如何提高窑操在余热发电上的价值
水泥 天瑞集团水泥有限公司 贾华平 2014-11-22
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摘要：在工艺和装备已经定型的情况下，余热的运行效果与窑操的水平密不可分，如何在中控室获取理想的操作效果，直接关系到余热发电的运行情况和经济效益。从操作员的培养，热力系统的优化，余热发电的考核等方面阐述了如何来提高窑操的价值。
现代水泥技术装备和水泥窑余热发电已经遍布祖国各地，余热发电的基础是水泥窑提供的余热，在工艺和装备已经定型的情况下，它的运行效果与窑操的水平密不可分，如何在中控室获取理想的操作效果，直接关系到余热发电的运行情况和经济效益。
1 如何培养一个优秀操作员
优秀的操作员应该能够利用所拥有的全部操作和管理资源，按照应有的程序与方法，根据现场实际作出判断和选择，从而实现最佳操作和管理。
如何做一个好操作员，操作员进一步发展的方向是什么,操作员在企业中应该发挥什么作用？ 换句话讲，企业对操作员应该有什么要求，企业如何培养和用好操作员？ 个人要做一个好的操作员，就应该具有一定的“三员”能力，即是操作员、又是技术员、还是调度员；企业要培养一个好操作员，就要给他一定的“三员”权利、机会和动力。
因为操作员掌握的信息最全面、最直接、最及时，由他们直接的优化操作、进步技术、调度人员，从管理上讲，操作员岗位是最大效率岗位，所有上面的管理岗位和下面的支持岗位，都应该围绕操作员岗位运转。
企业领导要支持和鼓励操作员向“三员”努力，给他们一定的权利、帮他们树立威信、为他们创造机会，当过操作员、特别是一个好操作员，应该作为生产系统领导的基本任职条件，用不了几年这个企业就会出现人才济济的局面。
2 正确认识现有的余热发电水平
我们来看看水泥熟料在生产过程中的热效率是多少，它浪费了多少能源，如果把这些浪费的能源全部转换成电，它又能够发多少电？
水泥熟料是由钙质原料、硅质原料、铝质原料、铁质原料的混合物，经高温煅烧形成的以硅酸盐矿物为主的多相组成烧结体。在高温热力学条件下，物料经过了扩散分解反应、固相反应、液相烧结等多个主控反应过程。由于所用的原料不同、所得熟料的矿物组成有别，其理论热耗一般波动在1630-1800kj/kg范围内（约390-430kcal/kg）,这与所采用的生产工艺没有关系。
而我们现在的生产工艺，熟料热耗能达到710kcal/kg熟料就已经是先进水平了。也就是说：①现在熟料烧成的热效率约为 54.93%～60.56%；②单位熟料浪费的热能约为 320～280kcal/kg熟料；③这些热能折算成标煤约为 45710～40000g标煤/t熟料；④按国家规定的发电对标系数350g/kWh折算，可发电130～114kWh/t熟料。
所以说，在水泥工艺没有把热耗降低到710kcal/t熟料以下之前，我们可以挖掘的潜力应在114kWh/t熟料以上，而我们现在采用的纯低温余热发电才仅仅挖掘了40kWh/t熟料左右。
即使熟料热耗能达到国际先进水平的700kcal/kg熟料，按以上推算，吨熟料浪费的余热仍可发电126～110 kWh/t熟料，还是要比40kＷh/t熟料大得多。
所以，不能说我们今天的余热发电技术已经到顶了，纯低温余热发电不应该满足于现状、更不应该排斥其他非纯低温技术的采用。我们的思路能不能再开阔一些，不能把剩余的70多kWh/t熟料的电能白白的浪费了。比如说：① 首先是纯低温余热发电技术的突破，把可利用的温度再降低一些；② 能不能搞一些低品质发电，用于对供电质量要求不高的装置上。比如一般的通风、照明、制冷、空调等；③ 能不能搞一点不纯低温，用少量的其他综合利用资源搞一点补燃。比如有机垃圾、煤矸石等；④ 或者不发电，直接用汽轮机拖动设备；⑤ 或者用于烘干、预热等其他工艺。
3 关于热力系统的优化
“余热发电”与“火力发电”相比，相同点都是发电。就发电系统来讲，余热发电没有太多的新东西，而且装备也要小得多，不会有太多的问题。
所不同的是，一个是“余热”、一个是“火力”，主要区别在热力系统的不同上。进一步讲就是热源的不同，“余热”这个热源与“火力”相比，品质要低得多，利用起来要复杂得多，这才是搞好余热发电的关键所在。
