1、余熱電站的簡介
我廠有2條帶五級預熱器的預分解窯，一條是生產700 t/d水泥熟料，一條是生產1 000 t/d水泥熟料。我廠余熱電站就是為了利用這2條預分解窯的余熱而建造的自備電站，汽輪機裝機總容量為12 MW。其主機設備主要包括“五爐一機”，“五爐”為：1臺AQCI爐（二期緩建），1臺AQC2爐，1臺SP1爐，1臺SP2爐，1臺CPC鍋爐； “1機”為：1臺汽輪發電機組。設計的AQCI爐設置在7 00 Ud預分解窯窯頭熟料冷卻機廢氣出口與窯頭廢氣電收塵器之間；AQC2爐設置在1000 t/d預分解窯窯頭熟料冷卻機廢氣出口與窯頭廢氣電收塵器之間；SPI爐設置在700t/d預分解窯窯尾預熱器廢氣出口與窯尾高溫風機之間；SP2爐設置在1000 t/d預分解窯窯尾預熱器廢氣出口與窯尾高溫風機之間。設計的AQC1爐、AQC2爐、SPI爐和SP2爐廢氣設置旁路煙道，當它們出現故障而檢修時，預分解窯系統仍可以繼續生產。
設計的AQCI爐、AQC2爐、SPI爐和SP2爐都采用兩段受熱面，I段為蒸汽鍋爐，生產高溫、高壓的飽和蒸汽；Ⅱ段為熱水鍋爐，生產高溫、高壓的熱水，目的是充分利用窯頭熟料冷卻機和窯尾廢氣的余熱。它們生產的飽和蒸汽和熱水并人CPC鍋爐系統，并與CPC鍋爐一起保證汽輪機所需要的飽和蒸汽。
CPC鍋爐是由哈爾濱鍋爐廠從美國燃燒動力公司(Combustion Power Company，簡稱CPC公司)引進技術、生產設計并制造的CPC循環流化床鍋爐，在國內俗稱為CPC鍋爐。我廠的CPC鍋爐型號為HG-CPC45(35)-3.82-450℃．1，它是一種細粒子、低速循環流化床鍋爐機組，具有燃料適應能力強的特點，能夠燃燒包括煤矸石在內的各種劣質燃料，并且具有較高的熱效率，通常運行在850 - 950℃的理想脫硫溫度區間，在流化床中加入適量的石灰石脫硫劑可以使S02排放量大大降低；采用低溫段燃燒分段送風，使燃燒始終在低過量空氣下進行，并能夠抑制NOx的產生和排放。CPC鍋爐是有特色的高效低污染的環保型燃煤鍋爐。其設計參數及規格如下：額定蒸發量45(35) t/h;額定蒸汽壓力3.82 MPa;額定蒸汽溫度450℃；給水溫度150℃；冷風溫度20℃；熱風溫度120℃；排煙溫度130℃；鍋爐熱效率>87%；燃料種類為各種劣質煤；鍋爐鼓風機風壓22 000Pa，風量37 000 m3/h(150 'C)；鍋爐引風機風壓6 012 Pa，風量86 000 m3/h (300℃)。
2、CPC鍋爐結焦的原因分析
我廠余熱電站的CPC鍋爐，自1999年9月投入運行后，多次發生結焦故障，余熱電站不能正常運行，被迫停爐處理。其結焦的具體表現為：爐膛負壓增大，爐溫下降，流化床溫度也隨之下降；汽壓、汽溫、蒸汽流量下降；排渣不暢，排渣管堵塞。停爐后檢查發現，結焦現象發生在流化床的不同部位，床料的表面還覆蓋著一層細灰，細灰的下面是粗顆粒的爐焦和床料，焦塊是由疏松狀的渣粒構成，其核心有熔融的痕跡。
CPC鍋爐結焦的原因是多方面的，一般要從鍋爐的結構特點、燃料的特性和運行操作等方面進行分析考慮。
2.1 CPC鍋爐的結構特點
CPC鍋爐的爐床和爐膛截面面積大，存儲物料多，床料及燃料的運行，是靠安裝在布風板上的許多個具有不同射風方向的定向風帽作用所形成的空氣動力場，風帽的下部與一次風室相通，形成特有的配風方式。為了達到完全燃燒和脫硫效果，加長燃料和石灰石在爐內的運行路線，排渣口設在給料口的另一端。在爐頂設置高效旋風分離器，回料管的一端設置在爐膛的密相區，回料管內的物料所形成的壓力與爐膛上下部的壓力差相平衡，自動維持物料分離并返回到爐膛內，形成物料的爐內循環。流化床上的物料在床上按逆時針方向旋轉，邊流動邊燃燒，并向上運行，燃料在爐內行走的路線長，停留的時間長，燃盡率高。
因此，要保證CPC鍋爐燃燒均勻，必須保證流化床上布風均勻，物料流動均勻并且不存在死區。這就要求，每個風帽的射風角度和方向，設計、制造和安裝的精度都要高；風帽射風所形成的空氣動力場應當理；流化床的排渣點、溫度測量點、旋風分離器回料管的回灰點和爐膛四角等處風帽的射風角度和方向，必須保證合理，避免流化床上的空氣動力場存在盲區，進而避免爐內物料的循環存在死區。
2.2燃料的特性
