劉小龍，韓博文，吳亮

1 前言

我公司某水泥熟料生產(chǎn)線，于2010年投產(chǎn)運(yùn)行，近年來生產(chǎn)線能耗、運(yùn)行成本居高不下，早期的生產(chǎn)工藝及裝備水平已無法滿足公司發(fā)展需要。2019年，實物煤耗和標(biāo)準(zhǔn)煤耗分別達(dá)到161.22kg/t和113.69kg/t，燒成工序電耗達(dá)到42.53kW·h/t；為實現(xiàn)NOX排放濃度＜320mg/m3的目標(biāo)，脫硝系統(tǒng)氨水消耗量平均為2.9kg/t.cl；同時，系統(tǒng)“跑、冒、滴、漏”現(xiàn)象較為嚴(yán)重，窯尾廢氣氧含量（生料磨停）高達(dá)8.5%，高能耗、高成本運(yùn)行嚴(yán)重制約著企業(yè)的發(fā)展。為實現(xiàn)綠色低碳發(fā)展，我公司對窯系統(tǒng)進(jìn)行了節(jié)能降耗技術(shù)改造，并加強(qiáng)精細(xì)化管理，取得了較好的效果。

2 節(jié)能降耗改造措施

2.1 預(yù)熱器系統(tǒng)降阻改造

2.1.1 預(yù)熱器系統(tǒng)運(yùn)行現(xiàn)狀

水泥熟料生產(chǎn)線窯尾預(yù)熱器為雙列五級預(yù)熱器，C1旋風(fēng)筒規(guī)格為4m×φ4.7m，C2～C5旋風(fēng)筒規(guī)格為5.8m×φ6.8m，分解爐規(guī)格為φ7.6m（φ5.8m），容積2 804m3；2019年，熟料產(chǎn)量為225t/h時，C1旋風(fēng)筒出口壓力達(dá)到-6 300Pa左右；各旋風(fēng)筒進(jìn)口面積設(shè)計偏小，分解爐縮口設(shè)計偏小，預(yù)熱器系統(tǒng)整體阻力偏高。系統(tǒng)阻力高導(dǎo)致風(fēng)量不足，氧含量不能滿足煤粉燃燒需求，窯尾煙室、分解爐出口氧含量分別為1.2%、1.4%，CO含量在0.2%～0.5%之間，能耗增加的同時，嚴(yán)重制約了窯產(chǎn)量的進(jìn)一步提高。高濃度CO與部分氨水進(jìn)行反應(yīng)，脫硝系統(tǒng)氨水用量達(dá)到0.65t/h左右；同時，因系統(tǒng)阻力高，風(fēng)速降低，導(dǎo)致系統(tǒng)壓力波動范圍增大，分解爐出口壓力平均波動范圍約200Pa，出現(xiàn)分解爐塌料頻繁，窯系統(tǒng)熱工制度不穩(wěn)，煤粉后燃，預(yù)熱器結(jié)皮堵塞頻繁等情況。

2.1.2 預(yù)熱器系統(tǒng)降阻節(jié)能優(yōu)化措施

經(jīng)分析研究，我公司于2020年初，利用錯峰限產(chǎn)檢修期間，對預(yù)熱器系統(tǒng)實施了一系列降阻節(jié)能優(yōu)化措施。

（1）提高旋風(fēng)筒氣固分離效率。C1旋風(fēng)筒是窯尾煙氣經(jīng)過的最后一級旋風(fēng)筒，需具備較高的氣固分離效率，以降低預(yù)熱器出口煙氣粉塵濃度，減少出預(yù)熱器煙氣帶走熱量。本次改造將C1旋風(fēng)筒內(nèi)筒長度延長400mm，同時為避免通風(fēng)阻力的增加，采用了敞口式布置，有效提高了旋風(fēng)筒氣固分離效率。

（2）增加旋風(fēng)筒進(jìn)風(fēng)口通風(fēng)面積。實驗表明，在一定范圍內(nèi)，旋風(fēng)筒進(jìn)口風(fēng)速對壓損的影響遠(yuǎn)大于對氣固分離效率的影響，因此，在對氣固分離效率影響不大、進(jìn)口不產(chǎn)生過多物料沉積的前提下，可適當(dāng)擴(kuò)大旋風(fēng)筒的進(jìn)口面積，以降低旋風(fēng)筒進(jìn)口風(fēng)速和阻力。本次改造將預(yù)熱器C2～C4旋風(fēng)筒進(jìn)風(fēng)口硅鈣隔熱板替換為厚度25mm的納米新材料隔熱板，在提高隔熱效果的前提下，進(jìn)風(fēng)口單面直墻厚度降低了75mm，有效增加了旋風(fēng)筒進(jìn)風(fēng)口通風(fēng)面積。

