張小龍,趙思鑫,閆永強(qiáng)
我公司廠區(qū)海拔1 024m,2 500t/d水泥熟料生產(chǎn)線窯尾采用單系列五級(jí)旋風(fēng)預(yù)熱器+TDF分解爐,回轉(zhuǎn)窯規(guī)格為φ4m×60m,窯頭配置DJGX-2500T/D-D四通道燃燒器,煙煤煅燒,生料采用石灰石、鐵礦石、粘土和砂巖四組分配料,篦冷機(jī)為SFR2×5十字棒型第四代篦冷機(jī),固定篦床供風(fēng)為分區(qū)單獨(dú)可調(diào)式供風(fēng)。
(1)二、三次風(fēng)量不匹配,系統(tǒng)阻力大,窯內(nèi)過(guò)??諝庀禂?shù)較高,在三次風(fēng)閥開(kāi)度為100%的情況下,一級(jí)筒出口壓力6 400Pa左右,窯尾氧含量長(zhǎng)期保持在5%~6%,分解爐煤粉燃盡率較低,結(jié)皮多。
(2)能耗高,2019年熟料標(biāo)準(zhǔn)煤耗114.47kg/t,熟料工序電耗35.09kW·h/t。
(3)篦冷機(jī)熱利用率低,二次風(fēng)溫低,正常在1 000℃左右。
(1)三次風(fēng)管有效通風(fēng)內(nèi)徑為1 802mm,設(shè)計(jì)偏小,二、三次風(fēng)量不匹配,造成分解爐煤粉燃盡率較低,結(jié)皮多,增加了預(yù)熱器系統(tǒng)的阻力。系統(tǒng)運(yùn)行中產(chǎn)生的結(jié)皮有兩種形態(tài),一種是由于三次風(fēng)量小、風(fēng)速高,窯頭細(xì)顆粒飛砂料被帶入分解爐內(nèi)與高溫氣體混合形成的結(jié)皮,此種結(jié)皮比較松散,易清理;另一種是由于分解爐兩根柱體燃燒器位置不當(dāng)所造成的結(jié)皮。分解爐的一根柱體燃燒器位于三次風(fēng)管入分解爐進(jìn)風(fēng)口上沿正中心(見(jiàn)圖5),煤粉噴入后富氧爆燃形成明火燃燒,產(chǎn)生高溫區(qū),局部高溫形成結(jié)皮,此種結(jié)皮結(jié)構(gòu)致密堅(jiān)硬,不易清理。
(2)預(yù)熱器系統(tǒng)阻力大,一級(jí)筒出口負(fù)壓在6 400Pa左右,各級(jí)旋風(fēng)筒進(jìn)風(fēng)口通風(fēng)截面積偏小。產(chǎn)量提高時(shí)需增大高溫風(fēng)機(jī)拉風(fēng)量,導(dǎo)致風(fēng)速高,阻力大,高溫風(fēng)機(jī)長(zhǎng)期在額定電流下運(yùn)行,制約了產(chǎn)量的提升和能耗的降低。
預(yù)分解系統(tǒng)規(guī)格見(jiàn)表1,高溫風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)參數(shù)與正常使用參數(shù)見(jiàn)表2。
(3)篦冷機(jī)運(yùn)行效率低,固定篦床分區(qū)供風(fēng)分配比例不合理,高溫段風(fēng)機(jī)配風(fēng)不合理。篦冷機(jī)有效冷卻面積為58.6m2,安裝斜度為5°,裝機(jī)總風(fēng)量為336 400m3/h。高溫段一、二室風(fēng)機(jī)風(fēng)門開(kāi)度在70%左右,開(kāi)度偏小,同時(shí)篦冷機(jī)料層控制偏薄,料層厚度在500mm左右,導(dǎo)致高溫段料層存在“吹竄”現(xiàn)象,二次風(fēng)溫偏低。
原三次風(fēng)管內(nèi)徑為2 200mm,保溫材料為厚85mm的硅酸鈣板和厚114mm的高強(qiáng)耐堿磚,有效通風(fēng)內(nèi)徑為1 802mm。為合理匹配二、三次風(fēng)量,在不改變風(fēng)管直徑的情況下,采用40mm厚、導(dǎo)熱系數(shù)低、施工更為方便的NJS1000型納米隔熱板,替代原厚度85mm的硅酸鈣板,耐火磚厚度不變,有效通風(fēng)面積增加了0.26m2;原分解爐縮口直徑為1 780mm,在三次風(fēng)管擴(kuò)徑改造的同時(shí),將縮口澆注料厚度減少10mm,縮口直徑擴(kuò)大至1 800mm,有效通風(fēng)面積增加了0.056m2。優(yōu)化前后的三次風(fēng)管示意見(jiàn)圖1、2。
優(yōu)化后,二、三次風(fēng)量得到了合理匹配,消除了分解爐和五級(jí)旋風(fēng)筒溫度長(zhǎng)期倒掛現(xiàn)象,分解爐煤粉燃燒狀況得到明顯改善;三次風(fēng)管表面溫度從原來(lái)的120℃左右下降到100℃,表面熱損失進(jìn)一步降低。改進(jìn)前后分解爐和C5旋風(fēng)筒的溫度變化情況見(jiàn)表3。
拆除原C4、C5旋風(fēng)筒蝸殼進(jìn)風(fēng)口導(dǎo)流柱,將其向外拓展300mm,重新制作鋼結(jié)構(gòu)與其相連。在保持原有導(dǎo)流柱耐火材料施工結(jié)構(gòu)和厚度(230mm)不變的情況下,蝸殼進(jìn)風(fēng)口有效通風(fēng)面積增加1.362m2。