在燃燒過程中，CPC鍋爐的燃料在流化床上受空氣動力場的作用而流動，并向上運行，因此，CPC鍋爐對燃料粒度的要求比較嚴格。其具體要求是：平均粒徑為1 -2 mm，最大粒徑為6mm，最小粒徑為0.5 mm以下且所占的比例<15%。如果使用石灰石作脫硫劑，CPC鍋爐不僅對燃料的粒度有具體的要求，對石灰石粒度的要求也比較嚴格。石灰石粒度的具體要求是：平均粒徑為0.4 - 0.6 mm，最大粒徑為<2 mm，最小粒徑為0.2 mm且所占的比例≤5%。燃料和石灰石混合后的粒度分布（質量分布）要求為：粒徑在1.0 mm以上的顆粒所占的比例≤10%，粒徑在0.5 - I.O mm的顆粒所占的比例為80% - 60%，粒徑在0.25 - 0.5 mm的顆粒所占的比例為10% -30%，粒徑在0.125 mm以下的顆粒所占的比例<10%。
CPC鍋爐具有燃料適應能力強的特點，能夠很好地燃燒包括煤矸石在內的各種劣質煤。所以，從能源、環保和經濟效益等方面進行綜合考慮，我們采用煤矸石作為CPC鍋爐的主要燃料，并采取一級錘式破碎制備煤矸石，經破碎后的煤矸石粒徑<6 mm。在CPC鍋爐運行的初期，煤矸石的粒度基本合格。但是，隨著運行時間的延長，破碎機錘頭逐漸磨損，煤矸石的粒度合格率也逐漸降低。在CPC鍋爐結焦期間，我們曾進行過煤矸石的篩分檢查。從篩分的結果看，大粒徑煤矸石的比例明顯偏大，即≥6 mm的煤矸石所占的比例太大，明顯高于CPC鍋爐規范的要求。盡管煤矸石在600 - 900℃的高溫下可能會發生熱爆，即煤矸石在鍋爐內有變細的趨勢，也不能達到CPC鍋爐規范的要求。大粒徑的煤矸石在燃燒過程中，在風帽射風所形成的空氣動力場作用下不能均勻流動，并會形成聚集，聚集在中心位置的煤矸石燃燒而釋放出的熱量不能輻射出去，使聚集區中心的溫度升高，溫度一旦達到煤矸石的熔融點，就會發生流化床結焦。
2.3運行操作參數
按照設備制造廠家的要求，CPC鍋爐運行時床料厚度應保持在600 mm左右。但是，在實際運行中，特別是在點爐的初始階段，床料厚度一般都達不到600 mm，一次鼓風機的風壓、風量很難控制適當。由于CPC鍋爐的料層厚度小，濃相區粒子濃度低于正常值，造成大量的細灰被吹走，相應的大塊煤渣留在床底。隨著拋煤量增多，大塊煤渣也越來越多，并且大塊煤渣下沉導致流化床流化不好，最后導致大量大塊煤渣停留在空氣動力場的弱區并形成堆積，拋進鍋爐的煤矸石同樣也會因流化不好而形成堆積，直至最后形成渣塊板結和結焦現象。
3、改進措施及效果
在CPC鍋爐發生結焦時，有些運行操作人員采取加大風量，試圖吹散焦塊，結果往往是適得其反，反而會加劇吹散細灰，使床底上只剩下大塊煤渣，加快流化床結焦的速度。CPC鍋爐發生結焦后不久往往就不能再維持運行，只能被迫停爐處理。因此，處理CPC鍋爐結焦故障的關鍵應該是在預防上，我廠在預防流化床結焦上主要采取了以下措施。
3.1改進煤矸石制備系統
經過我們分析認為，CPC鍋爐結焦的主要原因應該是入爐煤矸石的粒度不合格，大粒徑的煤矸石所占的比例比較大。所以，我們對煤矸石制備工藝提出了嚴格的要求，粒度不合格的煤矸石嚴禁入爐，并在制備煤矸石的破碎機后面增加1個篩孔直徑為6 mm的振動篩，通過振動篩的合格煤矸石進行人爐燃燒，不能通過振動篩的大粒徑煤矸石重新返回到破碎機進行再破碎，直到其粒徑合格為止，保證人爐煤矸石的合格率。
3.2改進操作參數
在點爐之前，首先在流化床上鋪墊300～350 mm厚的灰渣，之后，開啟一次鼓風機。觀察灰渣能夠開始蠕動所需要的最低風量和灰渣流化浮動所需要的最高風量。在點爐過程中，床料厚度先調整在300- 350 mm左右，一次鼓風機的風量控制在最低風量與最高風量之間，保持床料中細灰的含量，盡力增加鍋爐內的流化載體，保障流化床流化均勻。然后，根據系統的負荷、流化床的溫度和排渣、以及灰渣顏色的情況，逐漸地適當調整床料的厚度和一次鼓風機的風量，直到床料的厚度達到技術規范的要求，鍋爐系統安全穩定運行。
3.3改進效果
改進前，CPC鍋爐經常結焦，不能安全、穩定運行，嚴重影響我廠的生產。經過改進后，CPC鍋爐運行穩定，沒有再發生過結焦現象，并創造了連續安全運行90d的記錄。
4、結束語
CPC鍋爐能夠燃燒包括煤矸石在內的各種劣質煤，并適用于水泥預分解窯余熱電站，是一種性能較好的鍋爐。CPC鍋爐結焦的主要原因是入爐煤矸石的粒度不合格。在保證煤矸石粒度合格的情況下，調整好運行參數，能夠有效地避免CPC鍋爐的結焦現象。
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