新型干法水泥熟料節(jié)能減排技術(shù)集成示范應用研究

聶蒼印 李勝保（鹿泉金隅鼎鑫水泥有限公司三分公司，河北 鹿泉050200）

日產(chǎn)5500t/d熟料生產(chǎn)線，以國內(nèi)首條Ф5×60m兩檔支撐短窯[1]為核心，配套TRM53.4大型生料輥式磨、第三代窯尾預分解系統(tǒng)、TCFC5500無漏料行進式冷卻機、高效燃燒器、高效收塵器、純低溫余熱發(fā)電等節(jié)能減排新工藝、新裝備。該生產(chǎn)線被中國建筑材料聯(lián)合會評定為國家新型干法水泥熟料生產(chǎn)節(jié)能減排示范線。

φ5×60m兩檔支撐短窯由天津水泥設計研究院首次設計、應用，沒有國產(chǎn)兩檔短窯的使用經(jīng)驗，2009年4月投產(chǎn)后，回轉(zhuǎn)窯產(chǎn)量一直徘徊在5300-5500t/d，熟料3天強度25-28MPa，冷卻帶窯磚壽命短，3個月更換一次窯磚，分別在2.7m、5m處紅窯；同時回轉(zhuǎn)窯電流居高不下，經(jīng)常在1200-1300A之間波動，(回轉(zhuǎn)窯功率710KW、額定電流1140A）最高時超額定電流160A，為了保護電機被迫減產(chǎn)。針對存在的問題，通過調(diào)整生產(chǎn)工藝、設備參數(shù)等措施，提高了窯產(chǎn)量，降低了熟料能耗，利用廢渣，降低生產(chǎn)成本，取得了較好的經(jīng)濟效益和社會效益，充分發(fā)揮了示范線綜合節(jié)能減排的作用。

1 存在的主要技術(shù)問題

1）工藝參數(shù)不匹配，窯主電流居高不下，生產(chǎn)線的能力不能發(fā)揮。

2）設計的燃燒器與窯的煅燒工況不匹配，造成窯磚壽命縮短，生產(chǎn)線不能穩(wěn)定生產(chǎn)。

3）生料立磨結(jié)構(gòu)與原燃材料不適應，造成生料質(zhì)量、能耗、產(chǎn)量無法滿足正常生產(chǎn)的要求。

2 問題的原因分析及采取的措施

2.1 降低回轉(zhuǎn)窯電流

1）分析：經(jīng)過多次停窯后對工藝檢查，發(fā)現(xiàn)造成窯電流高的主要原因：一是窯皮長且成倒喇叭狀，主窯皮長27-28m,冷卻帶窯皮薄僅有100mm厚，窯皮尾部偏厚達600mm;二是操作上有誤區(qū)，認為短窯縮短了物料在窯內(nèi)的停留時間，為了能燒成合格的熟料，避免跑黃料，窯速控制的偏低，最高窯速為3.5rpm，從而造成回轉(zhuǎn)窯填充率偏高，影響了窯系統(tǒng)的通風。

2）措施：（1）把燃燒器在窯內(nèi)的位置從（-30、-30）逐漸調(diào)整到（10、10），軸向位置從入窯250mm調(diào)整到0mm;（2）對窯系統(tǒng)總風量、窯爐配風進行調(diào)整，高溫風機轉(zhuǎn)速由原來的880rpm降到820rpm,三次風閥開度由25%調(diào)整到35%，縮短燒成帶長度由27-28m調(diào)整到24-25m，消除了燒成帶窯皮倒喇叭狀態(tài);(3)根據(jù)窯的熱工制度大膽提窯速，最高提到3.9rpm;(4)燃燒器內(nèi)流風風壓由15KPa調(diào)整到16.5KPa，旋流風風壓由66KPa調(diào)整到68.5KPa;(5)對窯頭二次風溫的控制，通過對篦冷機篦速的調(diào)整，穩(wěn)定泵壓在180bar以內(nèi)，二風室篦下壓力7000Pa,二風室兩臺風機電流和控制在400A左右，二次風溫度穩(wěn)定在1150±20℃;(6)對窯頭負壓的控制，在保證窯頭不冒灰的情況下盡力降低窯頭負壓，基本穩(wěn)定在-20±10Pa；(7)對配料進行調(diào)整，調(diào)整熟料三率值由原來的KH=0.90±0.01、n=2.5±0.1、p=1.5±0.1 調(diào)整為 KH=0.89±0.01、n=2.55±0.1、p=1.5±0.1。通過以上各種措施后，使窯電流由原來的1200-1300A降低到900-1000A。

