7500t/d熟料水泥生產線的設計研發

楊耀東

7500t/d熟料水泥生產線的設計研發

Technology R&D of 7500t/d Clinker System

楊耀東

1 項目概況

黔南州惠水泰安水泥有限公司7500t/d熟料水泥生產線，2009年8月委托天津水泥工業設計研究院有限公司進行設計，經過近兩年的設計和開發、設備采購、施工、安裝、調試，于2011年8月順利投料并達標，是目前全部主機設備國產化且單線產能最大的水泥生產線。

該項目是從石灰石進廠到水泥成品發運的一條完整的生產線（包括礦山），位于貴州省惠水縣長田工業園區D區內，廠區海拔標高在1022～1083m之間，地勢起伏較大，地形比較復雜。

原料采用石灰石、粘土、砂巖和硫酸渣四種原料配料，貴州黔南無煙煤作為熟料燒成燃料。原、燃料的粒度、水分和來料方式見表1。

表1 原、燃料的粒度、水分和來料方式

2 設計原則

（1）以“生產可靠、技術先進、節省投資、提高效益”為原則。設備選型中充分考慮水泥技術與裝備發展水平，并著重于設備運行的可靠性，兼顧先進、節能、投資省及大件運輸方便等因素，同時要滿足國家和地方對環保、安全的要求。

（2）設計上考慮采用高硫劣質煤煅燒，水泥中摻加煤粉灰、爐渣等廢渣，采用水泥廠低溫余熱發電技術，以達到“三廢”綜合利用。

（3）燒成系統采用天津水泥工業設計研究院有限公司研發、制造的具有先進技術的第三代雙系列預熱器系統、窯尾端擴大回轉窯、第四代行進式穩流熟料冷卻機。原料粉磨采用輥式磨，煤粉制備 采用管磨，水泥粉磨采用輥壓機加管磨機系統。

（4）采用先進、可靠的集散型計算機控制系統，達到高效、節能、穩定生產、優化控制的目的，最大程度地減少操作崗位定員，以降低生產成本。

（5）廠區海拔標高在1022～1083m之間，系統設計需進行高原校正。

3 設計主要技術指標（表2）

表2 設計主要技術指標

4 項目的設計與開發

4.1 總圖、物料儲存及設備能力

總圖布置（圖1）在滿足工藝系統要求的同時，根據地勢設置多個臺段，主生產線由南向北呈“一”字形布置。

物料的儲存方式及主要生產車間設備能力見表3、4。

4.2 原、燃料的均化

設計考慮到干法生產對原料的均勻性要求和來料的多樣性，石灰石、煤、輔助原料均設置預均化堆場，石灰石均化堆場考慮了擴建熟料線的儲量。煤、輔助原料均化堆場預留了擴建的空間，生料設置生料均化庫，以保證物料的均化和生產的穩定，規格見表3。

表3 物料的儲存方式

表4 主要生產車間設備能力

4.3 粉磨系統的設計

4.3.1 原料粉磨

原料的水分、硬度、磨蝕性、設計能力見表5。

由表5可知，原料的磨蝕性較低、易磨。設計采用輥磨系統，系統工藝流程簡單，集粉磨、烘干、選粉等工序于一體；烘干能力大，對原料的水分、粒度的適應性強；粉磨電耗低，節約能源；占地面積小，布置緊湊，土建投資低。

選型時若采用一臺國產輥磨，磨機規格大，設備運輸困難，該規格設備無使用記錄，減速機需引進，制造周期長，造價高等。故此設計采用兩套成熟的TRM42.4輥磨，每套系統產量為300t/h。該設備由天津水泥工業設計研究院有限公司制造。

4.3.2 煤粉制備

原煤的水分、硬度、設計能力見表6。

表6中煤的易磨性很差，考慮到煤來源的多變性、無煙煤的特性、對煤的細度要求較高等因素，設計采用球磨系統，具有適應性強、維修費用低、穩定性高的特點。

選型時若采用一臺球磨，設備規格需?5m×10+3m的磨機，國內沒有成型設備，設備運輸也困難。故此設計采用兩套?3m×7.75+3.5m球磨系統，每套系統產量為30t/h。

