
    水泥生產(chǎn)的特點(diǎn)，一方面消耗相當(dāng)數(shù)量的電能，另一方面又有大量的廢氣余熱被排放掉，因此，研究、開發(fā)、推廣應(yīng)用低溫廢氣余熱發(fā)電技術(shù)，將水泥熟料煅燒過程中產(chǎn)生的低溫廢氣余熱轉(zhuǎn)換為電能而回用于水泥生產(chǎn)，對(duì)于進(jìn)一步降低水泥生產(chǎn)綜合能耗、節(jié)約能源、提高水泥生產(chǎn)企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益有十分重要的意義。
二、我國(guó)純低溫余熱發(fā)電技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀
    我國(guó)開展新型干法水泥窯低溫廢氣余熱發(fā)電技術(shù)及裝備的研究、開發(fā)、推廣應(yīng)用工作始于1989年，經(jīng)過多年的努力，目前形成了二種低溫余熱發(fā)電技術(shù)：其一為帶補(bǔ)燃鍋爐的技術(shù)，自1992年，利用此項(xiàng)技術(shù)，國(guó)內(nèi)共計(jì)有22家水泥廠、37條新型干法水泥窯（一條5000t/d、一條4000t/d，其它為700～2500t/d的新型干法水泥窯）建設(shè)、投產(chǎn)了27臺(tái)總裝機(jī)366MW的帶補(bǔ)燃鍋爐的低溫余熱電站；其二為純低溫余熱發(fā)電技術(shù)，自1996年，利用此項(xiàng)技術(shù)，國(guó)內(nèi)共計(jì)有4家水泥廠、3條新型干法水泥窯、1條預(yù)熱器窯投產(chǎn)了4臺(tái)總裝機(jī)19.48MW的純低溫余熱電站。
    作者將專文介紹我國(guó)帶補(bǔ)燃鍋爐的低溫余熱發(fā)電技術(shù)及裝備情況，本文僅通過跟蹤研究分析已投產(chǎn)的四個(gè)純低溫余熱電站的生產(chǎn)運(yùn)行情況，提出國(guó)內(nèi)純低溫余熱發(fā)電技術(shù)及裝備所存在的若干問題，供同行參考、討論。
    國(guó)內(nèi)上述四個(gè)水泥廠的純低溫余熱電站具體情況如下：
    1、水泥窯規(guī)模、電站裝機(jī)、余熱取熱方式、蒸汽參數(shù)
    四個(gè)水泥廠水泥窯規(guī)模、電站裝機(jī)、余熱取熱方式、蒸汽參數(shù)情況見表1。
    表1：四個(gè)水泥廠的水泥窯規(guī)模、電站裝機(jī)、余熱取熱方式、蒸汽參數(shù)表

2、四個(gè)水泥廠余熱電站熱力系統(tǒng)構(gòu)成
    四個(gè)水泥廠的余熱電站熱力系統(tǒng)構(gòu)成分別見圖1、圖2、圖3、圖4。
     
     
          
3、四個(gè)水泥廠余熱電站生產(chǎn)運(yùn)行情況
    海螺寧國(guó)水泥廠余熱電站，設(shè)計(jì)計(jì)算及發(fā)電裝機(jī)均為6480kW，自1997年投入運(yùn)行以來(lái)，運(yùn)行情況一直很好，其平均實(shí)際發(fā)電功率約為7200kW。由于較好地解決了余熱鍋爐的漏風(fēng)、積灰、清灰、磨損等問題，余熱電站投入運(yùn)行后，對(duì)水泥窯的生產(chǎn)運(yùn)行幾乎未產(chǎn)生不良的影響，電站運(yùn)轉(zhuǎn)率大于水泥窯運(yùn)轉(zhuǎn)率的90%，達(dá)到并超過了設(shè)計(jì)指標(biāo)要求。
    廣西柳州水泥廠余熱電站，設(shè)計(jì)計(jì)算發(fā)電功率為6700kW，發(fā)電裝機(jī)為7500kW(汽輪機(jī)為國(guó)內(nèi)汽機(jī)制造廠由標(biāo)準(zhǔn)冷凝12MW汽輪機(jī)改造而成)，自2004年7月投入運(yùn)行以來(lái)，運(yùn)行情況基本正常，目前實(shí)際發(fā)電功率約為5300kW。也由于較好地解決了余熱鍋爐的漏風(fēng)等問題，余熱電站投入運(yùn)行后，對(duì)水泥窯的生產(chǎn)運(yùn)行基本上未產(chǎn)生不良影響。因電站汽輪機(jī)組及熱力系統(tǒng)配置的原因，使實(shí)際發(fā)電功率未達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)要求。
