摘要:
前言
在不影響水泥窯正常生產(chǎn)工藝、不增加電耗和熱耗的前提下，如何提高水泥窯噸熟料發(fā)電量，一直是廣大水泥生產(chǎn)企業(yè)所關(guān)心的問題，同時(shí)也是致力于純低溫余熱發(fā)電事業(yè)的廣大工程技術(shù)人員研究的課題。影響水泥窯噸熟料發(fā)電量的因素和環(huán)節(jié)較多，通過(guò)水泥窯純低溫余熱鍋爐的優(yōu)化設(shè)計(jì)，提高余熱鍋爐的產(chǎn)汽量是提高噸熟料發(fā)電量必要的前提條件。
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本文著重探討如何進(jìn)行水泥窯純低溫余熱鍋爐的優(yōu)化設(shè)計(jì)，以提高余熱鍋爐的使用性能、提高余熱鍋爐的產(chǎn)汽量。
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1 準(zhǔn)確的傳熱計(jì)算、合理的各部件受熱面配置
余熱鍋爐的熱力計(jì)算，尤其是低溫翅片管傳熱計(jì)算，目前沒有相應(yīng)的熱力計(jì)算國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。鹽城市鍋爐制造有限公司結(jié)合二十多年的余熱鍋爐設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，通過(guò)引進(jìn)和自主研發(fā)相結(jié)合，形成了自成一體、科學(xué)合理的余熱鍋爐熱力計(jì)算方法。能夠準(zhǔn)確配置過(guò)熱器、蒸發(fā)器、省煤器和熱水段各部件的受熱面，這一點(diǎn)對(duì)于雙壓系統(tǒng)的余熱鍋爐尤為重要，因?yàn)殡p壓系統(tǒng)余熱鍋爐分窯頭、窯尾，高參數(shù)、低參數(shù)，過(guò)熱器、蒸發(fā)器、省煤器和熱水段十幾個(gè)部件，各部件的受熱面配置必須準(zhǔn)確合理，否則就會(huì)影響鍋爐的產(chǎn)汽量和蒸汽參數(shù)。
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在準(zhǔn)確計(jì)算各部件受熱面的基礎(chǔ)上，不同部件的受熱面還須設(shè)計(jì)一定的裕度，考慮水泥窯實(shí)際運(yùn)行工況，窯頭煙氣量和煙氣溫度波動(dòng)大的特點(diǎn)，ASH過(guò)熱器、AQC鍋爐過(guò)熱器受熱面預(yù)留的6％～7％裕度，這樣AQC鍋爐的產(chǎn)汽量受煙氣波動(dòng)的影響較小。SP鍋爐受熱面設(shè)計(jì)預(yù)留3％～4％裕度，這樣即使SP鍋爐運(yùn)行時(shí)受熱面有輕度積灰，也不會(huì)影響鍋爐的產(chǎn)汽量。
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2 注意ASH過(guò)熱器的防堵、AQC鍋爐的防磨
ASH過(guò)熱器的堵灰是近年發(fā)現(xiàn)的新問題，其原因是進(jìn)入ASH過(guò)熱器的煙氣溫度波動(dòng)幅度較大，達(dá)到650℃以上時(shí)，煙塵軟化熔融堵塞在ASH過(guò)熱器的螺旋翅片管受熱面上，設(shè)計(jì)時(shí)在煙氣進(jìn)口段采用不易積灰的膜片管，可有效的解決此問題。
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AQC鍋爐煙氣中含有較多的堅(jiān)硬的熟料顆粒，如處理不當(dāng)，受熱面就會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的磨損，影響磨損的因素很多，如煙氣流速、含塵量、管外徑等，可以用以下關(guān)系式來(lái)表示：
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ΔＧ＝ＫＷ3.52Ｃ0.642d0.92t
ΔＧ—磨損量，g；Ｋ—實(shí)驗(yàn)系數(shù)；Ｗ—煙氣速度，m/s；Ｃ—含塵量，g/m3；d—管外徑，mm；t—時(shí)間，s。
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由上式可以看出，煙氣速度對(duì)磨損的影響最大，因此設(shè)計(jì)時(shí)選取適當(dāng)?shù)?、較低的煙氣速度。同時(shí)設(shè)計(jì)時(shí)要組織好煙氣的動(dòng)力場(chǎng)，設(shè)置導(dǎo)流和均流裝置，避免偏流和渦流，防止局部磨損，并在蛇形管彎頭處采用特制的蓋板遮蓋。