2.2 提高回轉(zhuǎn)窯系統(tǒng)產(chǎn)、質(zhì)量

1）分析：通過走訪同行相互學習交流并請教天津設計院專家，是窯頭燃燒器制約熟料三天強度的提高。

2）措施：經(jīng)過論證，2009年6月份把原設計窯用燃燒器由史密斯的Duoflex更換為天津設計院的TCNB-55新型燃燒器，經(jīng)過對新燃燒器的調(diào)整，當月熟料3天強度有了明顯的好轉(zhuǎn)，最終使熟料的3天強度穩(wěn)定在29-32MPa之間，月平均強度大于30MPa。新燃燒器解決了3天強度問題，但4個月后冷卻帶又出現(xiàn)了紅窯事故。經(jīng)過不斷地摸索、攻關(guān)、論證，我們發(fā)現(xiàn)問題出現(xiàn)在燃燒器使用上和冷卻帶窯磚的配置上，燃燒器的中心風、旋流風、軸流風風速匹配不合理。2010年1月我們打破TCNB型燃燒器說明書的約束，大膽對燃燒器用風進行調(diào)整。中心風由20%調(diào)到40%，內(nèi)風、外風閥全開，冷卻風閥有10%調(diào)整到50%，內(nèi)風壓力調(diào)到18KPa、外風風壓調(diào)到69KPa,冷卻風壓有1.0KPa以內(nèi)調(diào)到2.0KPa以上；冷卻帶配磚由原設計的0-0.88m江蘇恒耐的剛玉質(zhì)莫來石澆注料、0.88-3.88m雷法的鎂鋁尖晶石磚、3.88m以后為直接結(jié)合鎂鉻磚調(diào)整為0-0.88m窯口用抗剝落澆注料G-17K、0.88-1.88m江蘇君耀的硅莫紅磚、1.88-6.48m營口青花的鎂鋁尖晶石磚、6.48m以后為營口青花的直接結(jié)合鎂鉻磚。通過以上措施使冷卻帶窯磚壽命到達了7個月，為回轉(zhuǎn)窯提產(chǎn)打下了基礎。通過優(yōu)化工藝參數(shù)，提高窯頭用煤量，由過去的11.5t/h提高到了12.5t/h，篦冷機1-3風室更換了新型自力調(diào)節(jié)閥，穩(wěn)定并提高了二次、三次風溫，從而使回轉(zhuǎn)窯的產(chǎn)量穩(wěn)步提高，2010年年平均日產(chǎn)熟料量6052噸，2011年日產(chǎn)熟料量達到6380噸,最高日產(chǎn)量達到了6456噸。

2.3 設計安裝了回灰系統(tǒng)保證熟料質(zhì)量

1）分析：兩檔支撐短窯技術(shù)縮短了物料在窯內(nèi)的停留時間，與常規(guī)窯比較，工藝參數(shù)發(fā)生較大的變化，尤其是對入窯生料的質(zhì)量波動很敏感，在生料磨停機情況下窯灰的加入就影響熟料質(zhì)量。

