2000t/d生產(chǎn)線燒成系統(tǒng)節(jié)能降耗改造

羅云海，涂永紅

（云南水泥建材集團(tuán)有限公司，昆明 650034）

0 前 言

紅河紫燕水泥有限責(zé)任公司是云南水泥建材集團(tuán)有限公司下屬的全資子公司，位于云南省紅河州建水縣，海拔1390m，項(xiàng)目規(guī)模為2000t/d熟料+3.5MW發(fā)電+80萬(wàn)噸水泥粉磨，于2010年2月建成投產(chǎn)。回轉(zhuǎn)窯煅燒是水泥生產(chǎn)線中比較關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，煤、電成本占全廠生產(chǎn)成本的60%～70%。而自投產(chǎn)以來(lái)，窯產(chǎn)量偏低，平均日產(chǎn)2061t，實(shí)物煤耗較高達(dá)到240kg/t。2012年8月委托某公司對(duì)燒成系統(tǒng)的C1～C3換熱管道、增濕塔外保溫、煤粉計(jì)量秤、窯筒體、傳動(dòng)大齒輪翻面、12臺(tái)篦冷機(jī)風(fēng)機(jī)以及對(duì)石灰石破碎、原料粉磨、生料庫(kù)均化、水泥配料系統(tǒng)、磨內(nèi)配件和電氣自控等多個(gè)項(xiàng)目進(jìn)行改造，共計(jì)投資917.5萬(wàn)元。改造后熟料產(chǎn)量有所提高，平均日產(chǎn)達(dá)到了2400t，標(biāo)煤耗120kg/t，仍然偏高，噸熟料成本居高不下。面對(duì)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，為降低成本，燒成系統(tǒng)精準(zhǔn)、有效的技改成為企業(yè)降本增效的重要目標(biāo)。通過(guò)系統(tǒng)優(yōu)化和技術(shù)升級(jí)改造，達(dá)到節(jié)能降耗，提升質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本。

1 改造前工藝裝備狀況及主要指標(biāo)

主要工藝配置表（見(jiàn)表1）。

表1 主要工藝配置表

改造前的主要指標(biāo)及問(wèn)題診斷（見(jiàn)表2）。

針對(duì)窯系統(tǒng)臺(tái)產(chǎn)低、煤電耗高、成本高的現(xiàn)狀，2016年6月～7月份，集團(tuán)運(yùn)營(yíng)部先后邀請(qǐng)了華潤(rùn)控股、天津院等單位的專(zhuān)家到建水公司進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)踏勘，通過(guò)內(nèi)外部多輪交流、問(wèn)題診斷與分析，確認(rèn)了系統(tǒng)存在的主要問(wèn)題：

（1）預(yù)熱器系統(tǒng)內(nèi)漏風(fēng)嚴(yán)重、翻板活動(dòng)不靈活；翻板長(zhǎng)期處于敞開(kāi)狀態(tài)：配重難以調(diào)整，回灰量大、C1出口溫度高（350℃）。

（2）窯尾煙室偏小、溫度高（1150℃），風(fēng)速高，二次飛揚(yáng)現(xiàn)象嚴(yán)重。

（3）分解爐縮口偏大（1700mm×1700mm），物料在縮口沒(méi)有噴騰效應(yīng)，物料在分解爐分解時(shí)間不夠就直接入窯。

表2 改造前的主要指標(biāo)

（4）分解爐煤粉燃燒不完全，分解爐溫度與C5出口溫度倒掛，分解爐撒料板磨損嚴(yán)重、撒料不均勻，物料熱交換不充分。

（5）窯、爐供煤用風(fēng)量（一次風(fēng)）超出正常要求近2倍，二次風(fēng)溫過(guò)低（950℃～1050℃），三次風(fēng)溫度只有（750℃）。造成燒成帶溫度偏低，且應(yīng)對(duì)來(lái)料波動(dòng)調(diào)整應(yīng)變能力有限，造成煤電耗偏高，系統(tǒng)熱工不穩(wěn)定。

