楊耀東

7500t/d熟料水泥生產(chǎn)線的設(shè)計研發(fā)

Technology R&D of 7500t/d Clinker System

楊耀東

1 項目概況

黔南州惠水泰安水泥有限公司7500t/d熟料水泥生產(chǎn)線，2009年8月委托天津水泥工業(yè)設(shè)計研究院有限公司進(jìn)行設(shè)計，經(jīng)過近兩年的設(shè)計和開發(fā)、設(shè)備采購、施工、安裝、調(diào)試，于2011年8月順利投料并達(dá)標(biāo)，是目前全部主機(jī)設(shè)備國產(chǎn)化且單線產(chǎn)能最大的水泥生產(chǎn)線。

該項目是從石灰石進(jìn)廠到水泥成品發(fā)運(yùn)的一條完整的生產(chǎn)線（包括礦山），位于貴州省惠水縣長田工業(yè)園區(qū)D區(qū)內(nèi)，廠區(qū)海拔標(biāo)高在1022～1083m之間，地勢起伏較大，地形比較復(fù)雜。

原料采用石灰石、粘土、砂巖和硫酸渣四種原料配料，貴州黔南無煙煤作為熟料燒成燃料。原、燃料的粒度、水分和來料方式見表1。

表1 原、燃料的粒度、水分和來料方式

2 設(shè)計原則

（1）以“生產(chǎn)可靠、技術(shù)先進(jìn)、節(jié)省投資、提高效益”為原則。設(shè)備選型中充分考慮水泥技術(shù)與裝備發(fā)展水平，并著重于設(shè)備運(yùn)行的可靠性，兼顧先進(jìn)、節(jié)能、投資省及大件運(yùn)輸方便等因素，同時要滿足國家和地方對環(huán)保、安全的要求。

（2）設(shè)計上考慮采用高硫劣質(zhì)煤煅燒，水泥中摻加煤粉灰、爐渣等廢渣，采用水泥廠低溫余熱發(fā)電技術(shù)，以達(dá)到“三廢”綜合利用。

（3）燒成系統(tǒng)采用天津水泥工業(yè)設(shè)計研究院有限公司研發(fā)、制造的具有先進(jìn)技術(shù)的第三代雙系列預(yù)熱器系統(tǒng)、窯尾端擴(kuò)大回轉(zhuǎn)窯、第四代行進(jìn)式穩(wěn)流熟料冷卻機(jī)。原料粉磨采用輥式磨，煤粉制備 采用管磨，水泥粉磨采用輥壓機(jī)加管磨機(jī)系統(tǒng)。

（4）采用先進(jìn)、可靠的集散型計算機(jī)控制系統(tǒng)，達(dá)到高效、節(jié)能、穩(wěn)定生產(chǎn)、優(yōu)化控制的目的，最大程度地減少操作崗位定員，以降低生產(chǎn)成本。

（5）廠區(qū)海拔標(biāo)高在1022～1083m之間，系統(tǒng)設(shè)計需進(jìn)行高原校正。

3 設(shè)計主要技術(shù)指標(biāo)（表2）

表2 設(shè)計主要技術(shù)指標(biāo)

4 項目的設(shè)計與開發(fā)

4.1 總圖、物料儲存及設(shè)備能力

總圖布置（圖1）在滿足工藝系統(tǒng)要求的同時，根據(jù)地勢設(shè)置多個臺段，主生產(chǎn)線由南向北呈“一”字形布置。

物料的儲存方式及主要生產(chǎn)車間設(shè)備能力見表3、4。

4.2 原、燃料的均化

設(shè)計考慮到干法生產(chǎn)對原料的均勻性要求和來料的多樣性，石灰石、煤、輔助原料均設(shè)置預(yù)均化堆場，石灰石均化堆場考慮了擴(kuò)建熟料線的儲量。煤、輔助原料均化堆場預(yù)留了擴(kuò)建的空間，生料設(shè)置生料均化庫，以保證物料的均化和生產(chǎn)的穩(wěn)定，規(guī)格見表3。

表3 物料的儲存方式

表4 主要生產(chǎn)車間設(shè)備能力

4.3 粉磨系統(tǒng)的設(shè)計

4.3.1 原料粉磨

原料的水分、硬度、磨蝕性、設(shè)計能力見表5。

由表5可知，原料的磨蝕性較低、易磨。設(shè)計采用輥磨系統(tǒng)，系統(tǒng)工藝流程簡單，集粉磨、烘干、選粉等工序于一體；烘干能力大，對原料的水分、粒度的適應(yīng)性強(qiáng)；粉磨電耗低，節(jié)約能源；占地面積小，布置緊湊，土建投資低。

