水泥窯燒成系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)改造

楊飛++漆雅慶++馮超++高富強

摘 要：某水泥廠1#生產(chǎn)線為早期設(shè)計的2 500 t/d窯外預(yù)分解系統(tǒng)，盡管多年來不斷地進(jìn)行優(yōu)化改造，但仍存在C1筒分離效率偏低、爐內(nèi)煤粉的燃燒狀況不佳、篦冷機熱回收效率低、煤種適應(yīng)性較差、噴煤管熱力強度不夠等多種問題。針對現(xiàn)有燒成系統(tǒng)已存在的生產(chǎn)瓶頸，企業(yè)對窯系統(tǒng)的預(yù)分解系統(tǒng)、三次風(fēng)、窯門罩、篦冷機、燃燒器等進(jìn)行了節(jié)能技術(shù)改造，消除上述問題，使設(shè)備性能發(fā)揮最佳化，達(dá)到節(jié)能降耗的目的。

關(guān)鍵詞：水泥窯 燒成系統(tǒng) 節(jié)能改造

中圖分類號：TQ17 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）06（b）-0004-02

1 背景

某水泥廠1#生產(chǎn)線為早期設(shè)計的2 500 t/d窯外預(yù)分解系統(tǒng)，盡管多年來不斷的進(jìn)行優(yōu)化改造，但燒成系統(tǒng)設(shè)備能力經(jīng)常出現(xiàn)生產(chǎn)波動，主要問題表現(xiàn)如下：

（1）C1出口負(fù)壓5 800～6 000 Pa，出口溫度330 ℃～340 ℃，C1筒分離效率偏低。

（2）三次風(fēng)水平加豎直布置，彎頭較多，阻力偏大；三次風(fēng)管溫降偏大，散熱較多；三次風(fēng)溫低，影響了爐內(nèi)煤粉的燃燒。

（3）篦冷機的熱回收效率低（<65%），出冷卻機熟料溫度較高（160 ℃～180 ℃）。

（4）標(biāo)準(zhǔn)煤耗偏高。

（5）對煤的適應(yīng)性較差，只能使用質(zhì)量好的煙煤，否則對窯爐系統(tǒng)運行影響很大。

（6）噴煤管熱力強度不夠。

針對現(xiàn)有燒成系統(tǒng)存在的生產(chǎn)瓶頸，企業(yè)對窯系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)改造。

2 節(jié)能改造措施

節(jié)能改造方案主要針對穩(wěn)定窯產(chǎn)量，降低燒成系統(tǒng)熱耗，加大煤質(zhì)的適應(yīng)范圍，提出如下改造目標(biāo)：

熟料標(biāo)煤耗：≤107 kg/t.cl；

熟料產(chǎn)量：≥3 300 t/d；

熟料工序電耗：≤29 kW·h/t.cl；

出篦冷機熟料溫度≤130℃；

三次風(fēng)溫≥950℃，二次風(fēng)溫≥1 100 ℃；

C1出口含塵濃度：≤55g/N m3；

熟料強度：≥60.5 MPa。

2.1 預(yù)分解系統(tǒng)

（1）現(xiàn)有的RSP型分解爐結(jié)構(gòu)上有兩大缺陷：一是預(yù)燃室；二是方形混合室。

預(yù)燃室有以下缺陷：①只使用三次風(fēng)，沒有窯尾煙氣加入，風(fēng)溫較低，不利于煤粉燃燒；②直徑較分解爐小，燃燒空間不充分；③氣流與窯尾煙氣逆流匯合，氣體阻力較大。

方形混合室有以下缺陷：①不利于氣流形成旋轉(zhuǎn)流場；②混合室高度（15.7 m）小，有效容積（400 m3）小，氣體停留時間（-2 s）短。

技改擬更換新分解爐，三次風(fēng)、煤粉從分解爐下部進(jìn)入，C4預(yù)熱器下料管入分解爐下部，設(shè)2臺分解爐燃燒器。新分解爐（?6.4×32 m）采用在線噴旋圓形結(jié)構(gòu)，按現(xiàn)有分解爐混合室的中心線布置，向上穿過38.520 m平面，與現(xiàn)有鵝頸管連接。新分解爐有效容積900 m3，產(chǎn)量3 300 t/d時，分解爐內(nèi)風(fēng)速5.7 m/s，氣體停留時間-4.5 s，比目前增加125%。