    對(duì)于江西萬(wàn)年水泥廠余熱電站，其設(shè)計(jì)計(jì)算發(fā)電功率應(yīng)為3600KW，由于受國(guó)產(chǎn)機(jī)組容量的限制，發(fā)電裝機(jī)選定為3000kW（為國(guó)產(chǎn)背壓式汽輪機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)后置機(jī)組），設(shè)計(jì)發(fā)電功率為2800kW。自1997年投入生產(chǎn)運(yùn)行以來(lái)，因熱力系統(tǒng)的構(gòu)成、窯頭冷卻機(jī)取熱方式及余熱鍋爐本身存在的問題未能很好解決，電站的生產(chǎn)運(yùn)行一直處于不理想狀態(tài)，其電站實(shí)際發(fā)電功率約為1700～2200kW，未能達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)要求。
    上海萬(wàn)安余熱電站，其設(shè)計(jì)計(jì)算發(fā)電功率為1800kW，受國(guó)產(chǎn)機(jī)組的限制，發(fā)電裝機(jī)選定為2500kW。自2003年投入生產(chǎn)運(yùn)行以來(lái)，運(yùn)行情況基本正常，目前實(shí)際發(fā)電功率約為1700kW。因較好地解決了鍋爐漏風(fēng)等問題，對(duì)水泥窯的生產(chǎn)運(yùn)行基本上未產(chǎn)生不利影響。該電站汽輪機(jī)組是由國(guó)內(nèi)背壓式汽輪機(jī)的后置機(jī)通過增開低壓補(bǔ)汽口改造而來(lái)。該機(jī)組由于未能很好地考慮低壓蒸汽補(bǔ)進(jìn)汽輪機(jī)后汽機(jī)本體通流部分及補(bǔ)汽的配汽調(diào)整措施、汽機(jī)各進(jìn)汽閥門間保護(hù)關(guān)系的調(diào)整措施（速關(guān)閥問題）、適應(yīng)補(bǔ)汽量及補(bǔ)汽壓力和溫度變化范圍較大的措施等問題，造成AQC爐低壓段生產(chǎn)的低壓汽向汽機(jī)補(bǔ)汽很困難，或補(bǔ)進(jìn)去后汽機(jī)運(yùn)行的安全穩(wěn)定性受到很大影響。如果低壓汽能夠正常補(bǔ)入汽機(jī)，其實(shí)際發(fā)電功率是可以達(dá)到或超過設(shè)計(jì)能力的。
三、純低溫余熱發(fā)電技術(shù)及裝備目前存在的主要問題
根據(jù)上述四個(gè)水泥廠余熱電站的實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行情況，筆者認(rèn)為，就我國(guó)純低溫余熱發(fā)電技術(shù)及裝備而言尚存在如下問題：
    1、已投產(chǎn)的四個(gè)余熱電站，窯尾預(yù)熱器均為四級(jí)，窯尾廢氣溫度在360～420℃之間。因廢氣溫度較高，為主蒸汽參數(shù)的選定提供了較大空間，也為采用國(guó)產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)型汽輪機(jī)組創(chuàng)造了條件。當(dāng)窯尾預(yù)熱器為五級(jí)或六級(jí)，即窯尾廢氣溫度為280～350℃時(shí)，由于廢氣溫度低，生產(chǎn)的蒸汽壓力、溫度及發(fā)電能力也低，相應(yīng)地存在著如何選擇主蒸汽參數(shù)及利用國(guó)內(nèi)現(xiàn)有低壓汽輪機(jī)如何調(diào)整熱力系統(tǒng)或余熱鍋爐參數(shù)配置問題。
    2、熱力系統(tǒng)問題
    已投產(chǎn)的四個(gè)余熱電站，其熱力系統(tǒng)全部采用AQC爐、SP爐水系統(tǒng)串聯(lián)方式，其中江西萬(wàn)年不但水系統(tǒng)串聯(lián)，蒸汽系統(tǒng)也為串聯(lián)。對(duì)于這種串聯(lián)系統(tǒng)：
