摘要：探討了水泥窯協同處置生活垃圾后余熱鍋爐的熱風條件變化，通過對水泥窯熱工標定和余熱鍋爐熱工計算等方式，全面評估余熱鍋爐的運行工況，并詳細分析和計算了SP余熱鍋爐改造的可行性和收益，為水泥企業節能降耗提供依據，對實際生產具有指導意義。

 隨著垃圾圍城的問題日益突出，華新水泥股份有限公司充分研究水泥窯協同處理固體廢棄物在節能減排、保護環境、影響熟料質量和產量等方面的優勢和挑戰，迅速調整戰略方向，從單一水泥制造向利用水泥窯來減量化、無害化以及資源化處置城市生活垃圾的方向發展。隨著協同處置生活垃圾的量越來越多，水泥廠的余熱發電工況發生了很大的變化。

1 協同處置生活垃圾后對余熱發電的影響

 以一條4 000 t/d水泥生產線為例，配套建設裝機容量7.5 MW的純低溫余熱發電系統。在不影響水泥生產線正常生產的前提下，平均發電功率可以達到6 000 kW，扣除自用電后凈發電量約33.5 kWh/t熟料，可滿足水泥廠30%的用電量。

 水泥窯在協同處置生活垃圾后，垃圾在分解爐內燃燒可以貢獻熱量，替代一部分煤，即熟料燒成的煤耗會下降；同時由于垃圾水分高、灰分大和熱值低的特點，燃燒需要的空氣量和產生的煙氣量比燃煤要高很多，熟料燒成的總熱耗會上升。這樣導致的結果是，協同處置生活垃圾后要想熟料產量不降低或少量降低的話，高溫風機需要增加抽風量保證窯系統通風。熟料冷卻機前段的高溫風被更多的抽到窯尾以后，窯頭AQC余熱鍋爐可回收的風量和風溫都顯著下降，AQC爐的產汽量降低，甚至退爐；預熱器出口的煙氣溫度上升了20~60 ℃，煙氣體積也增加了10%~30%，窯尾SP余熱鍋爐的產汽量上升，但SP爐排煙溫度也會上升，多出一部分熱量不能被完全回收利用。本文只研究通過對SP爐改造來回收窯尾未完全利用的熱量，供大家交流。

2 協同處置生活垃圾前SP爐運行情況

 我公司早期建設的一條新型干法熟料生產線額定產量4 000 t/d，配套余熱發電的SP爐為立式布置的自然循環單壓鍋爐，產生的過熱蒸汽與AQC爐的過熱蒸汽在分汽缸混合后進入汽輪機。SP爐的出廠設計參數見表1。

表1 SP爐出廠設計參數

 經過對水泥生產線進行熱工標定，工廠的相關生產參數為：熟料產量3 600 t/d，SP爐的進口風量為210 000 Nm3/h，單位熟料煙氣量1.4 Nm3/kg，進口風溫358 ℃[4]。由于SP爐進口的風量、風溫和主蒸汽壓力都與設計值存在差異，因此需要利用熱工模型對SP爐做一個在新工況下的模擬計算，核算出SP爐排煙溫度應該是219 ℃，而實際標定出SP爐排煙溫度是238 ℃，SP爐改造前各工況參數對比見表2。

表2 SP爐改造前各工況參數對比

 SP爐實際運行的排煙溫度比核算出來的理論值高19 ℃，主蒸汽流量減少，說明SP爐熱交換效率低，是鍋爐受熱面積灰后所致。

3 協同處置生活垃圾后SP爐運行情況分析

 為了節能降耗，該工廠計劃利用大修時間對預熱器及相關設備技改，并同時開始處置生活垃圾。根據已投運的協同處置工廠運行經驗，年修后預熱器出口的煙氣流量和溫度將大幅上升。