目前的水泥窑纯低温余热发电，热力系统采用较多的是：“双压系统”和“窑尾蒸汽到窑头进一步加热”的设计，应该说比以前优化了许多，也取得了明显的效果，但还有进一步优化的空间。主要是窑头余热的进一步细分，把短缺的优质余热分离出来，用于锅炉的关键部位，比如：
（1）在篦冷机篦上的二三段之间加隔墙，防止三段低温废气串入对二段中温废气的贫化；
（2）将余热发电在篦冷机上的取风口一分为二，实现高温废气与中温废气的分开使用，进一步提高锅炉的蒸发能力；
（3）在篦冷机的低温区增加一个取风口，作为煤磨用风的主风源，原有中温区的取风口仅作调节温度使用，把原来用于煤磨烘干的中温风让给发电；
（4）利用窑头排放的废气（还有100多℃）作为篦冷机一二段的冷却风源，抬高余热发电的取风温度，也减少了废气排放；
（5）进一步增加篦冷机一二段的料层厚度（必要时须对篦下风机进行提压改造），加强熟料中热量的集中释放，提高余热发电取风温度；
（6）如有必要，可以在三次风管内、或窑头罩内增设蒸发器；或直接取少量的三次风或二次风用于锅炉的蒸发段；或采用有利于综合利用的补燃措施。
4 窑操如何为余热发电创造条件
实际上，对于余热发电窑的操作，是既复杂又简单。
说复杂，是因为操作员被局限在既有的水泥窑和余热发电的工艺和装备上，如果对存在的问题不进行技术进步和改造，他所能发挥的作用是有限的。
说简单，是因为余热发电要的无非是“供给锅炉足够稳定的温高量足的废气”，而满足这个条件的最佳措施，就是优化和稳定水泥窑的运行。
既然是水泥窑余热发电，余热发电就是以水泥窑废气余热为基础的发电，没有水泥窑的稳定运行就不可能有稳定的废气余热，稳定的余热发电也就无从谈起。
比如，喂料和喂煤的质和量的稳定与否，直接关系到能否“供给锅炉足够稳定的温高量足的废气”，它的波动必将导致锅炉温度的忽高忽低，严重时将导致发电系统时而排气运行、时而解列停运。相反，如果熟料系统生产稳定，锅炉与汽轮机的运行负荷就会稳定得多，发电系统就能发更多的电。
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操作员的职责是在尽量降低水泥窑系统余热的情况下，充分将水泥窑余热用于发电，当然不是让水泥窑给发电系统去创造余热，不能因为为了给多发电创造条件而牺牲了水泥窑的稳定运行。否则，只能是为了多发电而牺牲了水泥窑、牺牲了水泥窑而导致了少发电，以多发电出发而以少发电告终。
比如，某生产线为了多发电，没有考虑自己原煤水分大、煤磨烘干能力不足的条件，盲目的将去煤磨的烘干用风改为发电用风，导致煤粉水分高达4% 以上，窑内火焰黑火头变长，破坏了窑的原有热工制度，入篦冷机的熟料温度降低，不但影响了熟料的产质量、降低了余热发电的发电量，还导致了熟料电耗、煤耗的增加。
诚然，如果煤耗没有因多发电而增加，就应该努力多发；如果煤耗在多发电的同时还在减少，不仅说明余热潜力挖得对，更要反省余热的来源及如何降低，但这不影响在降低余热以前，还是应该把这部分浪费的余热尽最大可能的利用起来。除努力稳定水泥窑运行以外，操作员还可以考虑的措施有：
（1）在前述“热力系统的优化”6条措施改造前，通过操作优化也能部分完成；
（2）在前述“热力系统的优化”6条措施改造后，在操作上更有了优化空间和手段；
（3）及时跟踪和调整配料方案，控制合适的熟料结粒，优化发电供风；
（4）对余热发电来讲，更适合于高KH高SM配料方案，较高的烧成温度会产生较大的余热，这也正是窑外分解窑的优点所在。事实已经证明，双高配料有利于熟料强度的提高，较高的熟料强度有利于节能降耗和综合利用；
（5）适当控制水泥窑冷却带长度，充分发挥篦冷机的作用，优化发电供风；
（6）调整篦冷机各室供风，在不影响水泥窑运行的情况下，优化发电供风；
（7）调整平衡篦冷机各段速度，优化各段料层厚度，优化发电风温；
（8）对于篦冷机的操作，还要在温度和热焓间作好平衡。热焓取决于废气的温度和风量，而加大风量又会导致温度的降低，只有在满足蒸发温度的情况下，追求最大的热焓供给，才能多发电。
5 关于余热发电的考核问题