為了布置新分解爐，需要對24.020 m和38.520 m平面的相關(guān)鋼梁進(jìn)行加固和調(diào)整。

（2）現(xiàn)有的煙室縮口截面積偏大、高度偏大，技改擬重新設(shè)計縮口使之與分解爐配套。

（3）現(xiàn)有的撒料箱安裝位置偏高，物料進(jìn)入風(fēng)管后的運動距離較短、氣料換熱時間不充足。技改擬換用新型擴散式撒料箱，并盡可能降低撒料箱的位置，使物料分散更均勻，運動距離更長，增加混合換熱時間。現(xiàn)有的下料管鎖風(fēng)閥使用年限較長，擬更換新鎖風(fēng)閥，減少系統(tǒng)內(nèi)漏風(fēng)，提高旋風(fēng)筒分離效率。

（4）現(xiàn)有的C1旋風(fēng)筒收塵效率偏低，擬增加內(nèi)筒高度以提高收塵效率。

2.2 三次風(fēng)管

現(xiàn)有的三次風(fēng)管設(shè)計不合理，有多處直角彎頭，增加系統(tǒng)阻力。技改擬從窯門罩取風(fēng)，直接送至分解爐錐體。

2.3 窯門罩

現(xiàn)有的窯門罩只提供入窯二次風(fēng)，三次風(fēng)從篦冷機一段中前部抽取，溫度偏低。為了提高三次風(fēng)溫，技改擬更換成大窯門罩。

2.4 篦冷機

（1）將固定端篦床重新劃分供風(fēng)區(qū)域，分成中心區(qū)供風(fēng)和周邊區(qū)域供風(fēng)的結(jié)構(gòu)形式，重新制作供風(fēng)管道。

（2）拆除一段篦床所有篦板梁，一室篦板梁全部更換為充氣梁結(jié)構(gòu)，二、三室固定篦板梁更換為充氣梁結(jié)構(gòu)，活動篦板梁更換為風(fēng)室供風(fēng)結(jié)構(gòu)；充氣梁篦板采用合NCFG篦板形式，與篦板梁采用三點螺栓連接方式，風(fēng)室供風(fēng)篦板更換為NCAG槽型篦板結(jié)構(gòu)，與篦板梁采用三點螺栓連接方式。側(cè)護(hù)板采用原有結(jié)構(gòu)不變。NCFG篦板及NCAG篦板優(yōu)點包括：①具有良好的穿透性，進(jìn)入料層的冷卻風(fēng)更均勻，有利于厚料層操作，熱交換充分，冷卻效果好；②篦板縫隙無漏料，不會堵塞充氣梁及供風(fēng)管道，無需經(jīng)常清理管道積灰；③連接方式可靠，杜絕掉篦板現(xiàn)象。

（3）將二段篦床前段（四、五風(fēng)室）固定篦板梁更換為“魚刺”充氣供風(fēng)結(jié)構(gòu)，充氣篦板采用NCFG篦板形式，與篦板梁采用三點螺栓連接方式，固定梁中間部位篦板及活動梁篦板（風(fēng)室供風(fēng)部位）更換為NCAG槽型篦板結(jié)構(gòu)，與篦板采用三點螺栓連接方式。六、七室篦床結(jié)構(gòu)不變。側(cè)護(hù)板采用原有結(jié)構(gòu)不變。

（4）將一段上殼體按改造后的窯門罩尺寸重新制作安裝，并將余熱發(fā)電高溫取風(fēng)口移至一段尾部（三室上方，重新制作，原有風(fēng)管拆除），利用原有閥門及膨脹節(jié)，取消原有的上部殼體內(nèi)擋風(fēng)墻。