選型時若采用一臺國產(chǎn)輥磨，磨機(jī)規(guī)格大，設(shè)備運(yùn)輸困難，該規(guī)格設(shè)備無使用記錄，減速機(jī)需引進(jìn)，制造周期長，造價高等。故此設(shè)計采用兩套成熟的TRM42.4輥磨，每套系統(tǒng)產(chǎn)量為300t/h。該設(shè)備由天津水泥工業(yè)設(shè)計研究院有限公司制造。

4.3.2 煤粉制備

原煤的水分、硬度、設(shè)計能力見表6。

表6中煤的易磨性很差，考慮到煤來源的多變性、無煙煤的特性、對煤的細(xì)度要求較高等因素，設(shè)計采用球磨系統(tǒng)，具有適應(yīng)性強(qiáng)、維修費(fèi)用低、穩(wěn)定性高的特點(diǎn)。

選型時若采用一臺球磨，設(shè)備規(guī)格需?5m×10+3m的磨機(jī)，國內(nèi)沒有成型設(shè)備，設(shè)備運(yùn)輸也困難。故此設(shè)計采用兩套?3m×7.75+3.5m球磨系統(tǒng)，每套系統(tǒng)產(chǎn)量為30t/h。

煤粉制備系統(tǒng)設(shè)計采用了周全的安全措施，如防爆閥、CO2滅火系統(tǒng)、消防水系統(tǒng)等。

4.3.3 水泥粉磨

考慮到水泥品種需適應(yīng)不同客戶的要求、設(shè)備運(yùn)輸和投資等情況，水泥粉磨系統(tǒng)采用常規(guī)GYJ180-100輥壓機(jī)、?4.2m×13m球磨機(jī)組成的聯(lián)合粉磨系統(tǒng)，每套系統(tǒng)生產(chǎn)能力為170t/h（P.O42.5）、180t/h（P.C32.5）。

該系統(tǒng)可利用輥壓機(jī)的粉碎節(jié)能，利用磨機(jī)來調(diào)水泥品質(zhì)?？蓪崿F(xiàn)多種操作模式，如輥壓機(jī)和球磨機(jī)聯(lián)合操作、球磨單獨(dú)操作、輥壓機(jī)單獨(dú)操作，適應(yīng)不同狀態(tài)的要求；取消了旋風(fēng)筒及V形選粉機(jī)循環(huán)風(fēng)機(jī)，降低磨損，提高運(yùn)轉(zhuǎn)率；圈流粉磨避免了磨機(jī)過粉磨，產(chǎn)品溫度可以得到有效控制，可提高系統(tǒng)產(chǎn)量，降低水泥電耗。

表5 原料的水分、硬度、磨蝕性、設(shè)計能力

表6 原料的水分、硬度、磨蝕性、設(shè)計能力

4.4 燒成系統(tǒng)的設(shè)計開發(fā)

日產(chǎn)熟料7500t的水泥燒成系統(tǒng)，國產(chǎn)化還是空白，為此天津水泥工業(yè)設(shè)計研究院有限公司專門為該項目研發(fā)了燒成系統(tǒng)及設(shè)備：預(yù)熱器、回轉(zhuǎn)窯、冷卻機(jī)、燃燒器。

熟料煅燒采用一套窯尾帶雙系列五級旋風(fēng)預(yù)熱器和TTF型分解爐，一臺?5.4/5.8m×78m的回轉(zhuǎn)窯系統(tǒng)。窯和分解爐用煤比例為40%～45%和60%～55%，入窯物料的碳酸鈣分解率大于90%?；剞D(zhuǎn)窯采用三擋支撐，斜度為3.5%，轉(zhuǎn)速為0.4～4.0r/min，雙側(cè)傳動。窯頭配有多通道燃燒器，系統(tǒng)配置雙高溫風(fēng)機(jī)。

分解爐用三次風(fēng)從冷卻機(jī)抽取，通過三次風(fēng)管直接送至分解爐。

熟料冷卻采用第四代行進(jìn)式穩(wěn)流篦冷機(jī)，冷卻機(jī)中部設(shè)有輥式破碎機(jī)。

熟料燒成系統(tǒng)熱耗3009.6kJ/kg(720kcal/kg)。

4.4.1 預(yù)熱器和分解爐

雙系列五級旋風(fēng)預(yù)熱器、TTF分解爐有如下優(yōu)點(diǎn)：

（1）一級旋風(fēng)筒分離效率高，排出系統(tǒng)粉塵量少，提高了系統(tǒng)熱效率；四級旋風(fēng)筒下料兩級分料的設(shè)計，很好地解決了因燃燒高硫煤而造成的煙室結(jié)皮問題；五級旋風(fēng)筒分離效率高，減少了高溫料粉的再循環(huán)，從而降低了熱耗，同時減少了高溫粘性物料對旋風(fēng)筒的堵塞。