（3）擴(kuò)大窯尾通風(fēng)面積。本生產(chǎn)線分解爐爐容較大，在使用煙煤的情況下，基本能夠滿足氣體停留時間＞6s的要求，但分解爐出口壓力持續(xù)在1 400～1 500Pa左右，煙室至分解爐縮口偏小，阻力過高，造成水泥窯及分解爐內(nèi)風(fēng)量不足。本次改造將煙室至分解爐縮口由2 450mm擴(kuò)徑為2 500mm，同時，將煙室斜坡至月牙門高度由1.94m提高至1.99m，有效擴(kuò)大了窯尾通風(fēng)面積。

（4）改造分解爐下料管撒料盒。將C4旋風(fēng)筒入分解爐下料管撒料盒揚(yáng)料板延長200mm，有效提高了撒料的均勻性和熱交換效率，分解爐出口溫度波動幅度降低10℃。

2.1.3 改造效果

經(jīng)改造優(yōu)化，2020年，水泥窯產(chǎn)量階段性達(dá)255t/h以上時，C1旋風(fēng)筒出口壓力-6 000Pa左右，較改造前下降300Pa；窯尾煙室、分解爐出口氧含量分別為2.0%、2.1%左右，CO含量在0～0.05%之間波動，屬正常范圍；分解爐塌料情況基本消除，窯系統(tǒng)熱工制度較為穩(wěn)定，預(yù)熱器結(jié)皮大幅減少，全年因預(yù)熱器結(jié)皮堵塞造成的止料同比2019年減少3次，止料時間減少40.94h。

2.2 主要風(fēng)機(jī)節(jié)能改造

2.2.1 將高溫風(fēng)機(jī)改造為高效節(jié)能風(fēng)機(jī)

2019年，針對水泥窯能耗高、產(chǎn)量偏低的問題，我公司對生產(chǎn)線高溫風(fēng)機(jī)進(jìn)行了性能指標(biāo)測量標(biāo)定。標(biāo)定結(jié)果顯示，高溫風(fēng)機(jī)單機(jī)電耗高達(dá)13kW·h/t，高溫風(fēng)機(jī)滿負(fù)荷運(yùn)行，產(chǎn)量無提升空間。

為提高高溫風(fēng)機(jī)做功效率，2020年1月，我公司將原高溫風(fēng)機(jī)更換為RCCF1004AZ/1743型高效節(jié)能風(fēng)機(jī)。改造后，風(fēng)機(jī)功率仍為3 300kW，風(fēng)量104×104m3/h，風(fēng)機(jī)全壓≥7 500Pa。改造措施如下：

（1）拆除原風(fēng)機(jī)、電機(jī)聯(lián)軸器、進(jìn)口調(diào)節(jié)門、進(jìn)出口軟連接、部分進(jìn)出口風(fēng)道。

（2）根據(jù)設(shè)計圖紙要求的風(fēng)機(jī)殼體安裝尺寸，對風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)進(jìn)行處理，對地基實施二次灌漿固定。

（3）制作風(fēng)機(jī)出口變徑管，改造進(jìn)口褲腳管；安裝高效節(jié)能風(fēng)機(jī)、聯(lián)軸器、調(diào)節(jié)門、進(jìn)出口軟連接、連接進(jìn)出口風(fēng)道。

改造后，2020年4月，風(fēng)機(jī)試運(yùn)行。經(jīng)檢測，風(fēng)機(jī)做功效率達(dá)82.88%，4～10月份，風(fēng)機(jī)電耗達(dá)10.18kW·h/t.cl，較2019年風(fēng)機(jī)電耗12.77kW·h/t.cl降低2.59kW·h/t.cl，節(jié)電率達(dá)21%。高溫風(fēng)機(jī)節(jié)能改造前后數(shù)據(jù)對比見表1。

表1 高溫風(fēng)機(jī)節(jié)能改造前后數(shù)據(jù)對比

2.2.2 采用磁懸浮風(fēng)機(jī)替換羅茨風(fēng)機(jī)

原有窯頭一次風(fēng)機(jī)采用一臺功率為220kW的羅茨風(fēng)機(jī)，能耗高，噪聲嚴(yán)重超標(biāo)，需增設(shè)降噪設(shè)施，同時，羅茨風(fēng)機(jī)無法根據(jù)工況變化及時調(diào)整出風(fēng)口風(fēng)壓和流量。鑒于以上情況，2020年初，利用錯峰限產(chǎn)檢修，我公司將原窯頭一次風(fēng)機(jī)更換為TR18507型磁懸浮鼓風(fēng)機(jī)，該風(fēng)機(jī)具有能耗低、做功效率高、噪聲低、變頻調(diào)速、無需添加潤滑油、維護(hù)簡單等諸多優(yōu)點。改造后，一次風(fēng)機(jī)實際運(yùn)行功率約150kW，電耗同比下降0.3kW·h/t.cl左右，年節(jié)電41.9×104kW·h。