（6）篦冷機(jī)配風(fēng)不合理、篦板通風(fēng)阻力大，熱交換效率差，熟料急冷不夠，二、三次風(fēng)溫低（二次風(fēng)950℃、三次風(fēng)750℃），熟料溫度高，篦冷機(jī)出口熟料溫度平均200℃，造成水泥磨輸送膠帶經(jīng)常損壞，熟料結(jié)粒細(xì)小，導(dǎo)致水泥磨系統(tǒng)的輥壓機(jī)做功不足，臺(tái)產(chǎn)偏低，電耗較高。

（7）一次風(fēng)機(jī)配風(fēng)過(guò)大，帶入窯內(nèi)的冷風(fēng)量過(guò)多，造成窯內(nèi)溫度更低，燒成溫度不夠造成熟料結(jié)粒不好，飛沙較大，窯內(nèi)熱工不穩(wěn)定。

以上問(wèn)題不但影響系統(tǒng)熱工穩(wěn)定性，而且造成煤、電耗、NOx偏高，熟料粉化嚴(yán)重、強(qiáng)度低、易磨性差，使得熟料系統(tǒng)成本過(guò)高。

2 系統(tǒng)改造的思路與目標(biāo)

2016年7月28日，集團(tuán)運(yùn)營(yíng)部組織由內(nèi)部專(zhuān)家委員會(huì)召開(kāi)了關(guān)于窯系統(tǒng)改造項(xiàng)目的評(píng)審會(huì)議，分別對(duì)幾家單位提交的改造方案進(jìn)行對(duì)比、評(píng)審，并組織專(zhuān)業(yè)人員赴曲靖富源水泥廠等生產(chǎn)線實(shí)地考察、交流，借助改造成功的經(jīng)驗(yàn)，形成系統(tǒng)改造的基本思路與目標(biāo)。

在維持現(xiàn)有預(yù)熱器、分解爐、篦冷機(jī)以及窯尾風(fēng)機(jī)不作大的改動(dòng)的基礎(chǔ)上，通過(guò)優(yōu)化配風(fēng)（頭尾燃燒器），改善分解爐換熱效率、提高窯頭熱力強(qiáng)度、減少煤粉后燃，穩(wěn)定提高臺(tái)產(chǎn)、降低煤電耗、改善熟料結(jié)粒；通過(guò)改善預(yù)熱器選粉分離效率和優(yōu)化煙室、下料結(jié)構(gòu)，減少窯尾結(jié)皮、穩(wěn)定熱工、改善熱交換、降低C1筒溫度；通過(guò)調(diào)整、優(yōu)化篦冷機(jī)分室配風(fēng)、供風(fēng)和篦板結(jié)構(gòu)，改善急冷、熱交換效果和提升二、三次風(fēng)溫度，在提高熟料質(zhì)量的同時(shí)，降低熱耗和提高發(fā)電量指標(biāo)。此外，對(duì)立磨后流程的系統(tǒng)漏風(fēng)進(jìn)行全面整治，在穩(wěn)定提高窯系統(tǒng)臺(tái)產(chǎn)的基礎(chǔ)上，有效降低尾排風(fēng)機(jī)實(shí)際風(fēng)量。

根據(jù)專(zhuān)家評(píng)委對(duì)技術(shù)方案與預(yù)期目標(biāo)的綜合評(píng)審結(jié)果、建議，最終確定由鄭州奧通熱力工程有限公司負(fù)責(zé)本次建水窯系統(tǒng)綜合改造的合作單位。改造的主要指標(biāo)與目標(biāo)見(jiàn)表3。

表3 改造主要指標(biāo)與目標(biāo)

3 改造方案

針對(duì)上述問(wèn)題診斷與改造的思路，對(duì)改造具體項(xiàng)目?jī)?nèi)容與目標(biāo)進(jìn)行多次協(xié)商，確定具體改造的方案，于2016年8月和2017年2月分兩步進(jìn)行實(shí)施。