煤粉制備系統設計采用了周全的安全措施，如防爆閥、CO2滅火系統、消防水系統等。

4.3.3 水泥粉磨

考慮到水泥品種需適應不同客戶的要求、設備運輸和投資等情況，水泥粉磨系統采用常規GYJ180-100輥壓機、?4.2m×13m球磨機組成的聯合粉磨系統，每套系統生產能力為170t/h（P.O42.5）、180t/h（P.C32.5）。

該系統可利用輥壓機的粉碎節能，利用磨機來調水泥品質。可實現多種操作模式，如輥壓機和球磨機聯合操作、球磨單獨操作、輥壓機單獨操作，適應不同狀態的要求；取消了旋風筒及V形選粉機循環風機，降低磨損，提高運轉率；圈流粉磨避免了磨機過粉磨，產品溫度可以得到有效控制，可提高系統產量，降低水泥電耗。

表5 原料的水分、硬度、磨蝕性、設計能力

表6 原料的水分、硬度、磨蝕性、設計能力

4.4 燒成系統的設計開發

日產熟料7500t的水泥燒成系統，國產化還是空白，為此天津水泥工業設計研究院有限公司專門為該項目研發了燒成系統及設備：預熱器、回轉窯、冷卻機、燃燒器。

熟料煅燒采用一套窯尾帶雙系列五級旋風預熱器和TTF型分解爐，一臺?5.4/5.8m×78m的回轉窯系統。窯和分解爐用煤比例為40%～45%和60%～55%，入窯物料的碳酸鈣分解率大于90%?；剞D窯采用三擋支撐，斜度為3.5%，轉速為0.4～4.0r/min，雙側傳動。窯頭配有多通道燃燒器，系統配置雙高溫風機。

分解爐用三次風從冷卻機抽取，通過三次風管直接送至分解爐。

熟料冷卻采用第四代行進式穩流篦冷機，冷卻機中部設有輥式破碎機。

熟料燒成系統熱耗3009.6kJ/kg(720kcal/kg)。

4.4.1 預熱器和分解爐

雙系列五級旋風預熱器、TTF分解爐有如下優點：

（1）一級旋風筒分離效率高，排出系統粉塵量少，提高了系統熱效率；四級旋風筒下料兩級分料的設計，很好地解決了因燃燒高硫煤而造成的煙室結皮問題；五級旋風筒分離效率高，減少了高溫料粉的再循環，從而降低了熱耗，同時減少了高溫粘性物料對旋風筒的堵塞。

（2）采用新型鎖風閥，減少了系統的內外漏風，有利于降低熱耗。

（3）物料分散采用撒料盒裝置，提高了固氣之間的熱交換速率。

（4）分解爐直接安裝在窯尾煙室上面，窯氣直接進入分解爐，所以不存在上升煙道結皮問題，保證了窯系統的穩定操作。

（5）氣體、物料和燃料在爐內混合均勻，形成一穩定的燃燒區，避免了爐內局部過熱，所以分解爐很少結皮。由于爐子底部與窯尾煙室直接相連，開口大，不易發生堵塞。

（6）低壓損五級旋風預熱器，系統壓損小，熱交換效率高，排出的廢氣中NOX低，物料的適應性強。

4.4.2 回轉窯

規格：?5.4/5.8m×78m回轉窯為?5.4m×78m，同時回轉窯尾端直徑擴大至5.8m。雙側傳動。

回轉窯有如下優點：

（1）通過尾端直徑擴大，可以有效把煙室的最小斷面面積擴大，從而有效降低回轉窯和煙室的阻力，大大改善窯內通風，減少煙室飛灰損失，進而對回轉窯產量的發揮創造有利條件，可以最大限度地發揮回轉窯的潛能；

（2）本項目燃煤中硫含量偏高，回轉窯內可能出現長厚窯皮或結后圈以及煙室結皮，設計中采取了煙室料幕等適應高硫煤技術，同時采用回轉窯尾端擴大技術，也可有效緩解燃煤中硫含量偏高帶來的不利影響，為將來生產線的穩定運行提供基礎；

（3）采用尾端擴大技術，三次風管閥門開度可適當加大，從而可降低系統阻力，避免由于三次風管閥門開度太小而造成的閥體較快磨損；

（4）雙傳動裝置和雙液壓擋輪裝置同步運行設計為大型回轉窯可靠、平穩運行提供了有力保障。

4.4.3 篦冷機

規格：TC7500，篦床面積189.11m2，沖程次數6次。

篦冷機有如下優點：

（1）高冷卻效率，中置輥式熟料破碎機，進一步提升了二段篦床的冷卻效果，熟料出冷卻機溫度70～90℃。

（2）高熱回收率，二三次風溫度較高，二次風溫一般1100℃以上，三次風溫900～950℃，使得回轉窯和分解爐內的煤粉處于相對較高的溫度環境，迅速起燃，給無煙煤燃燒創造了有利的環境。

