高固氣比技術在2500t/d水泥熟料線的改造案例介紹*

姚艷飛，陳延信，丁松雄，田俊琪（西安建筑科技大學材料科學與工程學院，陜西 西安 710055）

0 前言

水泥是國民經(jīng)濟建設最重要的基礎性原材料之一[1]。水泥的生產(chǎn)流程決定了其高資源依賴性、高能耗、高污染的特性[2]。隨著資源的消耗及國家對環(huán)保的不斷重視，水泥熟料生產(chǎn)的節(jié)能、減排已經(jīng)成為水泥工業(yè)最重要的發(fā)展方向之一。水泥工業(yè)的節(jié)能減排可通過工藝優(yōu)化[3-5]、設備升級[6-7]、參數(shù)優(yōu)化[8]、穩(wěn)定控制等多種方式實現(xiàn)，其中的工藝優(yōu)化指在原料粉磨、熟料燒成、污染物治理等環(huán)節(jié)利用先進工藝替換現(xiàn)有工藝，從而達到節(jié)能、減排的效果。

2018年，英德寶江2500t/d水泥熟料生產(chǎn)線采用高固氣比懸浮預熱分解技術對其燒成系統(tǒng)工藝進行技術改造，改造后熟料燒成煤耗降低至100.8 kg/t，熟料產(chǎn)能提高至3840t/d，上述指標在同規(guī)格生產(chǎn)線匯總均屬先進水平。本文結合熱工標定，對該生產(chǎn)線技改前后主要參數(shù)進行分析，以期為同行提供參考。

1 生產(chǎn)線情況介紹

英德市寶江水泥材料有限公司擁有一條2500t/d新型干法旋窯水泥熟料生產(chǎn)線，該生產(chǎn)線于2006年4月底建成投產(chǎn)，采用五級單系列預熱預分解系統(tǒng)，其中分解爐采用CDC-R形式，回轉窯規(guī)格為Φ4m×60m，配套BTF2500三代篦式冷卻機。

2017年，我們對生產(chǎn)線進行熱工標定，系統(tǒng)主要運行參數(shù)見表1。

表1 英德寶江2500t/d生產(chǎn)線系統(tǒng)主要運行參數(shù)

結合標定數(shù)據(jù)，該生產(chǎn)線存在問題及原因分析如下：

（1）尾煤燃燒效果差。檢測得到分解爐出口O2含量1.0%左右，但其CO含量高達3500×10-6，同時C4出口溫度達到803℃，高于775℃左右的平均值；綜合以上，判斷當前尾煤燃燒效果差，存在煤粉后燃現(xiàn)象，造成化學不完全燃燒損失熱量多。

（2）預熱系統(tǒng)出口廢氣攜帶熱量較多。單位熟料配風量達到1.54m3/kg，高于1.35m3/kg的均值，距先進指標差距更大；同時預熱系統(tǒng)出口廢氣溫度高達高到351℃，較同規(guī)格生產(chǎn)線均值（320℃）偏高31℃。以上兩種原因造成當前預熱系統(tǒng)出口廢氣攜帶熱量高達821.62kJ/kg。表2為所統(tǒng)計部分2500t/d水泥企業(yè)出口廢氣攜帶熱匯總，可以看出，該生產(chǎn)線出口廢氣攜帶熱量較多，直接造成了熟料燒成熱耗的大幅增加。

表2 部分2500t/d生產(chǎn)線出口廢氣攜帶熱量統(tǒng)計 kJ/kg

（3）系統(tǒng)分離效率偏低。檢測得預熱系統(tǒng)出口飛灰含量高達151.6g/m3，較設計指標75g/m3偏高一倍以上。計算得當前系統(tǒng)分離效率僅為88.12%，未達到95%設計指標。分離效率偏高也是造成預熱系統(tǒng)煙氣溫度較高的原因之一，同時大量的飛灰直接造成了72.03kJ/kg，折合2.46kg/t的熱量損失。

（4）入窯生料分解率偏低。當前入窯生料分解率僅為90.5%，低于平均95%的控制指標。較低的分解率增大了回轉窯的熱負荷，限制了系統(tǒng)產(chǎn)能的發(fā)揮。造成生料分解率偏低的原因主要為分解爐爐容較小，物料停留時間短；同時爐容小亦造成煤粉燃燒效果差，爐內溫度不穩(wěn)定，進一步影響了碳酸鈣的分解。

（5）系統(tǒng)阻力損失較大。產(chǎn)量2744t/d時，高溫風機入口負壓已達到-7413Pa，高溫風機接近滿負荷運行。

（6）篦冷機熱回收效率低。經(jīng)計算，當前篦冷機熱回收效率只有65.22%，低于72%的設計指標，被三次風及二次風回收至燒成系統(tǒng)的熱量較少，造成了熟料燒成熱耗的增加。

綜合以上，原生產(chǎn)線預熱預分解系統(tǒng)存在爐容小、系統(tǒng)阻力損失大、換熱效果差、系統(tǒng)分離效率偏低、篦冷機運行效果差等一系列問題，以上問題直接影響了生產(chǎn)線運行指標。測定期間，系統(tǒng)平均運行產(chǎn)量僅為2744 t/d，熟料燒成熱耗則高達119.4kg/t，均落后于同規(guī)格生產(chǎn)線。