    （1）由于AQC、SP爐水或汽系統(tǒng)串聯(lián)，而AQC爐利用的是窯頭冷卻機(jī)廢氣、SP爐利用的是窯尾廢氣，當(dāng)窯廢氣參數(shù)波動(dòng)時(shí)，兩臺(tái)爐間互相影響，運(yùn)行調(diào)整較為困難。
    （2）當(dāng)AQC爐出現(xiàn)故障時(shí)，要么整套電站全部停運(yùn)，要么向SP爐汽包直接補(bǔ)給冷水而對(duì)SP鍋爐的安全運(yùn)行及使用壽命造成影響。
    （3）對(duì)于小于200℃低溫廢氣余熱的回收，日本KHI的海螺寧國(guó)系統(tǒng)采用的是：AQC爐主蒸汽段排出的200℃以下低溫廢氣設(shè)置生產(chǎn)150～180℃的熱水段，生產(chǎn)的熱水再分級(jí)（分為串聯(lián)兩級(jí)）閃蒸擴(kuò)容出不同壓力的低壓飽和蒸汽并分別補(bǔ)入汽輪機(jī)的方式。這種方式一方面對(duì)汽輪機(jī)的要求（末級(jí)葉片帶水及補(bǔ)汽在汽機(jī)通流部分的配汽問題等）很高，國(guó)產(chǎn)機(jī)組能否滿足要求尚需進(jìn)一步實(shí)踐；另一方面，系統(tǒng)比較復(fù)雜，就國(guó)產(chǎn)調(diào)節(jié)閥及執(zhí)行器而言，實(shí)行串聯(lián)并分級(jí)調(diào)整是比較困難的。
    3、窯頭熟料冷卻機(jī)廢氣取熱問題
    在四個(gè)已投產(chǎn)的電站中，除江西萬(wàn)年外，其它三個(gè)電站的窯頭熟料冷機(jī)廢氣取熱方式均為：在熟料冷卻機(jī)中部補(bǔ)開廢氣排放口，其排出的廢氣量為冷卻機(jī)總排廢氣量的50%左右，溫度為350～380℃，廢氣經(jīng)初步收塵后進(jìn)入AQC爐，由AQC爐生產(chǎn)主蒸汽及高溫?zé)崴蚱麢C(jī)的低壓補(bǔ)汽（在此三個(gè)電站中，廣西柳州僅生產(chǎn)主蒸汽），AQC爐排出的廢氣再與冷卻機(jī)尾部排出的剩余廢氣混合后進(jìn)入窯頭原有的廢氣收塵器，冷卻機(jī)尾部排出的剩余廢氣量降為冷卻機(jī)總排廢氣量的50%，溫度降至180℃以下。經(jīng)三個(gè)電廠的生產(chǎn)運(yùn)行實(shí)踐證明此種取熱方式是穩(wěn)定可靠的，問題是需與水泥工藝及設(shè)備專業(yè)進(jìn)一步結(jié)合，研究確認(rèn)：①在保證不影響冷卻機(jī)及窯運(yùn)行的條件下，能否將冷卻機(jī)的廢氣排放方式徹底改變，以進(jìn)一步提高廢氣溫度、進(jìn)一步加大高溫廢氣排放量，相應(yīng)地冷卻機(jī)尾部的廢氣排放量進(jìn)一步減少、溫度進(jìn)一步降低？②在水泥生產(chǎn)線進(jìn)行設(shè)計(jì)及冷卻機(jī)設(shè)計(jì)制造時(shí)，能否一并考慮實(shí)施在冷卻機(jī)設(shè)置高溫、中溫廢氣排放口并相應(yīng)解決水泥生產(chǎn)工藝及冷卻機(jī)設(shè)備所需配套措施？
    對(duì)于江西萬(wàn)年水泥廠電站，窯頭熟料冷卻機(jī)廢氣取熱的方式為：冷卻機(jī)尾部排出的220～270℃廢氣全部進(jìn)入AQC爐，利用AQC爐生產(chǎn)1.0~1.2MPa的飽和蒸汽及SP爐給水，AQC爐排出的廢氣再進(jìn)入窯頭原有廢氣收塵器。這種方式不僅江西萬(wàn)年采用，國(guó)內(nèi)另外五個(gè)水泥廠帶補(bǔ)燃鍋爐的余熱電站（僅此五個(gè)水泥廠帶AQC爐），AQC爐也采用此方式。這種方式經(jīng)生產(chǎn)運(yùn)行實(shí)踐證明：因冷卻機(jī)尾部排出的廢氣溫度波動(dòng)范圍大且快（一般設(shè)計(jì)為200～250℃，但實(shí)際變化在200～350℃，短時(shí)甚至超過400℃），幾乎使AQC爐無(wú)法投入運(yùn)行。
    4、200℃以下低溫廢氣余熱的利用問題