優(yōu)化后的C4、C5旋風(fēng)筒蝸殼進(jìn)風(fēng)口示意見(jiàn)圖3、圖4。優(yōu)化后,蝸殼進(jìn)風(fēng)口面積增大,有效降低了風(fēng)速和阻力,C4、C5旋風(fēng)筒出口負(fù)壓較優(yōu)化前分別下降了300Pa和100Pa左右,在產(chǎn)量增加的情況下,系統(tǒng)無(wú)塌料現(xiàn)象。
表1 預(yù)分解系統(tǒng)規(guī)格
表2 高溫風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)與正常使用參數(shù)
圖1 三次風(fēng)管優(yōu)化前
圖2 三次風(fēng)管優(yōu)化后
表3 改進(jìn)前后分解爐和C5旋風(fēng)筒的溫度變化情況
圖3 C4旋風(fēng)筒蝸殼進(jìn)風(fēng)口優(yōu)化后
圖4 C5旋風(fēng)筒蝸殼進(jìn)風(fēng)口優(yōu)化后
篦冷機(jī)固定篦床為分區(qū)單獨(dú)供風(fēng),每個(gè)風(fēng)管管路采用閥門手動(dòng)調(diào)整供風(fēng)量。調(diào)整配風(fēng)時(shí),逐步將粗料側(cè)和細(xì)料側(cè)管路閥門開(kāi)度由100%分別調(diào)至60%和70%左右。調(diào)整后,消除了固定篦床物料“吹竄”現(xiàn)象,降低了物料流速,有效增加了固定篦床的物料厚度,提高了入窯二次風(fēng)溫。逐步調(diào)整篦冷機(jī)各風(fēng)室風(fēng)量,增大高溫段風(fēng)機(jī)風(fēng)門開(kāi)度至90%左右,關(guān)小低溫段風(fēng)機(jī)風(fēng)門,降低低溫段風(fēng)量,在保證熟料冷卻的同時(shí),有效降低了窯頭廢氣排放總量。同時(shí),將篦冷機(jī)推動(dòng)次數(shù)由原來(lái)的10r/min調(diào)整為8r/min左右,提高料層厚度。通過(guò)以上調(diào)整,窯頭排風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速由原來(lái)的41Hz降至現(xiàn)有的38Hz,運(yùn)行電流下降了2A,二次風(fēng)溫由原來(lái)的1 000℃左右上升至1 150℃以上,出篦冷機(jī)熟料溫度保持在90℃左右不變。
圖5 燃燒器原安裝位置圖
圖6 燃燒器優(yōu)化后安裝位置圖
表4 優(yōu)化前后主要參數(shù)變化
表5 優(yōu)化前后主要經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)對(duì)比
分解爐燃燒器采用分級(jí)燃燒技術(shù),柱體和錐體各有兩根燃燒器。其中,柱體的兩根燃燒器,一根位于三次風(fēng)管入分解爐進(jìn)風(fēng)口上沿正中心,另一根位于三次風(fēng)管進(jìn)風(fēng)口正對(duì)面,且與三次風(fēng)管進(jìn)風(fēng)口下沿平行。運(yùn)行過(guò)程中,分解爐柱體結(jié)皮嚴(yán)重。調(diào)整時(shí),將三次風(fēng)管正上方的燃燒器移至三次風(fēng)管入分解爐反方向側(cè)下方,下移高度1 050mm,同時(shí)將柱體兩根燃燒器與分解爐橫截面之間的夾角由45°調(diào)整為15°,并向分解爐內(nèi)部推進(jìn)500mm。調(diào)整后,減少了三次風(fēng)對(duì)火焰的壓迫,火焰更加順暢,煤粉噴入后有效地避開(kāi)了富氧區(qū),形成了揮焰燃燒,避免了形成高溫區(qū),有效消除了局部高溫形成的結(jié)皮。燃燒器原安裝位置見(jiàn)圖5,優(yōu)化后安裝位置見(jiàn)圖6。
2020年初,利用錯(cuò)峰停窯時(shí)間,采取以上措施對(duì)水泥窯系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化。3月7日,水泥窯投料生產(chǎn),投料后水泥窯運(yùn)行熱工穩(wěn)定,一級(jí)筒出口壓力明顯下降,高溫風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速及電流下降,分解爐結(jié)皮基本消除;分解爐及五級(jí)筒溫度倒掛現(xiàn)象消除,水泥窯臺(tái)時(shí)產(chǎn)量提升的同時(shí),預(yù)熱器各級(jí)壓力穩(wěn)定,無(wú)塌料現(xiàn)象;水泥窯高效穩(wěn)定運(yùn)行能力明顯提升,產(chǎn)量進(jìn)一步提升,熟料煤電消耗大幅下降。優(yōu)化前后的主要參數(shù)變化見(jiàn)表4,主要經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)對(duì)比情況見(jiàn)表5。
通過(guò)對(duì)影響水泥窯系統(tǒng)運(yùn)行的關(guān)鍵環(huán)節(jié)進(jìn)行降阻降耗優(yōu)化改進(jìn),水泥窯產(chǎn)量得到了有效提升,煤耗電耗均有所下降,年節(jié)約標(biāo)煤1 056t,節(jié)電約172×104kW·h,熟料強(qiáng)度提高,經(jīng)濟(jì)效益顯著。