2）措施：(1)為了避免窯灰對入窯生料質(zhì)量的影響，設計安裝了窯尾回灰倉系統(tǒng)，便于儲存、使用窯灰; (2)研究回灰倉使用，我們掌握了正確的方法，生料立磨計劃停車4h時，回灰全部進回灰倉，待磨正常開啟時，根據(jù)入窯生料成分合理搭配；生料磨故障停車時，小于2h回灰可以直接入均化庫，大于2h回灰入回灰倉。

2.4 摻加石粉研究

1）分析：公司的生料立磨為天津院設計的規(guī)格最大立磨。此磨機設計的是磨制純石灰石，由于我公司的礦山開采量不能完全滿足生產(chǎn)使用,只能外購石灰石，但成本較高，最后我們嘗試使用部分石粉代替石灰石。經(jīng)過和天津設計院溝通，其反饋此磨不能磨石粉。

2）措施：2009年7月開始嘗試摻加石粉，從10%到現(xiàn)在的45%。嘗試使用石粉的原理借鑒礦渣立磨的成功經(jīng)驗，隨著石粉量的增加，磨機出現(xiàn)過多次震停，嚴重時把磨機拉桿、熱風管道等都震壞過。通過多次事故的經(jīng)驗教訓，我們總結(jié)出磨制石粉時，操作方法有別于一般的生料立磨操作。具體操作方法如下：

(1)把磨機擋料環(huán)適當提高，由原設計的80mm（純石灰石）調(diào)整到115mm、120mm、125mm。2010年隨著磨輥、磨盤的磨損逐漸把擋料環(huán)降低為：115mm、105mm。

(2)根據(jù)石粉水分的大小合理調(diào)整出磨溫度在75-85℃之間。

(3)提高研磨壓力最大到6MPa.

(4)控制合理的物料顆粒機配石灰石粒度≤80mm,砂巖粒度≤30mm,最大不超過50mm。

(5)提高循環(huán)風機轉(zhuǎn)速的980rpm,增加總風量。

通過優(yōu)化實際操作，使磨機的產(chǎn)量由設計產(chǎn)量430t/h提高到了現(xiàn)在的490t/h，而且系統(tǒng)穩(wěn)定質(zhì)量合格。但使用中還存在問題，當石粉摻加量波動大時，磨系統(tǒng)會產(chǎn)生波動，但對產(chǎn)、質(zhì)量沒有太大影響；石粉水分大時，會造成石灰石取料機取料困難，所以要合理控制石粉摻加量、水分，并使其穩(wěn)定。生料立磨產(chǎn)量的提高為回轉(zhuǎn)窯產(chǎn)量的提高創(chuàng)造了條件，并且為降低電耗奠定了基礎。

2.5 綜合利用研究

系統(tǒng)使用低熱值煤和工業(yè)廢渣的綜合利用研究，提高兩檔短窯對原燃材料的適應性，發(fā)揮其更佳的節(jié)能減排作用。

1）2010年3月生料磨開始試用赤泥。首先查閱資料了解使用赤泥后對生料粉磨、熟料煅燒的影響情況。借鑒同行經(jīng)驗從操作上認真體會，精心操作減少赤泥對生料粉磨、熟料煅燒的影響。其次操作員通過認真摸索，從上料方式上采取少、勤的原則，每次上料35-45噸，控制倉位在4.5m左右。經(jīng)過一段時間的試用后，中控室及時反饋赤泥對粉磨、煅燒的影響情況，逐步加大赤泥的比例到1：1（赤泥：鐵礦石）。加大赤泥比例后，曾多次出現(xiàn)赤泥斷料的情況，中控生料磨操作員通過優(yōu)化操作減少了出磨生料質(zhì)量的波動，為熟料穩(wěn)定煅燒創(chuàng)造了條件。同使用赤泥前比較，當月綜合節(jié)省資金約32852.44元,噸熟料成本下降約0.18元。

2）2010年3月份對劣質(zhì)煤進行試燒，通過工藝調(diào)整達到了優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、均衡生產(chǎn)。