    對(duì)于火力發(fā)電，為了提高熱力循環(huán)系統(tǒng)效率，主蒸汽參數(shù)（汽輪機(jī)的主進(jìn)汽）一般選取的相對(duì)較高，但對(duì)于廢氣溫度為320~350℃的純低溫余熱發(fā)電，其主蒸汽參數(shù)中：主蒸汽壓力一般為1.0MPa、溫度300℃左右。對(duì)于壓力1.0MPa的主蒸汽，飽和溫度（水開始蒸發(fā)變?yōu)檎羝臏囟龋?83℃，因換熱溫差的存在，廢氣生產(chǎn)主蒸汽后，廢氣溫度只能降至185℃以上；當(dāng)主蒸汽壓力為2.45MPa時(shí)，飽和溫度為220.75℃，廢氣生產(chǎn)主蒸汽后，溫度只能降至235℃以上；相應(yīng)地主蒸汽壓力越高，生產(chǎn)主蒸汽后的廢氣溫度也越高，這樣，主蒸汽壓力的選取，對(duì)200℃以下廢氣余熱的利用有著重大影響。
    上述情況，對(duì)于水泥窯窯尾SP爐來(lái)講，因水泥生產(chǎn)過程中原燃料烘干的需要，SP爐排出的廢氣溫度要求在200℃左右，即窯尾SP爐僅生產(chǎn)主蒸汽是合適的。對(duì)于窯頭熟料冷卻機(jī)AQC爐來(lái)講，冷卻機(jī)廢氣全部為干燥的含塵空氣，不存在鍋爐受熱面產(chǎn)生低溫腐蝕問題，并且冷卻機(jī)廢氣余熱已不能回用于水泥生產(chǎn)，因此，從余熱回收角度講，希望AQC爐排出的廢氣溫度越低越好。根據(jù)國(guó)內(nèi)外的經(jīng)濟(jì)比較，AQC排出的廢氣溫度在90～100℃時(shí)是經(jīng)濟(jì)合理的。根據(jù)前述，當(dāng)采用自冷卻中部取熱、AQC爐僅生產(chǎn)主蒸汽時(shí)，鍋爐排出的廢氣溫度尚在185℃以上。將廢氣溫度再降至100℃左右時(shí)，廢氣自185℃~200℃降至100℃所放出的熱量約為窯頭、窯尾可用于發(fā)電的總廢熱量的17～20%、發(fā)電能力為總廢熱量發(fā)電能力的9～12%。也就是說如果不回收這部分廢氣余熱，電站發(fā)電能力將下降9~12%以上。當(dāng)采用自冷卻機(jī)尾部取熱時(shí)，發(fā)電能力下降的比例將更大，可達(dá)到20％以上。
    如何回收200℃以下的廢氣余熱，仍然是一個(gè)重要問題。在已投產(chǎn)的四個(gè)余熱電站中，海螺寧國(guó)電站采用在AQC爐主蒸汽段廢氣出口增設(shè)高溫?zé)崴?，熱水段生產(chǎn)的高溫?zé)崴俳?jīng)過兩級(jí)閃蒸擴(kuò)容出兩個(gè)低壓參數(shù)的蒸汽，再將蒸汽補(bǔ)入汽輪機(jī)的方式，AQC爐最終排出的廢氣溫度已降至100℃以下。上海萬(wàn)安電站采用在AQC爐主蒸汽段廢氣出口增設(shè)0.25MPa的低壓蒸汽段，低壓蒸汽段生產(chǎn)的0.25MPa蒸汽補(bǔ)入汽輪機(jī)的方式，AQC爐最終排出的廢氣溫度也降至100℃以下。其它兩個(gè)廠的電站，則未考慮回收利用200℃以下廢氣余熱問題。包括上海萬(wàn)安電站（因汽輪機(jī)的限制，低壓蒸汽很難補(bǔ)入汽輪機(jī)）在內(nèi)，三個(gè)廠的電站運(yùn)行情況及實(shí)際發(fā)電能力均不同程度地遜色于海螺寧國(guó)，此是原因之一。
    5、汽輪機(jī)組的問題
    對(duì)于純低溫余熱發(fā)電，因廢氣溫度低、余熱量大，為了將余熱最大限度、經(jīng)濟(jì)合理的回收并轉(zhuǎn)換為電能，結(jié)合前述的有關(guān)情況，汽輪機(jī)組應(yīng)當(dāng)具備這樣一種能力：能夠?qū)⒍€(gè)甚至三個(gè)不同壓力等級(jí)的蒸汽同時(shí)通入汽輪機(jī)，如日本KHI為海螺寧國(guó)電站提供的汽輪機(jī)組。國(guó)內(nèi)自1996年開始研究、開發(fā)用于余熱發(fā)電的能夠同時(shí)通入兩個(gè)壓力等級(jí)蒸汽的汽輪機(jī)組，一般稱為補(bǔ)汽式汽輪機(jī)組。由于日產(chǎn)數(shù)千噸級(jí)的大型水泥窯最近幾年才得以迅速發(fā)展，幾年前這種機(jī)組的市場(chǎng)需求不足，在研究開發(fā)這種機(jī)組時(shí)各方面未給予足夠的重視。 包括上海萬(wàn)安電站在內(nèi)，雖然已投產(chǎn)運(yùn)行了五臺(tái)補(bǔ)汽式汽輪機(jī)組（一臺(tái)為2.5MW，四臺(tái)為4.5MW），但都沒有達(dá)到預(yù)其目的，存在的主要問題：