3.1 預(yù)熱器系統(tǒng)

（1）更換新型翻板鎖風(fēng)閥，減少內(nèi)漏風(fēng)，同時(shí)對(duì)外漏風(fēng)部位進(jìn)行封堵，提高分離效率，降低系統(tǒng)阻力和C1筒出口溫度，改善熱交換效率。

（2）窯尾煙室擴(kuò)容與結(jié)構(gòu)優(yōu)化。

（3）調(diào)整底部斜坡角度，同時(shí)尾部向后、向上延伸，增加下料坡度。

（4）拆除煙室頂部，保留膨脹節(jié)，重新制作天圓地方，平滑過(guò)度，避免頂部與周?chē)臍怏w形成渦流現(xiàn)象，減少結(jié)皮。

（5）角度調(diào)整能同時(shí)增大月亮門(mén)與斜坡垂直距離，擴(kuò)大煙室容積，增大通風(fēng)截面，降低氣體流速。

（6）改造C5下料管位置，下料管從煙室尾部插入，下料管底部要靠近斜坡底部，遠(yuǎn)離窯尾縮口，使物料進(jìn)入煙室時(shí)與風(fēng)向盡量減少對(duì)流，避免入窯物料二次揚(yáng)塵，降低物料循環(huán)負(fù)荷率，提高物料入窯率。

（7）改造下料小簸箕入窯長(zhǎng)度，清除簸箕上部緩坡。

（8）改造空氣炮炮嘴位置和角度，防止形成物料堆積層，保證通風(fēng)，防止漏灰。

（9）重新澆筑煙室縮口（改為1520mm×1520mm）面積控制在2.3m2，保證入爐物料的噴騰效果和氣體的提升帶料能力，在提高熱交換效果的同時(shí)，防止?fàn)t底塌料現(xiàn)象發(fā)生，穩(wěn)定窯尾熱工。

3.2 窯頭燃燒器及送煤系統(tǒng)

（1）送煤風(fēng)機(jī)：流量由原先的44.4m3/min改為25m3/min，壓力由68.6kPa改為49kPa，功率由90kW改為37kW。

（2）凈風(fēng)機(jī)：流量由原先的（60m3/min+32m3/min）合計(jì)92m3/min改為40m3/min，壓力（49kPa+58.8kPa）改為58kPa，功率（110kW+75kW）合計(jì)185kW改為75kW，燃燒器凈風(fēng)機(jī)為雙風(fēng)機(jī)改為單風(fēng)機(jī)。

（3）送煤管道：將φ194mm改為φ146mm（內(nèi)徑130mm），在滿(mǎn)足穩(wěn)定輸送前提下保證煤粉噴射速度。

（4）燃燒器：采用新型低氮節(jié)煤燃燒器，優(yōu)化配風(fēng)，適用低風(fēng)量、中風(fēng)壓運(yùn)行。

目標(biāo)：降低冷風(fēng)量（約71m3/min）、裝機(jī)功率（163kW），實(shí)現(xiàn)減少電耗和熱耗，同時(shí)提高窯頭熱力強(qiáng)度，改善煅燒熱工條件。

3.3 分解爐燃燒器及送煤系統(tǒng)

（1）送煤風(fēng)機(jī)：流量由原先的54.4m3/min改為38m3/min，壓力由58.8kPa改為49kPa，功率由90kW改為55kW。

（2）送煤管道：原輸送主管道φ219mm改為外徑φ180mm；原兩路φ201mm改為外徑φ140mm。

（3）燃燒器：把原來(lái)分解爐管道噴煤，改為旋流燃燒器，以保證煤粉迅速擴(kuò)散，均勻混合，提高燃燒效率。

目標(biāo)：降低分解爐系統(tǒng)冷風(fēng)量、裝機(jī)功率，同時(shí)改善分解爐燃燒效率。

3.4 熟料冷卻系統(tǒng)