2.3 脫硝系統(tǒng)優(yōu)化改造

原脫硝系統(tǒng)脫氮效率偏低，氨水消耗量持續(xù)偏高，脫硝系統(tǒng)中控界面如圖1所示。2020年脫硝系統(tǒng)氨水消耗量平均達(dá)2.9kg/t.cl，熟料生產(chǎn)脫硝成本高達(dá)1.75元/t，經(jīng)公司研究，決定進(jìn)行脫硝系統(tǒng)改造。主要改造措施如下：

圖1 脫硝系統(tǒng)中控界面

（1）采用分解爐高強(qiáng)還原燃燒控制技術(shù)。確保煤粉在分解爐內(nèi)生成大量的CO、CHi、H2、HCN和碳等還原劑，將窯內(nèi)產(chǎn)生的熱力型NOX強(qiáng)力還原成N2，從而大幅減少窯尾煙氣的NOX含量，脫硝效率達(dá)60%以上。

將三次風(fēng)管盤龍段整體抬高1.5m，將煙室縮口和三次風(fēng)進(jìn)風(fēng)口之間的分解爐區(qū)域建立為還原區(qū)；重新制作三次風(fēng)管，連接分解爐上新開通道和膨脹節(jié)，形成新的三次風(fēng)通道；相應(yīng)提高新加三次風(fēng)管角度，確保窯氣在還原區(qū)停留0.5s以上；優(yōu)化原三次風(fēng)管尺寸及進(jìn)風(fēng)方式，防止存在急彎而產(chǎn)生積料。三次風(fēng)管盤龍改造圖如圖2所示。

圖2 三次風(fēng)管盤龍改造后

（2）改造分解爐燃燒器。為穩(wěn)定送煤氣流，保證送煤量的均勻穩(wěn)定以及獲得均勻穩(wěn)定的NOX還原區(qū)，將分解爐燃燒器全部更換為脫硝專用窯尾燃燒器，調(diào)整窯尾送煤管道尺寸。將4臺燃燒器安裝在煙室縮口上方的分解爐錐體上，離煙室縮口垂直距離約500mm處；將另外2臺燃燒器置于三次風(fēng)管入分解爐區(qū)域上部，從而保證分解爐內(nèi)溫度場的均勻穩(wěn)定，避免出現(xiàn)局部高溫。分解爐燃燒器安裝位置如圖3所示。

圖3 分解爐噴煤管

（3）對C4下料管進(jìn)行改造。將C4下料方式改為上、中、下三路（雙側(cè)六路）。將C4下料管下部入口調(diào)整至“天圓地方”上部，并設(shè)置撒料板。該調(diào)整主要是將相對低溫物料下移，吸收還原區(qū)高溫，凝聚窯氣中析出的堿、硫等有害成分，防止結(jié)皮的發(fā)生。將C4中部下料管入口調(diào)整至新三次風(fēng)管入口上部，并設(shè)置撒料板。C4下料管上部入口不作改變。調(diào)整C4下料位置是為了調(diào)節(jié)富氧區(qū)的煤粉燃燒環(huán)境，同時，上、中、下多點分料，可減少物料分解時CO2集中釋放，改善煤粉燃燒環(huán)境，有利于提產(chǎn)。C4下料管改造前后對比如圖4、圖5所示。

圖4 C4下料管改造前示意圖

圖5 C4下料管改造后示意圖

（4）對煙室進(jìn)行擴(kuò)容。在煙室原基礎(chǔ)上，東西方向延伸200mm、南北方向延伸300mm，以解決煙室通風(fēng)面積小、阻力高的問題。同時，將該處風(fēng)速控制在8m/s以內(nèi)，可有效減少入分解爐粉塵內(nèi)循環(huán)負(fù)荷。改造后的煙室如圖6所示。

圖6 改造后煙室

脫硝系統(tǒng)改造后，于2021年3月投入試運(yùn)行，截至2021年6月，氨水消耗量平均約0.9kg/t.cl，較改造前下降2.0kg/t.cl，同比下降69%。按2020年生產(chǎn)數(shù)據(jù)計算，年可節(jié)省氨水2 790t，節(jié)約生產(chǎn)費用253.9萬元。

