高平維高水泥2 500 t/d預(yù)分解窯系統(tǒng)的熱工標(biāo)定與分析

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(1.太原理工大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，山西 太原 030024；2.山西職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山西 太原 030006)

引言

高平市維高水泥制造有限公司(以下簡(jiǎn)稱“維高水泥”)始建于2009年4月，于2010年9月正式投入試生產(chǎn)，現(xiàn)擁有1條2 500 t/d熟料的新型干法水泥生產(chǎn)線及裝機(jī)容量5 MW的純低溫余熱發(fā)電工程。為全面核實(shí)燒成系統(tǒng)實(shí)際能耗指標(biāo)及設(shè)備運(yùn)行情況，以便進(jìn)一步優(yōu)化系統(tǒng)操作參數(shù)，進(jìn)而挖掘燒成系統(tǒng)增產(chǎn)降耗空間，維高水泥與山西職業(yè)技術(shù)學(xué)院材料測(cè)試中心合作，對(duì)該生產(chǎn)線燒成系統(tǒng)進(jìn)行了熱工標(biāo)定。標(biāo)定日期為2013年3月21日至24日。

1 燒成系統(tǒng)主機(jī)設(shè)備

維高水泥燒成系統(tǒng)主機(jī)設(shè)備見(jiàn)表1。

表1 燒成系統(tǒng)主機(jī)設(shè)備

2 燒成系統(tǒng)主要參數(shù)標(biāo)定情況

測(cè)試期間，維高水泥燒成系統(tǒng)生產(chǎn)穩(wěn)定，測(cè)量數(shù)據(jù)與結(jié)果均處于正常波動(dòng)范圍?，F(xiàn)場(chǎng)熱工檢測(cè)方法與數(shù)據(jù)處理均按照GB/T 26282—2010《水泥回轉(zhuǎn)窯熱平衡測(cè)定方法》和GB/T 26281—2010《水泥回轉(zhuǎn)窯熱平衡、熱效率、綜合能耗計(jì)算方法》規(guī)定進(jìn)行。燒成系統(tǒng)基本參數(shù)及主要測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 維高水泥燒成系統(tǒng)基本參數(shù)及主要測(cè)定結(jié)果

3 主機(jī)設(shè)備運(yùn)行情況

從現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)和計(jì)算結(jié)果來(lái)看，標(biāo)定已達(dá)到預(yù)期目的，并能反映系統(tǒng)目前的實(shí)際水平，現(xiàn)結(jié)合維高水泥生產(chǎn)實(shí)際對(duì)主機(jī)設(shè)備運(yùn)行情況進(jìn)行評(píng)價(jià)與分析。

3.1 預(yù)熱器運(yùn)行情況分析

維高水泥燒成系統(tǒng)中預(yù)熱器為單系列5級(jí)旋風(fēng)式，旋風(fēng)筒數(shù)為2-1-1-1-1配置。該預(yù)熱器各級(jí)旋風(fēng)筒出口廢氣參數(shù)測(cè)量結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 維高水泥窯尾系統(tǒng)廢氣參數(shù)

從測(cè)定情況來(lái)看，窯尾煙室到C1出口廢氣溫度呈下降趨勢(shì)，窯尾負(fù)壓到預(yù)熱器出口負(fù)壓呈增大趨勢(shì)，此與預(yù)熱器工作狀況相符。預(yù)熱器C1出口廢氣溫度為312 ℃，在國(guó)內(nèi)帶5級(jí)預(yù)熱器的分解窯系統(tǒng)中處于中上游水平；窯尾系統(tǒng)總壓力損失為6 110 Pa，遠(yuǎn)大于水泥工廠節(jié)能設(shè)計(jì)規(guī)范中應(yīng)<5 500 Pa的規(guī)定[1]，這說(shuō)明該窯尾系統(tǒng)總壓損偏大。建議進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，降低窯尾壓力損失，不僅可為系統(tǒng)節(jié)省用電量，而且能降低預(yù)熱器出口廢氣的含塵濃度，減小了窯尾收塵設(shè)備的工作負(fù)荷。

3.2 分解爐運(yùn)行情況分析

維高水泥燒成系統(tǒng)采用管道噴騰式分解爐，筒體結(jié)構(gòu)較高，其目的是延長(zhǎng)物料在爐內(nèi)的滯留時(shí)間，提高碳酸鹽分解率。各級(jí)旋風(fēng)筒下料口物料溫度及分解率見(jiàn)表4。

表4 維高水泥窯尾系統(tǒng)物料參數(shù)