 如果年修只對SP爐進行常規的清灰和漏風處理，雖然SP爐的主蒸汽流量和溫度仍然會隨著進口煙氣流量和溫度的提高而大幅度增加，從而提高發電量，但同時會產生如下問題：

（1）SP爐產汽量會增加至24.9t/h，出口溫度高達251℃，而原料烘干只需要200℃。

 （2）省煤器出口的熱水含汽率達到2.2%，煙風溫度波動后省煤器出口熱水管道可能會產生汽塞，情況嚴重時會導致給水管道振動。

（3）高溫風機進口工況風量和壓力都大幅上升，超負荷運行。

4 協同處置生活垃圾后SP爐改造方案

4.1 改造基準條件

 為了進一步充分回收SP爐出口的余熱資源，改善高溫風機運行工況，在保證原料烘干的前提下，決定利用大修時間對該工廠SP爐進行同步改造，SP爐改造基準條件見表3。

表3 SP爐改造基準條件

4.2 改造方案主要內容

 為了減小改造工作量，盡可能利用SP爐現有框架，根據SP爐的受熱面布置情況，制定以下改造方案，見圖1。

（1）過熱器部分

 為防止主蒸汽溫度過高后汽輪機進汽超溫，過熱器管束不動。進口煙道和過熱器的內護板進行升級為耐熱鋼，使其具備＜550 ℃煙溫的使用條件。

（2）蒸發器部分

在原四組蒸發器的基礎上增加兩組：將原省煤器改為蒸發器，再新增一組蒸發器。

（3）省煤器部分

新增一組省煤器。

（4）其他

調整相應的汽水管路、鍋爐內護板、保溫層及彩鋼瓦，上下兩組受熱面間布置膨脹節。

 為了給新增管束騰出布置空間，出口煙道和拉鏈機需要下移。下灰管通過混凝土平臺上開孔接出，拉鏈機平臺重新做成鋼平臺，通過鋼橫梁固定在鍋爐混凝土柱子上。

 在原鍋爐鋼結構的基礎上，增加兩圈鋼橫梁及通風梁，并對原鋼結構進行必要的加強；增設兩層平臺，扶梯改造。

鍋爐出口風管重新制作、連接，并且調整管道連接的角度，使通風流暢。

改造后SP爐總圖見圖1，熱力計算結果見表4。

圖1 改造后SP爐總圖

表4 改造后SP爐熱力計算結果

5 改造投資及收益

5.1 改造周期

正規鍋爐廠管道備件的供貨周期是收到預付款后2個月交貨，因此需要在改造前3個月準備訂貨。

 施工順序：施工技術交底→停窯前進場制作出口風管非標→停窯后拆除相應護板和出口風管→灰斗和拉鏈機下移→安裝新增換熱管束→水壓試驗→回裝相應護板和出口風管→交工驗收。停窯前半個月進場，停窯后安裝工程需要約1個月施工期。

5.2 改造費用

 改造工程需要正規鍋爐廠做熱力和結構設計并供貨，安裝公司需要擁有特種設備（鍋爐）維修、改造的資質。改造工程要向當地特檢所部門進行報檢，并由其驗收水壓試驗。

 SP爐改造工作范圍為：增加受熱面，更換和增加部分墻板、鋼結構、汽水管道，增加平臺扶梯，拉鏈機移位，增加對應的儀表等，預計總投資約298萬元。

5.3 改造效益

 通過增加SP爐受熱面，進一步回收窯尾煙氣熱量，SP爐能夠多發電約800 kW，年運行時間按7 000 h計，電費按0.5元/kWh計，改造工程年創收益為800×7 000×0.5=280萬元，投資回報期1.1年。協同處置后SP爐是否改造熱力計算對比見表5。

表5 協同處置后SP爐是否改造熱力計算對比

 SP爐改造后出口煙氣溫度降低，煙氣的工況流量變小；由于增加了受熱面，鍋爐的阻力會增加約200 Pa。根據理論計算并查看風機曲線，高溫風機的功率會略微下降，收益不計。

 SP爐改造后蒸發量上升，但由于主蒸汽管道直徑不變，主蒸汽沿程阻力會增加。鍋爐本體改造成功后，可視運行情況對主蒸汽管道進行擴徑改造。

6 總結

 水泥廠協同處置生活垃圾后，整個熟料燒成系統及配料都會發生相應變化，余熱發電的運行工況也隨之發生了較大變化。本文結合華新水泥協同處置生活垃圾的工程實例，提出對SP爐的改造升級，投資小，收益大，可供其他工廠參考借鑒。此外，隨著協同處置生活垃圾的處置量和余熱發電量的提高，水泥廠實現對天然礦物燃料和電能的零消耗未來可期！

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