    （1）汽輪機(jī)低壓進(jìn)汽口（或稱補(bǔ)汽口）未考慮調(diào)節(jié)配汽等機(jī)構(gòu)，使補(bǔ)汽很困難，不適應(yīng)補(bǔ)汽參數(shù)及補(bǔ)汽量隨水泥窯的波動(dòng)而變化。
    （2）汽輪機(jī)低壓進(jìn)汽口后部的通流部分未做相應(yīng)調(diào)整，仍采用標(biāo)準(zhǔn)機(jī)組的通流結(jié)構(gòu)。
    （3）主蒸汽進(jìn)汽閥與低壓進(jìn)汽閥之間的聯(lián)鎖、保護(hù)、控制、調(diào)節(jié)關(guān)系不適應(yīng)安全生產(chǎn)運(yùn)行要求。
    （4）未考慮低壓蒸汽補(bǔ)入汽輪機(jī)后，汽機(jī)末級(jí)葉片帶水除濕措施。
    （5）汽輪機(jī)整機(jī)效率相對(duì)于國(guó)外先進(jìn)機(jī)組（如日本KHI機(jī)組）相差較大（約4～6%）。
    已投產(chǎn)的4個(gè)水泥廠余熱電站，廣西柳州、江西萬(wàn)年、上海萬(wàn)安實(shí)際運(yùn)行效果與海螺寧國(guó)有不同程度差距及未能回收200℃以下廢氣余熱的主要原因之一即為汽輪機(jī)組的問題。
    國(guó)內(nèi)對(duì)補(bǔ)汽式汽輪機(jī)已有了一定程度的設(shè)計(jì)、制造、運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，青島汽輪機(jī)廠地?zé)釞C(jī)組及低品位汽輪機(jī)的成功投產(chǎn)運(yùn)行為開發(fā)出適于水泥窯純低溫余熱發(fā)電所需的汽輪機(jī)組創(chuàng)造了條件，如果政府有關(guān)部門、設(shè)計(jì)單位、制造及使用單位給予足夠的重視和切實(shí)努力，據(jù)筆者分析，國(guó)內(nèi)是有能力開發(fā)出這種汽輪機(jī)組的并且除了汽輪機(jī)整機(jī)效率外，其它方面能夠達(dá)到國(guó)外同類機(jī)組的水平。
    6、余熱鍋爐的有關(guān)問題
    水泥窯余熱鍋爐，既是電站的主要設(shè)備，也關(guān)系到水泥生產(chǎn)線的生產(chǎn)運(yùn)行。如果鍋爐存在問題，不但電站設(shè)計(jì)指標(biāo)不能達(dá)到從而不能實(shí)現(xiàn)投資效果，而且將影響水泥生產(chǎn)系統(tǒng)的運(yùn)行，給水泥生產(chǎn)帶來(lái)?yè)p失。
根據(jù)國(guó)內(nèi)已投產(chǎn)運(yùn)行的數(shù)十臺(tái)余熱鍋爐實(shí)際運(yùn)行情況，對(duì)余熱鍋爐的下述問題尚需進(jìn)一步系統(tǒng)的分析研究并確定相應(yīng)的實(shí)施措施：
    （1）余熱鍋爐最小換熱溫差的選取
    余熱鍋爐最小換熱溫差，不僅決定了鍋爐的造價(jià)，而且決定了主蒸汽壓力和溫度相應(yīng)地決定了發(fā)電熱力系統(tǒng)的循環(huán)效率，同時(shí)決定了電站裝機(jī)容量（蒸汽產(chǎn)量）、汽輪機(jī)組型式及實(shí)際運(yùn)行發(fā)電功率。
    （2）鍋爐本體汽水循環(huán)方式的選擇
   鍋爐本體汽水循環(huán)方式有自然循環(huán)、控制循環(huán)、自然與控制混合循環(huán)三種方式，采用何種循環(huán)方式，對(duì)鍋爐結(jié)構(gòu)型式、投資、運(yùn)行成本、運(yùn)行管理、事故處理措施有重要影響。
    （3）鍋爐本體漏風(fēng)問題