該分解爐喂煤量為11 143.28 kg/h，按照測(cè)定的三次風(fēng)量59 886.38 m3/h(標(biāo)態(tài)下)計(jì)算，分解爐過(guò)?？諝庀禂?shù)僅為1.01，與測(cè)量結(jié)果1.02相近，說(shuō)明分解爐的三次風(fēng)風(fēng)量略顯不足，即分解爐內(nèi)煤粉燃燒不充分，即使三次風(fēng)溫高達(dá)923 ℃，入窯物料的表觀分解率僅為88.67%。建議一方面適當(dāng)增加三次風(fēng)量，以便入爐煤粉盡快燃燒，使物料在有限的時(shí)間與空間內(nèi)盡快吸熱分解；另一方面，調(diào)整燃料、生料入爐位置，可在分解爐中部設(shè)置一個(gè)縮口，加強(qiáng)噴騰效應(yīng)，使?fàn)t內(nèi)氣固兩相的運(yùn)動(dòng)更加合理[2]，以利于物料分解和煤粉燃燒。

3.3 回轉(zhuǎn)窯運(yùn)行情況分析

在測(cè)試期間，維高水泥燒成系統(tǒng)的生料投料量為4 363.5 t/d，熟料產(chǎn)量為2 727.19 t/d，與系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力2 500 t/d相比，超過(guò)設(shè)計(jì)產(chǎn)量9.1%。回轉(zhuǎn)窯的單位有效容積產(chǎn)量為186.16 kg/(m3·h)，合4.47 t/(m3·d)。與預(yù)分解窯單位容積產(chǎn)量的統(tǒng)計(jì)數(shù)值145～240 kg/(m3·h)[3]相比較，容積產(chǎn)量處于國(guó)內(nèi)中等水平。另外，回轉(zhuǎn)窯工作基本正常，偶有正壓現(xiàn)象；在距窯尾13～26 m范圍內(nèi)，窯筒體表面溫度在300 ℃以上，可能是窯內(nèi)耐火磚侵蝕嚴(yán)重變薄所致。建議關(guān)注窯皮的變化及表面溫度變化，適時(shí)調(diào)整火焰位置。

3.4 冷卻機(jī)運(yùn)行情況分析

維高水泥燒成系統(tǒng)采用往復(fù)推動(dòng)篦式冷卻機(jī)，冷卻機(jī)有效冷卻面積為66.6 m2。冷卻機(jī)系統(tǒng)主要操作參數(shù)見(jiàn)表5和表6。

表5 冷卻機(jī)主要操作參數(shù)

表6 省內(nèi)部分企業(yè)篦冷機(jī)主要技術(shù)參數(shù)

從測(cè)定結(jié)果看，入窯二次風(fēng)溫達(dá)1 004 ℃，入爐三次風(fēng)溫為923 ℃(窯頭端)，與其他廠家相近；當(dāng)窯產(chǎn)量在2 700 t/d時(shí)，冷卻機(jī)用風(fēng)量為1.646 m3/kg，明顯低于其他企業(yè)篦式冷卻機(jī)用風(fēng)量。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)觀察，發(fā)現(xiàn)冷卻機(jī)出口紅料較多，且熟料平均溫度為286.1 ℃，溫度明顯偏高，嚴(yán)重影響著輸送設(shè)備的使用壽命和水泥質(zhì)量。分析其原因?yàn)椋阂皇抢鋮s機(jī)鼓風(fēng)量略顯不足，風(fēng)量分配不合理；二是物料在篦床上分布不均勻，或者是燒成系統(tǒng)操作不穩(wěn)定。

建議將篦冷機(jī)鼓入風(fēng)量增大至1.9～2.0 m3/kg，滿足熟料冷卻用風(fēng)量，并留有一定富余量，為系統(tǒng)增產(chǎn)創(chuàng)造條件，使出冷卻機(jī)熟料溫度在100 ℃左右；合理調(diào)整風(fēng)量及分布，進(jìn)一步優(yōu)化操作，強(qiáng)化熟料冷卻，以改善熟料質(zhì)量，并提高二次風(fēng)和三次風(fēng)溫度。

4 熟料熱耗分析

測(cè)定期間，維高水泥燒成系統(tǒng)窯頭實(shí)際喂煤量為5.777 t/h，分解爐實(shí)際喂煤量為11.14 t/h，窯、爐用煤量比例為33.36∶66.64，熟料燒成熱耗為3 297.49 kJ/kg。各企業(yè)的熟料燒成單位熱耗對(duì)比情況見(jiàn)表7，維高水泥燒成系統(tǒng)的主要熱量支出項(xiàng)目見(jiàn)表8。

