梁乾，陶從喜，鄧乾，胡斯亮，何明海

1 引言

某水泥公司5 000t/d水泥熟料生產(chǎn)線采用無煙煤燃料，分解爐采用預(yù)燃爐加TSD 爐，以適應(yīng)無煙煤燃點高的特性，爐容偏?。s2 100m3）。投產(chǎn)后發(fā)現(xiàn)，兩個預(yù)燃爐的煤粉預(yù)燃效果有限，物料在分解爐內(nèi)停留時間偏短，造成分解爐分解率較低，預(yù)熱器對不同煤種的適應(yīng)性差，能耗指標不理想。該生產(chǎn)線回轉(zhuǎn)窯規(guī)格為?4.8m×72m，熟料冷卻機為第三代TC-12102篦式冷卻機，出窯熟料溫度偏高，能耗損失大。為進一步提高產(chǎn)能，降低能耗及生產(chǎn)成本，公司對該生產(chǎn)線燒成系統(tǒng)進行了優(yōu)化技改。

2 生產(chǎn)線存在的問題及改造思路

2.1 存在的問題

2020年，回轉(zhuǎn)窯標煤耗為106.14kg/t，生料喂料量為360t/h，高溫風(fēng)機轉(zhuǎn)速為790r/min，C1 出口負壓為-5 200Pa。預(yù)熱器系統(tǒng)通風(fēng)阻力大，分解爐容積偏小，對原煤適應(yīng)性差，煤粉燃燒不好，煤耗偏高；篦冷機熱回收效率低，出冷卻機熟料溫度高，約160℃～200℃；第三代篦冷機故障檢修頻繁，對下游工序的生產(chǎn)維護造成較大影響。

2.2 改造方向

2021 年3 月，該公司對此5 000t/d 水泥熟料生產(chǎn)線燒成系統(tǒng)進行了熱工標定檢測，燒成系統(tǒng)工藝流程如圖1 所示，預(yù)熱器熱工標定測試數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 預(yù)熱器熱工標定測試數(shù)據(jù)

圖1 燒成系統(tǒng)工藝流程

從表1數(shù)據(jù)分析可知，系統(tǒng)整體風(fēng)量偏大（1.46 Nm3/kg.cl），用煤量偏大；C1出口溫度偏高（324℃），負壓偏大（-5 200Pa）；窯內(nèi)仍存在還原氣氛，煅燒強度偏低（NOX-347ppm）；篦冷機熱回收效率不高，三次風(fēng)溫為884℃，燒成系統(tǒng)有較大優(yōu)化空間。

燒成系統(tǒng)熱量平衡表的支出熱量分布統(tǒng)計如表2 所示。由表2 可知，熟料形成熱約占總熱耗的55.1%，基本由原料及其配料方案所決定，降耗空間不大。因此，需從降低預(yù)熱器系統(tǒng)熱損失、冷卻機排放廢氣熱損失、燒成系統(tǒng)表面散熱損失、出冷卻機熟料熱損失等方面進行技改。5 000t/d 及2 500t/d典型熟料生產(chǎn)線熱損失分布見圖2。

表2 燒成系統(tǒng)熱量平衡表的支出熱量分布統(tǒng)計

圖2 5 000t/d及2 500t/d典型熟料生產(chǎn)線熱損失分布

3 燒成系統(tǒng)技改思路

該項目燒成系統(tǒng)技改實施流程如圖3 所示。技改目標為改善預(yù)熱器系統(tǒng)的氣固換熱效果，降低系統(tǒng)壓力損失，提高系統(tǒng)分離效率；同時，將分解爐爐容增加至4 000m3，為煤粉燃燒及生料分解提供足夠的空間和時間；提高冷卻機熱交換率及設(shè)備運轉(zhuǎn)率，為燒成系統(tǒng)長期穩(wěn)定運行提供保障。

圖3 燒成系統(tǒng)技改實施流程

3.1 預(yù)熱器改造思路

預(yù)熱器系統(tǒng)的阻力損失為各級旋風(fēng)筒的壓力損失與系統(tǒng)管道壓力之和，即，最低級旋風(fēng)筒進口至最高級旋風(fēng)筒出口壓力總損失差。預(yù)熱器系統(tǒng)壓損每降低500Pa，可節(jié)省電耗0.66～0.77kW·h/t[5]。燒成系統(tǒng)技改后預(yù)熱器主機設(shè)備參數(shù)見表3。

表3 燒成系統(tǒng)技改后預(yù)熱器主機設(shè)備參數(shù)

結(jié)合水泥生產(chǎn)線預(yù)熱器改造目的，對預(yù)熱器旋風(fēng)筒、連接風(fēng)管、撒料盒等設(shè)備的結(jié)構(gòu)尺寸進行核算，對旋風(fēng)筒內(nèi)筒、旋風(fēng)筒進口、風(fēng)管有效截面積、撒料盒底部斜坡等進一步優(yōu)化，拓寬預(yù)熱器對原、燃料的適應(yīng)性，實現(xiàn)提產(chǎn)降耗。

具體改造措施包括以下幾個方面：

（1）增加預(yù)熱器C1～C5 旋風(fēng)筒蝸殼高度，同時增加相應(yīng)旋風(fēng)筒內(nèi)筒高度，以提高旋風(fēng)筒分離效率，盡可能降低系統(tǒng)阻力。

