2500t/d水泥生產(chǎn)線的節(jié)能改造

張小龍，趙思鑫，閆永強

我公司廠區(qū)海拔1 024m，2 500t/d水泥熟料生產(chǎn)線窯尾采用單系列五級旋風(fēng)預(yù)熱器+TDF分解爐，回轉(zhuǎn)窯規(guī)格為φ4m×60m，窯頭配置DJGX-2500T/D-D四通道燃燒器，煙煤煅燒，生料采用石灰石、鐵礦石、粘土和砂巖四組分配料，篦冷機為SFR2×5十字棒型第四代篦冷機，固定篦床供風(fēng)為分區(qū)單獨可調(diào)式供風(fēng)。

1 生產(chǎn)運行中存在的問題及原因分析

1.1 存在的問題

（1）二、三次風(fēng)量不匹配，系統(tǒng)阻力大，窯內(nèi)過?？諝庀禂?shù)較高，在三次風(fēng)閥開度為100%的情況下，一級筒出口壓力6 400Pa左右，窯尾氧含量長期保持在5%～6%，分解爐煤粉燃盡率較低，結(jié)皮多。

（2）能耗高，2019年熟料標(biāo)準(zhǔn)煤耗114.47kg/t，熟料工序電耗35.09kW·h/t。

（3）篦冷機熱利用率低，二次風(fēng)溫低，正常在1 000℃左右。

1.2 原因分析

（1）三次風(fēng)管有效通風(fēng)內(nèi)徑為1 802mm，設(shè)計偏小，二、三次風(fēng)量不匹配，造成分解爐煤粉燃盡率較低，結(jié)皮多，增加了預(yù)熱器系統(tǒng)的阻力。系統(tǒng)運行中產(chǎn)生的結(jié)皮有兩種形態(tài)，一種是由于三次風(fēng)量小、風(fēng)速高，窯頭細顆粒飛砂料被帶入分解爐內(nèi)與高溫氣體混合形成的結(jié)皮，此種結(jié)皮比較松散，易清理；另一種是由于分解爐兩根柱體燃燒器位置不當(dāng)所造成的結(jié)皮。分解爐的一根柱體燃燒器位于三次風(fēng)管入分解爐進風(fēng)口上沿正中心（見圖5），煤粉噴入后富氧爆燃形成明火燃燒，產(chǎn)生高溫區(qū)，局部高溫形成結(jié)皮，此種結(jié)皮結(jié)構(gòu)致密堅硬，不易清理。

（2）預(yù)熱器系統(tǒng)阻力大，一級筒出口負壓在6 400Pa左右，各級旋風(fēng)筒進風(fēng)口通風(fēng)截面積偏小。產(chǎn)量提高時需增大高溫風(fēng)機拉風(fēng)量，導(dǎo)致風(fēng)速高，阻力大，高溫風(fēng)機長期在額定電流下運行，制約了產(chǎn)量的提升和能耗的降低。

預(yù)分解系統(tǒng)規(guī)格見表1，高溫風(fēng)機設(shè)計參數(shù)與正常使用參數(shù)見表2。

（3）篦冷機運行效率低，固定篦床分區(qū)供風(fēng)分配比例不合理，高溫段風(fēng)機配風(fēng)不合理。篦冷機有效冷卻面積為58.6m2，安裝斜度為5°，裝機總風(fēng)量為336 400m3/h。高溫段一、二室風(fēng)機風(fēng)門開度在70%左右，開度偏小，同時篦冷機料層控制偏薄，料層厚度在500mm左右，導(dǎo)致高溫段料層存在“吹竄”現(xiàn)象，二次風(fēng)溫偏低。

2 技術(shù)優(yōu)化方案

2.1 三次風(fēng)管及分解爐縮口擴徑

原三次風(fēng)管內(nèi)徑為2 200mm，保溫材料為厚85mm的硅酸鈣板和厚114mm的高強耐堿磚，有效通風(fēng)內(nèi)徑為1 802mm。為合理匹配二、三次風(fēng)量，在不改變風(fēng)管直徑的情況下，采用40mm厚、導(dǎo)熱系數(shù)低、施工更為方便的NJS1000型納米隔熱板，替代原厚度85mm的硅酸鈣板，耐火磚厚度不變，有效通風(fēng)面積增加了0.26m2；原分解爐縮口直徑為1 780mm，在三次風(fēng)管擴徑改造的同時，將縮口澆注料厚度減少10mm，縮口直徑擴大至1 800mm，有效通風(fēng)面積增加了0.056m2。優(yōu)化前后的三次風(fēng)管示意見圖1、2。

優(yōu)化后，二、三次風(fēng)量得到了合理匹配，消除了分解爐和五級旋風(fēng)筒溫度長期倒掛現(xiàn)象，分解爐煤粉燃燒狀況得到明顯改善；三次風(fēng)管表面溫度從原來的120℃左右下降到100℃，表面熱損失進一步降低。改進前后分解爐和C5旋風(fēng)筒的溫度變化情況見表3。

2.2 C4、C5旋風(fēng)筒蝸殼進風(fēng)口管道擴大

拆除原C4、C5旋風(fēng)筒蝸殼進風(fēng)口導(dǎo)流柱，將其向外拓展300mm，重新制作鋼結(jié)構(gòu)與其相連。在保持原有導(dǎo)流柱耐火材料施工結(jié)構(gòu)和厚度（230mm）不變的情況下，蝸殼進風(fēng)口有效通風(fēng)面積增加1.362m2。