    窯尾SP余熱鍋爐爐內(nèi)廢氣壓力一般為－5000～－7000Pa，如此高的負(fù)壓，一旦鍋爐密封不好將使大量冷風(fēng)漏入爐內(nèi)混入窯尾廢氣，不但將使鍋爐產(chǎn)汽量或熱水溫度下降，重要的是將影響水泥窯的運(yùn)行、降低窯的熟料產(chǎn)量、增加窯尾高溫風(fēng)機(jī)的電耗，嚴(yán)重時(shí)水泥窯將不得不停窯或者將SP爐退出水泥窯而不能投運(yùn)。
    在鍋爐爐內(nèi)廢氣負(fù)壓很高的條件下，如果不能從根本上――鍋爐本體總體結(jié)構(gòu)型式――采取防漏措施而仍采用一般鍋爐的密封結(jié)構(gòu)是不能解決漏風(fēng)問題的。海螺寧國(guó)水泥廠余熱電站窯尾余熱鍋爐的漏風(fēng)問題得到了很好的解決。國(guó)產(chǎn)余熱鍋爐，隨著數(shù)十臺(tái)SP鍋爐的投運(yùn)及技術(shù)的不斷進(jìn)步也已逐步好轉(zhuǎn)，相信通過進(jìn)一步努力，能夠徹底解決這個(gè)問題。
    （4）鍋爐磨損問題
    窯頭熟料冷卻機(jī)余熱鍋爐，因冷卻機(jī)排出的廢氣含有硬度很高的水泥熟料粉塵，對(duì)鍋爐受熱面管子的磨損很快（筆者的試驗(yàn)研究表明：在不采取任何防磨措施的情況下,φ42x5mm的鍋爐無(wú)縫鋼管，150～180天內(nèi)將予磨穿）。因此，AQC鍋爐必須采取適當(dāng)?shù)摹⒂行У姆滥ゴ胧?，包括：采用適當(dāng)?shù)氖軣崦娼Y(jié)構(gòu)型式、合適的廢氣流速及受熱面管節(jié)距、防磨板片的材質(zhì)及型式、廢氣預(yù)收塵措施等。如果AQC爐防磨措施不當(dāng)，將使鍋爐無(wú)法投入運(yùn)行，或者鍋爐全部受熱面管子很快報(bào)廢。
    （5）鍋爐積灰、清灰、出灰問題
    水泥窯窯尾預(yù)熱器排出的廢氣含塵濃度一般為70～120g/Nm3，廢氣進(jìn)入窯尾SP鍋爐后將產(chǎn)生積灰的問題。如果積灰嚴(yán)重，在鍋爐廢氣阻力增加而影響水泥窯運(yùn)行的同時(shí)，影響鍋爐的產(chǎn)汽量或熱水溫度即影響電站發(fā)電功率。因此應(yīng)在確定鍋爐受熱面型式、廢氣流速、受熱面管節(jié)距、鍋爐總體結(jié)構(gòu)型式時(shí)考慮防積灰的措施。
    窯尾SP爐積灰是不可避免的，積灰后如何清灰則是需考慮解決的問題。目前SP爐的清灰方式主要有：壓縮空氣吹灰、振打清灰、聲波吹灰、可燃?xì)怏w爆炸清灰等方式，其中除了可燃?xì)怏w爆炸清灰方式尚未在窯尾SP爐實(shí)踐外，其它幾種方式在窯尾SP爐上均有配套使用。相對(duì)比較，幾種清灰方式各有優(yōu)缺點(diǎn)，實(shí)際工程中，聲波清灰使用的最多、壓縮空氣次之、振打清灰再次之。具體采用何種清灰方式，需根據(jù)鍋爐總體結(jié)構(gòu)型式、受熱面結(jié)構(gòu)型式及廢氣流向而定?？扇?xì)怏w爆炸式清灰，由于其清灰原理所限，在爐內(nèi)廢氣高負(fù)壓條件下的清灰效果如何，尚需實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行的考驗(yàn)。
    一般來(lái)講窯尾SP爐排出的廢氣及鍋爐清灰時(shí)清除的廢氣粉塵同時(shí)進(jìn)入窯尾高溫風(fēng)機(jī)，由于鍋爐清灰時(shí)，進(jìn)入高溫風(fēng)機(jī)的粉塵瞬間大量增加，對(duì)高溫風(fēng)機(jī)的運(yùn)行將產(chǎn)生重大影響（筆者在上世紀(jì)九十年代幾個(gè)電站的調(diào)試過程中均發(fā)生過因鍋爐清灰將高溫風(fēng)機(jī)埋死并迫使停窯的事故），因此同樣必須考慮SP爐清灰時(shí)如何避免影響高溫風(fēng)機(jī)運(yùn)行的措施。
    （6）鍋爐受熱面結(jié)構(gòu)型式、換熱系數(shù)、廢氣流速的選取
    鍋爐受熱面結(jié)構(gòu)型式、換熱系數(shù)、廢氣流速的選取是決定鍋爐諸如：實(shí)際產(chǎn)汽量、蒸汽溫度、熱水溫度、積灰速度、鍋爐廢氣阻力、磨損速度等技術(shù)參數(shù)的主要因素。