这是大家争论已久的问题，因为余热发电与烧成煤耗有一定的影响，特别在对一条线的运行考核上，是以多发电为主还是以降煤耗为主，我认为关键要把握一个度，要根据具体情况具体分析、要互相兼顾，不应该因为重视这一方面而否定了另一方面。放之四海而皆准的真理，对局部的具体情况往往不是最佳的方案。
5.1 按“熟料标煤耗发电量”考核
“熟料标煤耗发电量” 概念，用于某条线的前后对比，考核其是否取得进步，是一个不错的想法；但对于集团内不同生产线的对比，就显出了他的局限性，由于其工艺、装备、原燃材料不尽相同，决定了他们的煤耗不可能相同，当煤耗降不下来时更应该多发电、更有条件多发电，如果强制的控制发电量，只能是造成人为的浪费而已。
“熟料标煤耗发电量”的本意是：“防止为提高发电量多烧煤，在降低煤耗的基础上多发电”。后半句是对的，但前半句值得商榷。为什么要“防止为提高发电量多烧煤” 呢？关键是多烧了多少煤、多发了多少电，国家规定的发电对标系数为350g/kWh，如果因为多烧了300g煤而多发了2kWh的电，又有什么不可以呢？事实上这种可能性是存在的。
余热发电比要淘汰的小火电还要小，它之所以受到国家的鼓励，并不是效率高，而是因为它能利用余热，这是实事求是的体现。对于多烧一点煤如果多发的电投入大于产出、在大的环境中总煤耗是降低的，我们也应该实事求是。
5.2 按“余热利用率”考核
某集团在运行考核上：对2005年以前建设的窑，考核指标为40kWh/t熟料；2005年以后建成的非四代篦冷机窑，考核指标为37kWh/t熟料；2005年以后建成的第四代篦冷机窑，考核指标为34kＷh/t熟料。根据技术装备水平的先进程度，考虑他们具有的潜力大小，分别设置不同的考核指标，就是概念性的统一考核一个余热利用率。
举一个极端的例子，设计为四级预热器的窑，可以发到44 ~ 46kWh/t熟料，而设计为五级预热器的窑最多也就能发40~42kWh/t熟料，不能按同一个“熟料标煤耗发电量”来考核。但这么具体的考核指标的制定依据又是什么呢？
5.3 按“熟料综合能耗”考核
我们不应该把自己禁锢在“余热发电” 这个小概念上，而必须把自己放在“综合能耗” 这个大概念中。就现有的水泥窑和纯低温余热发电技术水平，正常的余热利用应该在40kWh / t熟料左右，再增加发电量就可能导致煤耗的增加。但企业发电煤耗增加时，国家总的发电煤耗却不一定增加，控制在一定范围内时还可能降低。
参照国家规定的350g/kWh的发电对标系数，作为集团化的管理考核，为引导各公司寻求最低的综合能耗，应“以40kWh / t为基数，每多发一度电奖励350g / t熟料的煤耗指标”，让各公司根据自己的实际情况追求最佳能效。其结果是，在国家总的电煤不增加的情况下，企业也获得了效益最大化。
实际上，对某条水泥熟料生产线来讲，余热发电除了对煤耗有影响外，对熟料生产系统的电耗也有影响，余热发电的自耗电量也是一个指标，但不管是煤耗、电耗、余热发电、自耗电量，都是这条线的综合能耗问题。
我们很难把这些能耗分得清清楚楚，也没这个必要。如果我们不去细抠什么煤耗、电耗与发电，而是直接考核这条线的综合能耗不是更全面、更合理吗！事实上这是行得通的最佳考核方法：
熟料综合能耗 = 系统总煤耗 +（系统总电耗–余热发电）×K
系统总煤耗：包括烧成煤耗、余热发电等增加的煤耗；
系统总电耗：包括烧成电耗、余热发电增加的烧成电耗、余热发电自耗电等；
K：为煤电转换系数。
如果按国家规定的350g / kWh的发电对标系数，则K为0.35kg ；
如果以企业效益最大化考虑，按一般水泥企业进厂煤价0.8元 / kg、电价0.6元 / kWh、余热发电综合成本0.2元 / kWh计，则：K = ( 0.6–0.2 ) / 0.8 = 0.5kg
进一步讲，就是在余热发电上，如果“补燃或变相补燃” 能降低综合能耗就可以适当补燃；当然，补燃不一定是烧煤，生活垃圾、木业垃圾、矸石煤泥、工业有机垃圾、农业秸秆稻壳、食品工业的排渣等，都可以作为补燃的材料，既避免了这些垃圾对环境的影响，又增加了单靠余热发电没有用完的低温余热的利用，不是很好吗？
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