（2）采用新型鎖風(fēng)閥，減少了系統(tǒng)的內(nèi)外漏風(fēng)，有利于降低熱耗。

（3）物料分散采用撒料盒裝置，提高了固氣之間的熱交換速率。

（4）分解爐直接安裝在窯尾煙室上面，窯氣直接進(jìn)入分解爐，所以不存在上升煙道結(jié)皮問題，保證了窯系統(tǒng)的穩(wěn)定操作。

（5）氣體、物料和燃料在爐內(nèi)混合均勻，形成一穩(wěn)定的燃燒區(qū)，避免了爐內(nèi)局部過熱，所以分解爐很少結(jié)皮。由于爐子底部與窯尾煙室直接相連，開口大，不易發(fā)生堵塞。

（6）低壓損五級旋風(fēng)預(yù)熱器，系統(tǒng)壓損小，熱交換效率高，排出的廢氣中NOX低，物料的適應(yīng)性強(qiáng)。

4.4.2 回轉(zhuǎn)窯

規(guī)格：?5.4/5.8m×78m回轉(zhuǎn)窯為?5.4m×78m，同時回轉(zhuǎn)窯尾端直徑擴(kuò)大至5.8m。雙側(cè)傳動。

回轉(zhuǎn)窯有如下優(yōu)點(diǎn)：

（1）通過尾端直徑擴(kuò)大，可以有效把煙室的最小斷面面積擴(kuò)大，從而有效降低回轉(zhuǎn)窯和煙室的阻力，大大改善窯內(nèi)通風(fēng)，減少煙室飛灰損失，進(jìn)而對回轉(zhuǎn)窯產(chǎn)量的發(fā)揮創(chuàng)造有利條件，可以最大限度地發(fā)揮回轉(zhuǎn)窯的潛能；

（2）本項目燃煤中硫含量偏高，回轉(zhuǎn)窯內(nèi)可能出現(xiàn)長厚窯皮或結(jié)后圈以及煙室結(jié)皮，設(shè)計中采取了煙室料幕等適應(yīng)高硫煤技術(shù)，同時采用回轉(zhuǎn)窯尾端擴(kuò)大技術(shù)，也可有效緩解燃煤中硫含量偏高帶來的不利影響，為將來生產(chǎn)線的穩(wěn)定運(yùn)行提供基礎(chǔ)；

（3）采用尾端擴(kuò)大技術(shù)，三次風(fēng)管閥門開度可適當(dāng)加大，從而可降低系統(tǒng)阻力，避免由于三次風(fēng)管閥門開度太小而造成的閥體較快磨損；

（4）雙傳動裝置和雙液壓擋輪裝置同步運(yùn)行設(shè)計為大型回轉(zhuǎn)窯可靠、平穩(wěn)運(yùn)行提供了有力保障。

4.4.3 篦冷機(jī)

規(guī)格：TC7500，篦床面積189.11m2，沖程次數(shù)6次。

篦冷機(jī)有如下優(yōu)點(diǎn)：

（1）高冷卻效率，中置輥式熟料破碎機(jī)，進(jìn)一步提升了二段篦床的冷卻效果，熟料出冷卻機(jī)溫度70～90℃。

（2）高熱回收率，二三次風(fēng)溫度較高，二次風(fēng)溫一般1100℃以上，三次風(fēng)溫900～950℃，使得回轉(zhuǎn)窯和分解爐內(nèi)的煤粉處于相對較高的溫度環(huán)境，迅速起燃，給無煙煤燃燒創(chuàng)造了有利的環(huán)境。

表7 泰安水泥12月5日8個小時的運(yùn)行數(shù)據(jù)

表8 泰安水泥12月5日至12月19日半個月的運(yùn)行統(tǒng)計數(shù)據(jù)

（3）高運(yùn)轉(zhuǎn)率，設(shè)備帶自動潤滑系統(tǒng)，提高了設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)率。

（4）無漏料冷卻機(jī)，篦床下不再設(shè)漏料鎖風(fēng)裝置和拉鏈機(jī)。

4.4.4 燃燒器

燃燒器采用TCNB型大推力窯頭燃燒器。

燃燒器有如下優(yōu)點(diǎn)：

一次風(fēng)使用量低（～8%），能適應(yīng)低揮發(fā)分（7%～9%）低熱值煤（18810～20900kJ/kg，火力集中、窯頭升溫快的特性，很好地保證了二次風(fēng)溫（～1200℃）。

4.5 系統(tǒng)環(huán)保、節(jié)能上的措施

4.5.1 環(huán)境保護(hù)