（5）將現(xiàn)有Φ100/Φ63-140型號液壓缸更換成Φ110/Φ70-140型號液壓缸，計算得出理論最高運行速度24次/min，實際最高運行速度應(yīng)不低于20次/min，不影響熟料輸送，將運行壓力控制在15 MPa內(nèi)，解決因篦冷機運行壓力高而造成的篦冷機跳停問題。更換液壓缸不影響原有控制程序，可利用原有液壓控制柜。

（6）所有風(fēng)機按改造后的需要重新調(diào)整配風(fēng)，根據(jù)需要更換或添加新風(fēng)機（見表1），原有11臺風(fēng)機控制柜可利用，本次改造需新增5臺風(fēng)機控制柜（75 kW風(fēng)機1臺、55 kW風(fēng)機3臺、30 kW風(fēng)機1臺），考慮到窯頭電氣室空間問題，該次改造僅增加3臺控制柜（兩臺55 kW風(fēng)機控制做在一個柜子里，30 kW和另一臺55 kW風(fēng)機控制做在一個柜子里，75 kW風(fēng)機單獨一個柜子）。

2.5 燃燒器

根據(jù)目前產(chǎn)量、工藝裝備情況、燃料特點及要達(dá)到的技術(shù)指標(biāo)，窯頭確定采用性能更加先進(jìn)的HP強渦流型多通道燃燒器替換現(xiàn)有燃燒器，分解爐采用兩臺HPC型燃燒器替換現(xiàn)用的燃燒器，詳細(xì)內(nèi)容如下。

窯頭采用HP強渦流型多通道燃燒器替換現(xiàn)用的燃燒器，利用現(xiàn)有移動行走裝置，利用現(xiàn)有柴油助燃供油系統(tǒng)（暫定），將現(xiàn)有窯尾送煤風(fēng)機所配電機更換為6極異步電動機（75 kW），作為窯頭凈風(fēng)機，更換現(xiàn)有窯頭送煤風(fēng)機。

分解爐采用兩臺HPC型燃燒器替換現(xiàn)用的燃燒器，新增2臺窯尾凈風(fēng)機用于分解爐燃燒器，將現(xiàn)有窯頭送煤風(fēng)機作為窯尾送煤風(fēng)機。

3 項目節(jié)能效果

項目投資主要包括設(shè)計及技術(shù)服務(wù)費用、施工管理費用、建筑工程費用、安裝工程費用及設(shè)備采購費用等，總投資額為人民幣1 683.64萬元。

項目改造前，熟料月平均產(chǎn)量為92 452 t，月消耗原煤14 974.41 t，電力278.92萬kW·h；項目改造后，熟料月平均產(chǎn)量為113 080.5 t，月消耗原煤17 263 t，電力279.07萬kW·h。由于項目改造前、改造后能源消耗均已計量且數(shù)據(jù)齊全，因此根據(jù)《節(jié)能項目節(jié)能量審核指南》，確定節(jié)能量計算方法如下。

項目節(jié)能量=（基準(zhǔn)單耗-改造后單耗）×基準(zhǔn)年產(chǎn)量

=（改造前熟料生產(chǎn)綜合能耗/改造前熟料產(chǎn)量-改造后熟料生產(chǎn)綜合能耗/改造后熟料產(chǎn)量）×（改造前熟料月平均產(chǎn)量×12）

=（0.1257tce/t -0.1190tce/t）×1 109 424 t

=7 335 tce

其中，原煤折標(biāo)系數(shù)采用0.714 3 tce/t、電力折標(biāo)系數(shù)采用3.300 tce/萬kW·h。

4 結(jié)語

水泥窯燒成系統(tǒng)節(jié)能改造項目可實現(xiàn)年節(jié)能量7 335 t標(biāo)準(zhǔn)煤，相當(dāng)于減少排放18 020 tCO2、121 tSO2、114 tNOX和70 t煙塵，既降低了企業(yè)成本，又具有顯著的環(huán)境效益。

參考文獻(xiàn)

[1] 國家發(fā)展改革委，財政部.節(jié)能項目節(jié)能量審核指南[Z].2008-03-14.

[2] GB/T 2589-2008，綜合能耗計算通則[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2008.

[3] GB/T 15316-2009，節(jié)能監(jiān)測技術(shù)通則[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2009.