三月份原煤品質(zhì)較上月偏低，波動大。煤熱值降低1640千焦，灰分波動較大14%-21%，揮發(fā)份波動26%-31%,水分12%-18%。為了生產(chǎn)安全、穩(wěn)定，對原煤進行合理搭配，工藝參數(shù)進行了調(diào)整。煤磨調(diào)整研磨壓力由8.5MPa到9.5MPa，出口溫度由66℃調(diào)整到68℃，降低煤粉細度、水分，使出磨煤粉質(zhì)量穩(wěn)定在一定的范圍內(nèi)（灰分：16%-17% 揮發(fā)份：27%-29%熱值24000千焦左右）。

針對低熱值煤回轉(zhuǎn)窯操作參數(shù)進行了合理調(diào)整?？刂聘G頭噴煤管軸流風轉(zhuǎn)速在880rpm,旋流風轉(zhuǎn)速450rpm,穩(wěn)定一次風量，提高噴煤管動量。通過試燒劣質(zhì)煤，使公司改變了短窯不能少燒劣質(zhì)煤的舊觀念，大膽嘗試劣質(zhì)煤的使用，把進廠原煤的熱值從最初的5700千卡，降低到了5200千卡，結(jié)合試燒劣質(zhì)煤的經(jīng)驗，不斷優(yōu)化操作參數(shù)，使公司的兩檔短窯適應了低熱值劣質(zhì)煤，從而節(jié)約了大量資金。

3 技術(shù)的創(chuàng)新點

1）本項目的生產(chǎn)能力由5500噸，提高到月平均日產(chǎn)6229噸，最高6456噸。熟料熱耗為710千卡/千克，噸熟料耗電50.3度。國內(nèi)先進能耗水平，熟料熱耗760千卡/千克，噸熟料耗電69.34度。國際先進水平，熟料熱耗730千卡/千克，噸熟料耗電64.9度。本項目的節(jié)能減排效果居國內(nèi)領先水平，并達到國際先進水平。

2）調(diào)整立磨結(jié)構(gòu)，優(yōu)化磨機入料水分、溫度、壓力等操作參數(shù)，提高立磨的穩(wěn)定性，大幅度降低了立磨能耗。

3）打破原設計的約束，更換燃燒器的位置，調(diào)整燃燒器的用風參數(shù)，改變生料配料方案，降低了窯主電流，提高了熟料產(chǎn)量和熟料質(zhì)量。

4）通過對低熱值煤和工業(yè)廢渣的應用研究，提高了兩檔短窯對原燃材料的適應性，對節(jié)能減排起到了積極的推動作用。

通過對兩檔短窯從項目設計的優(yōu)化、工藝參數(shù)的匹配、單體技術(shù)在生產(chǎn)線中的穩(wěn)定性、可靠性、對工藝的調(diào)試、成果的匯總展示等方面，研究新型干法水泥熟料生產(chǎn)集成技術(shù)最佳的工況指標，實現(xiàn)最佳節(jié)能減排效果，本研究經(jīng)過一年多的運行，窯生產(chǎn)能力已達到較好的能力，日產(chǎn)熟料已穩(wěn)定達到6229噸，最高產(chǎn)量達到6456噸。窯運轉(zhuǎn)率年平均可達92.5%，噸熟料耗標煤已達到100千克，噸熟料耗電以穩(wěn)定在50.3度左右，仍有下降趨勢，比國內(nèi)先進水平耗煤下降8.5千克/噸熟料，比同規(guī)模新型干法生產(chǎn)線年可節(jié)約標準煤1.7萬噸，噸熟料節(jié)電19.04度，年節(jié)電3800萬度，取得了較好的經(jīng)濟效益和社會效益，節(jié)能減排效果明顯，節(jié)能減排效果達到國內(nèi)先進水平。

[1]包道金.5500t/d熟料的兩支承超短窯設計簡介[J].水泥工程.2008,(6).41-42