調(diào)整篦冷機(jī)冷卻風(fēng)機(jī)的配風(fēng)，一風(fēng)室分5個(gè)區(qū)域獨(dú)立供風(fēng)；一段充氣梁供風(fēng)方式調(diào)整；更換固定端篦床框架及低阻力篦板；更換一段全部篦板，按照不同篦縫調(diào)整篦板位置；固定斜坡供風(fēng)風(fēng)機(jī)由2臺(tái)25000m3/h增加至5臺(tái)獨(dú)立供風(fēng)52120m3/h，冷卻風(fēng)機(jī)由原12臺(tái)增加至14臺(tái)，總供風(fēng)量由309060m3/h增加至319800m3/h，風(fēng)量增加10740m3/h，裝機(jī)功率由995kW增加至1245kW，一段二、三室充氣梁及篦下風(fēng)機(jī)風(fēng)壓提升約40%，從8000Pa提高至11000Pa左右。

目標(biāo)：提高熟料的急冷效果，降低熟料溫度，改善熟料的質(zhì)量。

4 改造效果

2017年2月第二階段改造完成后投入運(yùn)行至今，從指標(biāo)來(lái)看達(dá)到了預(yù)期的效果，見(jiàn)表4。

從表4的指標(biāo)變化情況可以看出，通過(guò)預(yù)熱器翻板閥更換、煙室擴(kuò)容和減小縮口的尺寸，減少預(yù)熱器系統(tǒng)的內(nèi)漏風(fēng)和循環(huán)量，提高換熱效率。更換窯頭和分解爐燃燒器，以及優(yōu)化送煤配風(fēng)系統(tǒng)，提高窯頭的熱力強(qiáng)度和抗波動(dòng)能力。同時(shí)，通過(guò)對(duì)篦冷機(jī)供風(fēng)方式的改造和篦板結(jié)構(gòu)的調(diào)整，提高了熱回收效率，熟料溫度大幅降低，結(jié)粒得到改善，質(zhì)量提高，水泥粉磨系統(tǒng)輥壓機(jī)做功能力提高，水泥磨產(chǎn)量提升了15t/h～20t/h，各項(xiàng)運(yùn)營(yíng)指標(biāo)得到了明顯的改善，達(dá)到了預(yù)期的效果。

表4 改造后達(dá)到的指標(biāo)

5 投資收益

根據(jù)改造前后的指標(biāo)變化情況，主要以節(jié)煤、節(jié)電兩個(gè)方面進(jìn)行經(jīng)濟(jì)效益計(jì)算。

（1）投入。窯系統(tǒng)的改造共計(jì)投入308萬(wàn)元。

（2）產(chǎn)出。

①按照現(xiàn)有煤價(jià)900元/t計(jì)算，全年70萬(wàn)噸熟料產(chǎn)量，噸熟料標(biāo)準(zhǔn)煤耗下降5kgce/t，折算實(shí)物煤后全年可節(jié)約煤炭耗用量約7kg/t×70萬(wàn)噸=4900t，減少煤炭采購(gòu)費(fèi)用約441萬(wàn)元。

②按照平均電價(jià)0.5元/kWh計(jì)算，水泥綜合電耗下降2.62kWh/t，年產(chǎn)75萬(wàn)噸水泥將降低用電成本98.25萬(wàn)元/年。

③以上技改收益約539萬(wàn)元/年。

以上效益未考慮熟料強(qiáng)度提升帶來(lái)的混合材摻量提高所產(chǎn)生的效益。

（3）投資回收期7.8個(gè)月。

6 結(jié) 論

本次技改，思路清晰、查找和改造內(nèi)容明確，針對(duì)性較強(qiáng)，投資小，見(jiàn)效快，具有很好的投資回報(bào)率。通過(guò)以上改造，有效解決了長(zhǎng)期以來(lái)困擾建水公司系統(tǒng)能耗高，產(chǎn)量低的根本問(wèn)題，取得了較好的效果，為集團(tuán)內(nèi)其它生產(chǎn)線的技改項(xiàng)目提供了明確的改造思路。