    目前國(guó)內(nèi)水泥窯余熱鍋爐受熱面結(jié)構(gòu)型式主要有：光管式、鰭片管式、膜式管式、螺旋翅片管式，排列方式有順排和差排之分。幾種受熱面結(jié)構(gòu)型式有不同的換熱系數(shù)、防積灰、防磨損特性。對(duì)于水泥窯廢氣來(lái)講，余熱鍋爐采取何種受熱面結(jié)構(gòu)型式是需要慎重考慮的。
    受熱面結(jié)構(gòu)型式、廢氣流速、廢氣溫度不同，鍋爐的實(shí)際換熱系數(shù)也不同。國(guó)內(nèi)確定換熱系數(shù)，一般是在確定鍋爐總體結(jié)構(gòu)方式及受熱面結(jié)構(gòu)型式后再根據(jù)鍋爐設(shè)計(jì)計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行計(jì)算。這種方式確定的換熱系數(shù)，與實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行（包括筆者進(jìn)行的試驗(yàn)研究結(jié)果）相差較大，相應(yīng)的造成鍋爐受熱面也就是鍋爐體積和金屬重量偏差較大，使鍋爐實(shí)際產(chǎn)汽量或熱水溫度達(dá)不到設(shè)計(jì)要求。因此如何確定換熱系數(shù)，是余熱鍋爐設(shè)計(jì)需考慮的重要問題。
    廢氣流速除了與積灰、磨損、換熱系數(shù)相關(guān)外，決定了鍋爐的廢氣阻力。由于鍋爐串接于水泥窯廢氣系統(tǒng)中，鍋爐廢氣阻力過大，增加窯系統(tǒng)風(fēng)機(jī)電耗甚至不得不更換窯系統(tǒng)風(fēng)機(jī)；如果廢氣阻力過小，也將造成鍋爐體積及金屬耗量過大而無(wú)益的增加投資。
    （7）鍋爐總體結(jié)構(gòu)型式問題
    根據(jù)余熱鍋爐的廢氣流向，水泥窯余熱鍋爐分為臥式、立式、立臥式三種結(jié)構(gòu)方式。臥式鍋爐是指鍋爐結(jié)構(gòu)型式適合于廢氣水平方向流動(dòng)，立式鍋爐適合于廢氣垂直方向流動(dòng)。采用何種結(jié)構(gòu)型式，應(yīng)根據(jù)水泥生產(chǎn)工藝流程布置及允許余熱鍋爐安裝時(shí)占用的地面和空間等因素來(lái)確定。但無(wú)論采用何種結(jié)構(gòu)方式，立式結(jié)構(gòu)的余熱鍋爐其占地小、便于與水泥窯生產(chǎn)流程相結(jié)合及傳熱過程中爐內(nèi)廢氣溫度場(chǎng)與受熱面管子內(nèi)汽水溫度場(chǎng)相吻合從而更能充分有效發(fā)揮受熱面的換熱作用、實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行中能夠保證鍋爐各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)的特點(diǎn)應(yīng)給予足夠重視。
    （8）窯尾SP爐廢氣進(jìn)口管道閥門設(shè)置問題
    窯尾SP爐廢氣進(jìn)口管道閥門的設(shè)置往往不能給予足夠重視，因閥門設(shè)置不當(dāng)，經(jīng)常造成閥門因積灰而打不開或關(guān)不上的問題產(chǎn)生，使其影響水泥窯及電站的正常生產(chǎn)運(yùn)行、調(diào)整和檢修。因此，如何設(shè)置窯尾SP爐廢氣進(jìn)口管道閥門也是需慎重考慮的問題之一。
    上述問題綜合反映的結(jié)果是：要么余熱鍋爐實(shí)際接受的廢氣參數(shù)嚴(yán)重偏離設(shè)計(jì)參數(shù)使發(fā)電量達(dá)不到實(shí)際應(yīng)發(fā)電能力；要么嚴(yán)重影響水泥窯的生產(chǎn)運(yùn)行。這些問題是國(guó)內(nèi)水泥窯余熱電站經(jīng)常發(fā)生的問題但經(jīng)過十幾年的探索和實(shí)踐，上述問題已得以逐步緩解，若徹底解決問題，仍需國(guó)內(nèi)同行進(jìn)一步深入研究、分析、解決。
    7．鍋爐給水除氧方式問題