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另外，煙塵顆粒越大，磨損速度也越快，因此在ASH過(guò)熱器和AQC鍋爐之前設(shè)置沉降室，可以把大顆粒的熟料沉降下來(lái)，減輕磨損。
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3 SP鍋爐采取有效的清灰措施，可提高鍋爐的產(chǎn)汽量
由于進(jìn)入窯尾SP鍋爐的煙氣含塵濃度在60~120g/Nm3左右，含塵量大，粒徑小，平均粉塵粒徑1～30μm，特別容易引起受熱面積灰，甚至堵塞。
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在設(shè)計(jì)SP鍋爐時(shí)，首先適當(dāng)?shù)脑龃笫軣崦嫜a(bǔ)償積灰造成的影響，其次是選用清灰周期短、效果好的錘式機(jī)械振打清灰，這兩者有機(jī)結(jié)合，前者可以降低清灰振打頻率，減輕蛇形管焊口的疲勞，后者可以提高鍋爐產(chǎn)汽量。
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4 采取有效的鍋爐密封措施，避免漏入冷風(fēng)影響鍋爐的產(chǎn)汽量
AQC鍋爐和SP鍋爐都有一定的負(fù)壓，尤其窯尾SP余熱鍋爐煙氣側(cè)負(fù)壓很大，一般都在負(fù)5000Pa以上，如果密封措施做不好，大量冷空氣漏入爐內(nèi)，會(huì)影響到水泥窯的正常運(yùn)行，降低鍋爐的產(chǎn)汽量。
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設(shè)計(jì)時(shí)，鍋爐受熱面采用整體內(nèi)掛式結(jié)構(gòu)，鍋爐整體采用鋼板全焊接密封，并采用特殊的管子穿墻密封裝置及專用爐門裝置，振打裝置穿墻采用油浸盤根和特殊的橡膠圈密封措施。
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５借鑒國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)，合理設(shè)計(jì)每個(gè)細(xì)微結(jié)構(gòu)
鹽城市鍋爐制造有限公司今年采用美國(guó)ASME標(biāo)準(zhǔn)和印度IBR標(biāo)準(zhǔn)為印度設(shè)計(jì)制作了BVC5100t/d、SCW4500 t/d、CCW+BCW4400 t/d、CCW+BCW2×1000 t/d五條水泥窯生產(chǎn)線的全套純低溫余熱鍋爐，使鹽城市鍋爐制造有限公司的設(shè)計(jì)制作水平上了一個(gè)新的臺(tái)階。在國(guó)內(nèi)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)中，執(zhí)行中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)的同時(shí)，也借鑒國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)中優(yōu)于國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)的合理之處，優(yōu)化鍋爐的每個(gè)細(xì)微結(jié)構(gòu)，比如焊接節(jié)點(diǎn)形式。這樣設(shè)計(jì)出來(lái)的鍋爐性能更優(yōu)、壽命更長(zhǎng)、產(chǎn)汽量更高。
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6 應(yīng)用情況
鹽城市鍋爐制造有限公司根據(jù)每一個(gè)客戶實(shí)際要求，結(jié)合多年來(lái)設(shè)計(jì)與制造余熱鍋爐所積累的豐富經(jīng)驗(yàn)及水泥工藝自身的特點(diǎn)，不斷優(yōu)化水泥窯純低溫余熱鍋爐的設(shè)計(jì)，已設(shè)計(jì)制作了華新金貓?zhí)K州水泥有限公司、棗莊榴園水泥有限公司、浙江紹興兆山建材有限公司、兆山新星集團(tuán)有限公司、印度博拉水泥公司等五十幾條水泥窯生產(chǎn)線的純低溫余熱鍋爐，分別配套1000t/d～5100t/d水泥窯生產(chǎn)線，鍋爐的運(yùn)行良好，產(chǎn)汽量高，為提高噸熟料發(fā)電量創(chuàng)造了必要的前提條件。以兆山新星集團(tuán)水泥窯純低溫余熱鍋爐發(fā)電系統(tǒng)為例，噸熟料發(fā)電量正常維持在45kwh左右。