2 技改方案介紹

根據(jù)生產(chǎn)線存在問題及寶江水泥實際情況，決定對寶江生產(chǎn)線進行技術改造，改造范圍主要針對熟料燒成系統(tǒng)，包括預熱預分解系統(tǒng)、篦冷機、三次風管及高溫風機、煤秤等配套主輔機設備。

（1）窯尾系統(tǒng)。保留窯尾框架，將預熱預分解系統(tǒng)整體更換為高固氣比預熱分解系統(tǒng)，其工藝流程見圖1。高固氣比預熱分解系統(tǒng)主要由高固氣比預熱器和外循環(huán)式分解爐構成，其中高固氣比預熱器由兩列并行排列的旋風預熱單元組成。高溫煙氣從分解爐排出后，均分兩路進入預熱系統(tǒng)A、B兩列；物料經(jīng)預熱器頂部喂料系統(tǒng)喂入后，依次經(jīng)C1、C2A、C2B、C3A、C3B、C4A、C4B換熱單元完成7次換熱后進入分解爐內，換熱次數(shù)與常規(guī)雙系列預熱系統(tǒng)相比提高了3次；同時，單個換熱單元內，氣固之間的換熱是在全部的物料與一半的氣體之間進行進行，固氣比較常規(guī)系統(tǒng)增加了一倍以上，從而提高了單次換熱效率。更多的換熱次數(shù)和更高的單次換熱效率使得預熱系統(tǒng)的預熱效果更加充分[9-10]，出預熱系統(tǒng)煙氣溫度大幅降低。

圖1 改造后寶江預熱分解系統(tǒng)流程圖

高固氣比外循環(huán)式分解爐在出口處增設分離裝置，部分粗顆粒物料及燃煤可經(jīng)收集重新進入分解爐。在不改變分解爐外形尺寸的情況下，提高了物料在分解爐內的停留時間，保證物料的高分解率，同時提高分解爐內煤粉的燃盡率；且大量高溫物料與煤粉的進入，提高了分解爐的熱穩(wěn)定性，入窯物料的表觀分解率顯著提高。

（2）更換篦冷機。改造后熟料產(chǎn)量增加，現(xiàn)有篦冷機篦床面積偏小，本次改造將篦冷機更換為四代篦冷機，篦床面積增加至83m2。

（3）燒成窯中系統(tǒng)。三次風管改造，高溫閘板閥、窯主傳改造等。

（4）配套主輔機設備。將窯頭窯尾煤粉秤更換為申克秤，對三次風管進行擴徑，原高溫風機配風較小，本次一并進行改造，對其余配套設備進行相應改造或更換。

3 技改后生產(chǎn)線運行效果

本次改造停窯工期106天，實際工期95天，改造前后生產(chǎn)線預熱系統(tǒng)外觀如圖2所示。

圖2 改造前后預熱系統(tǒng)外觀

生產(chǎn)線于2018年11月底重新點火生產(chǎn)，系統(tǒng)運行穩(wěn)定，產(chǎn)能、煤耗等指標較改造前均有大幅提高。具體如表3所示。

表3 寶江技改前后指標對比

改造后，生產(chǎn)線煤耗指標從落后同規(guī)格均值一躍成為行業(yè)領先；原料性質穩(wěn)定時，熟料產(chǎn)量高達30840 t/d（連續(xù)10天均值），創(chuàng)Φ4m×60m窯型最高紀錄?，F(xiàn)結合生產(chǎn)線運行參數(shù)（見表4），對技改后的節(jié)煤效果進行計算說明。

表4 寶江2500t/d生產(chǎn)線運行參數(shù)

根據(jù)熱工標定數(shù)據(jù)，改造前后，生產(chǎn)線主要支出熱量對比如表5所示。

表5 寶江技改前后指標對比

根據(jù)計算，改造后熟料燒成熱耗大幅降低的原因主要是預熱系統(tǒng)出口熱量的減少，煙氣及粉塵帶走的熱量降低了246.16kJ/kg；同時篦冷機熱回收效率從65.22%提高至72.89%，冷卻后的熟料及去往煤磨、AQC鍋爐中溫風及低溫余風損失的熱量降低了123.62 kJ/kg；另外，得益于外循環(huán)式分解爐的貢獻，煤粉燃燒更充分，同時入窯生料分解爐提高至98%，系統(tǒng)產(chǎn)量可以提高至3840t/d，均攤到單位熟料的表面散熱損失減小了91.11kJ/kg。以上，使改造后生產(chǎn)線的熟料燒成熱耗降低至100.80 kg/t。

4 結論

采用高固氣比懸浮預熱分解技術對寶江2500t/d生產(chǎn)線燒成系統(tǒng)進行技改后，生產(chǎn)線熟料燒成煤耗從119.4kg/t降低至100.80kg/t，熟料產(chǎn)量從2744 t/d提高至3840t/d，技改效果突出。改造后，預熱系統(tǒng)出口溫度從351℃降低至279℃，粉塵濃度從151.6g/m3減少至43.9g/m3，系統(tǒng)分離效率大幅提高；入窯生料分解率從90.5%提高至98%，煤粉燃燒充分，后燃現(xiàn)象徹底消失，各指標均屬領先水平，同時改造后系統(tǒng)操作更穩(wěn)定。