表7 泰安水泥12月5日8個小時的運行數據

表8 泰安水泥12月5日至12月19日半個月的運行統計數據

（3）高運轉率，設備帶自動潤滑系統，提高了設備運轉率。

（4）無漏料冷卻機，篦床下不再設漏料鎖風裝置和拉鏈機。

4.4.4 燃燒器

燃燒器采用TCNB型大推力窯頭燃燒器。

燃燒器有如下優點：

一次風使用量低（～8%），能適應低揮發分（7%～9%）低熱值煤（18810～20900kJ/kg，火力集中、窯頭升溫快的特性，很好地保證了二次風溫（～1200℃）。

4.5 系統環保、節能上的措施

4.5.1 環境保護

在物料揚塵點及生產系統的廢氣排放點均設置有收塵器，以保證揚塵點及廢氣排放點的廢氣粉塵排放濃度達到國家環保標準要求。對產生噪音較大的設備和場所，均采用消音或封閉隔離的辦法，以達到降低噪音等級保護生產人員身心健康的目的。

設計中采用的措施有：

（1）選用國內高效的除塵設備，確保凈化后的廢氣含塵量達到國家環保標準要求。

（2）各種物料預均化堆場均采用封閉式堆場。

（3）減少生產中揚塵環節，減少物料轉運點，降低物料落差，選擇密閉性好的輸送設備，減少粉塵外逸。

（4）控制生產噪音，選用低噪音設備和加消聲器，對強噪聲源車間及單體設備均采用封閉式廠房。

（5）在生產線周圍種樹綠化，特別在強噪聲源車間周圍多種樹木，以其屏蔽作用使噪聲受到不同程度的隔絕與吸收。

4.5.2 節能措施

（1）利用窯尾廢氣的余熱（或余熱發電后）烘干原料，利用窯頭廢氣的余熱烘干原煤，合理地利用和回收了能源。

（2）熟料冷卻采用篦冷機，提高了入窯的二次風溫及入分解爐的三次風溫，從而改善了窯爐燃燒條件，提高了煅燒效果，降低了燒成熱耗。

（3）采用多通道噴煤管和計量準確的煤粉計量系統，提高了燃燒效率，精確地控制了燃煤量，保證了喂煤均勻，調整及時準確。

（4）預熱器及分解爐選用低壓損系統，減少了系統阻力，降低了電耗。

（5）生產工藝上采用的各種風機，采用變頻器傳動來改變電機轉速可收到非常好的節能效果。主要有原料磨循環風機、窯尾廢氣處理排風機、窯尾高溫風機、篦冷機冷卻風機、冷卻機排風機、煤磨系統風機、水泥磨系統風機等。

4.6 電氣自動化控制

為使工藝生產線處于最佳運行狀態，保證產品質量，節約能源，提高勞動生產率，設計采用技術性能可靠且先進的集散型計算機控制系統，對主要工藝流程的各車間進行集中監控管理，分散控制。

系統由操作站、現場控制站、系統通訊網絡組成。操作站設置于中央控制室，除完成對電氣設備的監控外，還完成生產過程參數的顯示、設定、報警、記錄和自動控制，故障報警及各工藝參數亦定期或隨時可打印報表?，F場控制站設置于各電力室，完成順序邏輯控制，開關量和模擬量的數據采集、處理，PID回路的控制等。

5 結論

運行數據（表7、8）顯示，該燒成系統日產熟料達到7540t（料耗1.60kg生料/kg熟料），熟料熱耗在2967.8～3080.7kJ/kg熟料（煤平均熱值在20147.6～20900kJ/kg）之間，電耗57.4kWh/t熟料，達到了設計指標，各項指標均達到國際先進水平。該生產線的穩定運行，標志著系統設計和設備開發的成功，為水泥生產線設備國產大型化的開發應用奠定了堅實基礎。

TQ172.622.29

A

1001-6171（2012）03-0028-05

2011-11-11；編輯：沈穎