在物料揚(yáng)塵點(diǎn)及生產(chǎn)系統(tǒng)的廢氣排放點(diǎn)均設(shè)置有收塵器，以保證揚(yáng)塵點(diǎn)及廢氣排放點(diǎn)的廢氣粉塵排放濃度達(dá)到國家環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)要求。對產(chǎn)生噪音較大的設(shè)備和場所，均采用消音或封閉隔離的辦法，以達(dá)到降低噪音等級保護(hù)生產(chǎn)人員身心健康的目的。

設(shè)計中采用的措施有：

（1）選用國內(nèi)高效的除塵設(shè)備，確保凈化后的廢氣含塵量達(dá)到國家環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)要求。

（2）各種物料預(yù)均化堆場均采用封閉式堆場。

（3）減少生產(chǎn)中揚(yáng)塵環(huán)節(jié)，減少物料轉(zhuǎn)運(yùn)點(diǎn)，降低物料落差，選擇密閉性好的輸送設(shè)備，減少粉塵外逸。

（4）控制生產(chǎn)噪音，選用低噪音設(shè)備和加消聲器，對強(qiáng)噪聲源車間及單體設(shè)備均采用封閉式廠房。

（5）在生產(chǎn)線周圍種樹綠化，特別在強(qiáng)噪聲源車間周圍多種樹木，以其屏蔽作用使噪聲受到不同程度的隔絕與吸收。

4.5.2 節(jié)能措施

（1）利用窯尾廢氣的余熱（或余熱發(fā)電后）烘干原料，利用窯頭廢氣的余熱烘干原煤，合理地利用和回收了能源。

（2）熟料冷卻采用篦冷機(jī)，提高了入窯的二次風(fēng)溫及入分解爐的三次風(fēng)溫，從而改善了窯爐燃燒條件，提高了煅燒效果，降低了燒成熱耗。

（3）采用多通道噴煤管和計量準(zhǔn)確的煤粉計量系統(tǒng)，提高了燃燒效率，精確地控制了燃煤量，保證了喂煤均勻，調(diào)整及時準(zhǔn)確。

（4）預(yù)熱器及分解爐選用低壓損系統(tǒng)，減少了系統(tǒng)阻力，降低了電耗。

（5）生產(chǎn)工藝上采用的各種風(fēng)機(jī)，采用變頻器傳動來改變電機(jī)轉(zhuǎn)速可收到非常好的節(jié)能效果。主要有原料磨循環(huán)風(fēng)機(jī)、窯尾廢氣處理排風(fēng)機(jī)、窯尾高溫風(fēng)機(jī)、篦冷機(jī)冷卻風(fēng)機(jī)、冷卻機(jī)排風(fēng)機(jī)、煤磨系統(tǒng)風(fēng)機(jī)、水泥磨系統(tǒng)風(fēng)機(jī)等。

4.6 電氣自動化控制

為使工藝生產(chǎn)線處于最佳運(yùn)行狀態(tài)，保證產(chǎn)品質(zhì)量，節(jié)約能源，提高勞動生產(chǎn)率，設(shè)計采用技術(shù)性能可靠且先進(jìn)的集散型計算機(jī)控制系統(tǒng)，對主要工藝流程的各車間進(jìn)行集中監(jiān)控管理，分散控制。

系統(tǒng)由操作站、現(xiàn)場控制站、系統(tǒng)通訊網(wǎng)絡(luò)組成。操作站設(shè)置于中央控制室，除完成對電氣設(shè)備的監(jiān)控外，還完成生產(chǎn)過程參數(shù)的顯示、設(shè)定、報警、記錄和自動控制，故障報警及各工藝參數(shù)亦定期或隨時可打印報表?，F(xiàn)場控制站設(shè)置于各電力室，完成順序邏輯控制，開關(guān)量和模擬量的數(shù)據(jù)采集、處理，PID回路的控制等。

5 結(jié)論

運(yùn)行數(shù)據(jù)（表7、8）顯示，該燒成系統(tǒng)日產(chǎn)熟料達(dá)到7540t（料耗1.60kg生料/kg熟料），熟料熱耗在2967.8～3080.7kJ/kg熟料（煤平均熱值在20147.6～20900kJ/kg）之間，電耗57.4kWh/t熟料，達(dá)到了設(shè)計指標(biāo)，各項指標(biāo)均達(dá)到國際先進(jìn)水平。該生產(chǎn)線的穩(wěn)定運(yùn)行，標(biāo)志著系統(tǒng)設(shè)計和設(shè)備開發(fā)的成功，為水泥生產(chǎn)線設(shè)備國產(chǎn)大型化的開發(fā)應(yīng)用奠定了堅實基礎(chǔ)。

TQ172.622.29

A

1001-6171（2012）03-0028-05

2011-11-11；編輯：沈穎