表7 各企業(yè)熟料單位熱耗對(duì)比

表8 維高水泥燒成系統(tǒng)主要熱量支出項(xiàng)目

由表7和表8可以看出，維高水泥的燒成系統(tǒng)存在以下問(wèn)題：

(1)熟料形成熱略高。由于采用石灰石、砂巖、鐵粉、頁(yè)巖進(jìn)行配料，生料的易燒性稍差，熟料形成熱略高，為1 755 kJ/kg，而普通原料配料時(shí)的熟料形成熱約為1 730～1 750 kJ/kg[4]。

(2)預(yù)熱器出口廢氣熱損失偏高。預(yù)熱器出口廢氣與廢氣中粉塵共帶走熱量720.80 kJ/kg，為燒成系統(tǒng)的最大熱損失。

(3)出冷卻機(jī)熟料溫度偏高。

(4)余熱發(fā)電系統(tǒng)利用熱量較高。出冷卻機(jī)至余熱發(fā)電的風(fēng)帶走的熱量為264.10 kJ/kg，與出冷卻機(jī)熟料帶走的熱量相當(dāng)，對(duì)于燒成系統(tǒng)來(lái)講是較大的一部分熱量支出。

(5)燒成系統(tǒng)表面散熱較大。系統(tǒng)表面散熱量為332.18 kJ/kg，占總熱量的9.69%，而國(guó)內(nèi)先進(jìn)生產(chǎn)線燒成系統(tǒng)的表面散熱只占5.5%[1]。

建議從以下幾個(gè)方面進(jìn)行改進(jìn)：

(1)優(yōu)化生料配料方案，改善生料易燒性，降低熟料形成熱。

(2)適當(dāng)調(diào)整冷卻機(jī)風(fēng)機(jī)的風(fēng)量及分布，降低出冷卻機(jī)熟料溫度，提高冷卻機(jī)熱效率。

(3)加強(qiáng)燒成系統(tǒng)主機(jī)設(shè)備的保溫，降低燒成系統(tǒng)表面散熱。

5 結(jié)語(yǔ)

對(duì)高平市維高水泥制造有限公司2 500 t/d熟料生產(chǎn)線預(yù)分解窯系統(tǒng)熱工標(biāo)定的結(jié)果表明，燒成系統(tǒng)主機(jī)設(shè)備運(yùn)行情況正常，但也存在一定的不足，系統(tǒng)產(chǎn)量具有較大的提升潛力；熟料單位熱耗相對(duì)較高，部分設(shè)備與操作參數(shù)有待改進(jìn)，存有一定的降耗空間。具體改進(jìn)措施為：

(1)適當(dāng)調(diào)整配料方案，降低熟料形成熱，逐步實(shí)現(xiàn)水泥生產(chǎn)生態(tài)化。

(2)優(yōu)化窯尾系統(tǒng)操作參數(shù)，減少窯尾負(fù)壓損失，使預(yù)熱器出口廢氣熱損失和出口含塵濃度下降，降低窯尾收塵設(shè)備工作負(fù)荷。

(3)加強(qiáng)對(duì)主機(jī)設(shè)備的保溫，降低燒成系統(tǒng)表面熱損失，適當(dāng)提高回轉(zhuǎn)窯轉(zhuǎn)速，提升系統(tǒng)產(chǎn)量。

(4)合理調(diào)整冷卻風(fēng)量與分布，降低出冷卻機(jī)熟料溫度，提高三次風(fēng)比例，改善分解爐內(nèi)燃料的燃燒，加速傳熱，提高入窯物料分解率。

參考文獻(xiàn)：

[1] 曾學(xué)敏.水泥工業(yè)能源消耗現(xiàn)狀與節(jié)能潛力[J].中國(guó)水泥，2006(3)：16-21.

[2] 陳全德.水泥預(yù)分解窯熱工系統(tǒng)工程研究與實(shí)踐(三)[J].新世紀(jì)水泥導(dǎo)報(bào)，1996(1)：17-20.

[3] 嚴(yán)峻，葉越華.江西上高南方 4 500 t/d 預(yù)分解窯系統(tǒng)的熱工標(biāo)定與分析[J].江西建材，2011(4)：15-17.

[4] 公磊，盛潔，李昌勇.赤峰遠(yuǎn)航 2 500 t/d 生產(chǎn)線熱工檢測(cè)與節(jié)能分析[J].水泥，2009(12)：27-29.