（2）C1 料管采用雙道鎖風(fēng)閥，提高其鎖風(fēng)效果，降低C1出口溫度。

（3）采用納米隔熱保溫材料，降低技改部分表面溫度。

（4）采用新型撒料盒，提高管道換熱效率，優(yōu)化系統(tǒng)運行。

旋風(fēng)筒和撒料盒改造如圖4、圖5所示。

圖4 旋風(fēng)筒改造示意

圖5 撒料盒改造示意

3.2 分解爐改造思路

在塔架外分解爐現(xiàn)有基礎(chǔ)上增加一柱體，調(diào)整C5 旋風(fēng)筒蝸殼，用下行出爐延伸管道連接C5 旋風(fēng)筒和分解爐，可適當(dāng)增大分解爐容積。另外，可通過C4 下料，靈活調(diào)整分解爐主燃燒區(qū)流場溫度。在可利用的空間內(nèi)盡量增大原塔架內(nèi)分解爐容積，延長物料停留時間，有利于煤粉的燃盡及出爐物料分解率的提高。

3.3 冷卻機改造思路

將第三代冷卻機更換為第四代帶中置輥式破碎機的冷卻機，如圖6所示。第四代冷卻機的設(shè)備故障率明顯降低，為燒成系統(tǒng)的長期穩(wěn)定運行提供了很好的保障。第四代冷卻機具有以下優(yōu)勢：

圖6 第四代帶中置輥式破碎機的冷卻機示意

（1）采用步進式無漏料輸送模式，保證了較高的輸送效率。

（2）具有創(chuàng)新性篦板與密封結(jié)構(gòu)，第四代冷卻機磨損面積僅為第三代的15%，磨損率較低。

（3）在全篦床范圍內(nèi)應(yīng)用穩(wěn)流控制閥，保證了較高的熱交換率。

（4）在全篦床范圍內(nèi)使用模塊化設(shè)計。

（5）應(yīng)用液壓自動控制系統(tǒng)，提高了設(shè)備運轉(zhuǎn)率。

4 燒成系統(tǒng)技改實施方案

（1）整體更換4個C1旋風(fēng)筒，總高度9 900mm，進口向外、向下擴展，進口面積增大，相應(yīng)調(diào)整連接進風(fēng)管的接口。

（2）C2～C5 旋風(fēng)筒蝸殼部分加高1 000mm，縮短柱體部分高度，調(diào)整連接進風(fēng)管的接口，增加下料斜坡，人孔門移位至合適位置。

（3）整套更換C2～C5 旋風(fēng)筒內(nèi)筒掛板及掛片，加長C2～C5內(nèi)筒。

（4）更換入窯生料喂料管、C1～C3 下料管及撒料裝置，調(diào)整撒料板角度，調(diào)整下料管。整體更換C4撒料裝置、下料管及C5下料管。

（5）新增分解爐，分解爐從煙室拐出預(yù)熱器塔架，管道上行到5F 樓面后轉(zhuǎn)下行，從4F 樓面下方轉(zhuǎn)入原TSD爐體，重新調(diào)整C4下料管及噴煤點。

（6）將三次風(fēng)改為單側(cè)進風(fēng)，降低三次風(fēng)管高度，調(diào)整窯尾側(cè)直徑，斜度為5°，從窯中支撐后適當(dāng)位置切斷對接，新增脫氮風(fēng)管。

（7）拆除原分解爐、分解爐至C5管道及兩側(cè)預(yù)燃爐。

（8）更換煙室，擴大縮口尺寸、拱頂至斜坡尺寸。（9）將高溫風(fēng)機改為高效節(jié)能風(fēng)機。

（10）窯主傳電機統(tǒng)一更換為高壓交流電機，更換配套的變頻器。

（11）拆除原第三代TC-12102 冷卻機、離心風(fēng)機等設(shè)備設(shè)施，在原土建基礎(chǔ)上改建、安裝第四代帶中置輥式破碎機的冷卻機及其他設(shè)備設(shè)施。

2021 年7 月19 日，開始塔吊基礎(chǔ)制作、安裝及非標件制作，停窯前非標件制作完成90%以上。2021 年9 月至11 月10 日完成改造施工，具備點火條件，施工工期為55d。

5 結(jié)語

該5 000t/d水泥熟料生產(chǎn)線燒成系統(tǒng)節(jié)能降耗技改內(nèi)容主要包括撒料裝置調(diào)整優(yōu)化、旋風(fēng)筒擴徑、分解爐擴容、更換高效節(jié)能風(fēng)機、安裝第四代帶中置輥式破碎機的篦式冷卻機等。改造后，生產(chǎn)線熟料工序電耗、實物煤耗、標煤耗均有一定程度改善，技改前后燒成系統(tǒng)運行參數(shù)對比見表4。技改前后燒成系統(tǒng)生產(chǎn)運行數(shù)據(jù)對比見表5。

表4 技改前后燒成系統(tǒng)運行參數(shù)對比

表5 燒成系統(tǒng)技改前后生產(chǎn)運行數(shù)據(jù)對比

2022年1月8日～1月10日，對燒成系統(tǒng)進行了72h性能考核和熱工標定，各項指標均達到了考核要求。技改后的燒成系統(tǒng)標定數(shù)據(jù)見表6。

表6 技改后的燒成系統(tǒng)標定數(shù)據(jù)

本次技改達到了預(yù)期改造目標，進一步促進公司能效綜合提升及產(chǎn)業(yè)鏈價值優(yōu)化，供業(yè)內(nèi)同行在進行水泥熟料生產(chǎn)線燒成系統(tǒng)升級改造時參考。