優(yōu)化后的C4、C5旋風(fēng)筒蝸殼進風(fēng)口示意見圖3、圖4。優(yōu)化后，蝸殼進風(fēng)口面積增大，有效降低了風(fēng)速和阻力，C4、C5旋風(fēng)筒出口負壓較優(yōu)化前分別下降了300Pa和100Pa左右，在產(chǎn)量增加的情況下，系統(tǒng)無塌料現(xiàn)象。

表1 預(yù)分解系統(tǒng)規(guī)格

表2 高溫風(fēng)機設(shè)計與正常使用參數(shù)

圖1 三次風(fēng)管優(yōu)化前

圖2 三次風(fēng)管優(yōu)化后

表3 改進前后分解爐和C5旋風(fēng)筒的溫度變化情況

2.3 篦冷機操作及現(xiàn)場配風(fēng)調(diào)整

圖3 C4旋風(fēng)筒蝸殼進風(fēng)口優(yōu)化后

圖4 C5旋風(fēng)筒蝸殼進風(fēng)口優(yōu)化后

篦冷機固定篦床為分區(qū)單獨供風(fēng)，每個風(fēng)管管路采用閥門手動調(diào)整供風(fēng)量。調(diào)整配風(fēng)時，逐步將粗料側(cè)和細料側(cè)管路閥門開度由100%分別調(diào)至60%和70%左右。調(diào)整后，消除了固定篦床物料“吹竄”現(xiàn)象，降低了物料流速，有效增加了固定篦床的物料厚度，提高了入窯二次風(fēng)溫。逐步調(diào)整篦冷機各風(fēng)室風(fēng)量，增大高溫段風(fēng)機風(fēng)門開度至90%左右，關(guān)小低溫段風(fēng)機風(fēng)門，降低低溫段風(fēng)量，在保證熟料冷卻的同時，有效降低了窯頭廢氣排放總量。同時，將篦冷機推動次數(shù)由原來的10r/min調(diào)整為8r/min左右，提高料層厚度。通過以上調(diào)整，窯頭排風(fēng)機轉(zhuǎn)速由原來的41Hz降至現(xiàn)有的38Hz，運行電流下降了2A，二次風(fēng)溫由原來的1 000℃左右上升至1 150℃以上，出篦冷機熟料溫度保持在90℃左右不變。

2.4 分解爐燃燒器位置調(diào)整

圖5 燃燒器原安裝位置圖

圖6 燃燒器優(yōu)化后安裝位置圖

表4 優(yōu)化前后主要參數(shù)變化

表5 優(yōu)化前后主要經(jīng)濟技術(shù)指標(biāo)對比

分解爐燃燒器采用分級燃燒技術(shù)，柱體和錐體各有兩根燃燒器。其中，柱體的兩根燃燒器，一根位于三次風(fēng)管入分解爐進風(fēng)口上沿正中心，另一根位于三次風(fēng)管進風(fēng)口正對面，且與三次風(fēng)管進風(fēng)口下沿平行。運行過程中，分解爐柱體結(jié)皮嚴(yán)重。調(diào)整時，將三次風(fēng)管正上方的燃燒器移至三次風(fēng)管入分解爐反方向側(cè)下方，下移高度1 050mm，同時將柱體兩根燃燒器與分解爐橫截面之間的夾角由45°調(diào)整為15°，并向分解爐內(nèi)部推進500mm。調(diào)整后，減少了三次風(fēng)對火焰的壓迫，火焰更加順暢，煤粉噴入后有效地避開了富氧區(qū)，形成了揮焰燃燒，避免了形成高溫區(qū)，有效消除了局部高溫形成的結(jié)皮。燃燒器原安裝位置見圖5，優(yōu)化后安裝位置見圖6。

3 優(yōu)化改造效果

2020年初，利用錯峰停窯時間，采取以上措施對水泥窯系統(tǒng)進行了優(yōu)化。3月7日，水泥窯投料生產(chǎn)，投料后水泥窯運行熱工穩(wěn)定，一級筒出口壓力明顯下降，高溫風(fēng)機轉(zhuǎn)速及電流下降，分解爐結(jié)皮基本消除；分解爐及五級筒溫度倒掛現(xiàn)象消除，水泥窯臺時產(chǎn)量提升的同時，預(yù)熱器各級壓力穩(wěn)定，無塌料現(xiàn)象；水泥窯高效穩(wěn)定運行能力明顯提升，產(chǎn)量進一步提升，熟料煤電消耗大幅下降。優(yōu)化前后的主要參數(shù)變化見表4，主要經(jīng)濟技術(shù)指標(biāo)對比情況見表5。

4 結(jié)語

通過對影響水泥窯系統(tǒng)運行的關(guān)鍵環(huán)節(jié)進行降阻降耗優(yōu)化改進，水泥窯產(chǎn)量得到了有效提升，煤耗電耗均有所下降，年節(jié)約標(biāo)煤1 056t，節(jié)電約172×104kW·h，熟料強度提高，經(jīng)濟效益顯著。