2.4 其他改進(jìn)措施

2.4.1 實施“五穩(wěn)保一穩(wěn)”，穩(wěn)定窯況

（1）針對硫酸渣等粉狀物料因水分大等原因頻繁斷料，進(jìn)而引起生料成分波動較大的問題，我公司利用錯峰限產(chǎn)檢修期間，對粉狀原材料儲庫下料溜子進(jìn)行了優(yōu)化改進(jìn)。

通過加裝振打電機(jī)，在秤體設(shè)置料位裝置與振打電機(jī)聯(lián)鎖，在秤上料位不足時及時啟動振打電機(jī)，徹底解決了粉狀物料下料不暢，影響生料質(zhì)量的問題。

結(jié)合中子在線配料系統(tǒng)的投運(yùn)，出磨生料合格率大幅提升，2020年出磨生料飽和比合格率累計達(dá)到96.3%，同比2019年提高29.5%，取得了良好效果。

（2）進(jìn)一步規(guī)范進(jìn)廠原煤取樣檢驗環(huán)節(jié)，由質(zhì)量管控部門與職能部門對煤質(zhì)定期抽查比對并建立相應(yīng)的考核機(jī)制，將質(zhì)量不達(dá)標(biāo)的原煤信息及時反饋物流部門，對供應(yīng)商采取扣產(chǎn)、停供等措施，有力保證了進(jìn)廠原煤質(zhì)量。

（3）全力保障生料均化庫自動下料系統(tǒng)及煤粉輸送系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，確保生料和燃料下料穩(wěn)定，為進(jìn)一步穩(wěn)定水泥窯窯況奠定基礎(chǔ)。

通過采取以上措施，2020年，3號水泥窯年平均產(chǎn)量達(dá)244.5t/h，階段性穩(wěn)定在257t/h左右，出窯熟料游離氧化鈣合格率87.4%，同比2019年提高5.8%。

2.4.2 利用先進(jìn)檢測設(shè)備，及時排除故障隱患

通過使用熱成像分析儀、便攜氣體分析儀等先進(jìn)檢測設(shè)備，定期檢測分析水泥窯系統(tǒng)工況，為控制生產(chǎn)過程參數(shù)提供合理可靠依據(jù)。結(jié)合窯尾廢氣氣體分析儀檢測數(shù)據(jù)，綜合分析水泥窯系統(tǒng)煅燒狀況及存在的問題，及時調(diào)整工藝煅燒參數(shù)，使工藝煅燒過程控制更為合理。同時，對檢測出的疑似存在結(jié)皮的區(qū)域及時進(jìn)行處理，調(diào)整相應(yīng)參數(shù)，排除故障隱患。2020年，水泥窯創(chuàng)造了無工藝故障連續(xù)運(yùn)行128d的歷史紀(jì)錄，運(yùn)行可靠性大幅提升，全年未發(fā)生過因結(jié)皮造成預(yù)熱器系統(tǒng)堵塞的問題。

2.4.3 加強(qiáng)“跑、冒、滴、漏”治理

對系統(tǒng)冷、熱風(fēng)閥工效情況進(jìn)行了全面排查，并對存在問題的相關(guān)設(shè)備的密封逐一優(yōu)化更換；在生料輥磨加裝回轉(zhuǎn)密封下料器；同時，大力開展現(xiàn)場密封堵漏工作，對生料磨、預(yù)熱器系統(tǒng)及SP鍋爐漏風(fēng)點層層排查，將檢查出的問題落實責(zé)任人限期整改，并追蹤驗證。多措并舉之下，窯尾廢氣氧含量從停磨工況下的8.3%大幅下降至目前的6.4%，生料工序電耗下降0.38kW·h/t。

3 改造效果

經(jīng)采取一系列節(jié)能降耗改造措施、加強(qiáng)生產(chǎn)管理后，我公司水泥窯系統(tǒng)改造取得了顯著成效，改造前后生產(chǎn)能耗及抗壓強(qiáng)度對比見表2。同比2019年，2020年公司全年節(jié)煤8 315t，節(jié)約成本349.7萬元；全年節(jié)電1 156.6×104kW·h，節(jié)省電費578.3萬元。

表2 改造前后生產(chǎn)能耗及抗壓強(qiáng)度對比

以上能耗、質(zhì)量等指標(biāo)均創(chuàng)公司該條水泥窯生產(chǎn)線歷史最優(yōu)水平，各項節(jié)能降耗改造、生產(chǎn)管理措施均取得了顯著效果，有效推動了我公司生產(chǎn)向綠色節(jié)能、低耗高效方式的轉(zhuǎn)變?！?/p>