    已投入生產(chǎn)運(yùn)行的四個(gè)純低溫余熱電站，鍋爐給水除氧方式有三個(gè)廠采用的是化學(xué)即加藥方式、一個(gè)廠采用的是真空除氧方式。對(duì)于這兩種除氧方式：加藥除氧系統(tǒng)簡(jiǎn)單、操作運(yùn)行管理方便、基本不消耗動(dòng)力，但除氧效果及給水品質(zhì)難以連續(xù)地保證鍋爐給水要求；真空除氧系統(tǒng)相對(duì)簡(jiǎn)單、除氧效果相對(duì)可靠，但需消耗相當(dāng)?shù)碾娏蚋邏赫羝??；鹆Πl(fā)電廠經(jīng)常采用的除氧方式是大氣式熱力除氧，這種除氧方式是利用0.15~0.25Mpa的低壓蒸汽將鍋爐給水加熱至104℃而使水中的溶解氧溢出并排入大氣，其系統(tǒng)較為復(fù)雜，但除氧效果及鍋爐給水品質(zhì)容易保證并且不消耗電力。對(duì)于水泥窯低溫廢氣余熱發(fā)電，余熱鍋爐利用200℃以下廢氣生產(chǎn)出了低壓蒸汽，將其用于鍋爐給水除氧：一方面，部分低壓蒸汽不必經(jīng)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)換為電力再將電力用于鍋爐給水除氧；另一方面，利于汽輪機(jī)低壓補(bǔ)汽參數(shù)的穩(wěn)定而將因水泥窯廢氣參數(shù)波動(dòng)引起的低壓蒸汽參數(shù)波動(dòng)緩解于除氧過程；第三，為解列熱力系統(tǒng)中SP、AQC鍋爐水汽系統(tǒng)的串聯(lián)創(chuàng)造了條件。
    采用何種除氧方式，除考慮上述因素外，應(yīng)根據(jù)水泥生產(chǎn)系統(tǒng)對(duì)AQC爐、SP爐排出廢氣溫度的要求及熱力循環(huán)系統(tǒng)的構(gòu)成而定。但大氣式熱力除氧方式，除系統(tǒng)較復(fù)雜外，更利于200℃以下低溫廢氣余熱的回收利用、提高發(fā)電能力。
    8．水泥生產(chǎn)系統(tǒng)與電站系統(tǒng)的生產(chǎn)協(xié)調(diào)及配合問題
    水泥生產(chǎn)廠配套建設(shè)余熱電站，因電站熱源通過余熱鍋爐取自水泥生產(chǎn)線，兩者之間必存在需要互相協(xié)調(diào)及配合的問題。
    已投產(chǎn)余熱電站（包括帶補(bǔ)燃鍋爐的余熱電站）的水泥生產(chǎn)廠，水泥生產(chǎn)與電站運(yùn)行因生產(chǎn)特點(diǎn)不同一般分為各自獨(dú)立的兩套生產(chǎn)運(yùn)行管理人員。由于余熱鍋爐的投入和解出需配合調(diào)整水泥窯的運(yùn)行參數(shù)從而增加水泥窯生產(chǎn)運(yùn)行管理環(huán)節(jié)，因而二者之間產(chǎn)生矛盾應(yīng)該是正常的，問題在于如何解決這種矛盾。
    對(duì)于這種矛盾，應(yīng)當(dāng)樹立“水泥生產(chǎn)是主業(yè)，發(fā)電是副業(yè)，副業(yè)不能影響主業(yè)，主業(yè)應(yīng)兼顧副業(yè)”的思想，在這種思想的指導(dǎo)下，配套必要的管理及獎(jiǎng)懲措施，經(jīng)國(guó)內(nèi)數(shù)個(gè)水泥廠的實(shí)踐，能夠很好地解決這種矛盾。這種矛盾解決了，電站的運(yùn)轉(zhuǎn)率、檢修、維護(hù)、電站潛在能力的發(fā)揮等問題也隨之能夠得到解決。
四、結(jié)語(yǔ)
    本文通過對(duì)國(guó)內(nèi)幾個(gè)純低溫余熱電站生產(chǎn)運(yùn)行情況的跟蹤分析、研究，加之作者十?dāng)?shù)年來(lái)專業(yè)從事水泥窯余熱發(fā)電技術(shù)及裝備的研究、開發(fā)、設(shè)計(jì)、調(diào)試、運(yùn)行管理所積累的經(jīng)驗(yàn)，提出了目前我國(guó)水泥窯純低溫余熱發(fā)電技術(shù)及裝備所存在的問題。目的在于供同行共同討論并為水泥工廠提供參考性意見，以便共同努力將我國(guó)水泥窯純低溫余熱發(fā)電技術(shù)及裝備提高到一個(gè)新的水平。由于筆者接觸的范圍有限，深入調(diào)查了解不夠，所提出的問題難免有不當(dāng)及不準(zhǔn)確之處，敬請(qǐng)大家諒解。本文提出了問題，這些問題如何解決，將另文闡述出作者粗淺的觀點(diǎn)，仍供同行們共同探討。