水泥燒成系統煤粉計量與輸送設計方案比選

劉方權，周偉，丁云才，劉保良，金志民

1 前言

本文以7 500t/d規模的水泥熟料生產線為背景，煤磨選用輥磨，磨機產量55t/h，成品細度≤12%（R80μm），成品水分≤1.0%，設計兩種煤粉倉布置方案：方案一為煤粉倉分別布置在窯頭和窯尾；方案二為煤粉倉布置在袋收塵器下方的煤磨車間。本文對兩個方案的工藝、結構、建筑、電氣等方面的能耗指標和工程量進行了分析比較。

2 工藝系統比較

2.1 工藝流程比較（表1）

2.1.1 方案一工藝流程

方案一工藝流程主要包含如下三部分：

（1）煤粉制備：選用輥磨，原煤從原煤倉下料后，經稱量喂料機和螺旋絞刀進入煤磨，利用窯頭熱風作為烘干熱源，采用袋收塵器作為收塵設備；煤粉經螺旋輸送機進入螺旋氣力輸送泵，由羅茨風機提供動力分別輸送到位于窯尾塔架內的窯尾煤粉倉和位于窯頭平臺的窯頭煤粉倉。

（2）窯尾喂煤系統：煤粉從窯尾煤粉倉卸出后，經轉子秤計量送至分解爐噴煤管，輸送空氣由羅茨風機提供。

（3）窯頭喂煤系統：煤粉從窯頭煤粉倉卸出后，經轉子秤計量送至窯頭燃燒器，輸送空氣由羅茨風機提供。

表1 兩種方案的工藝流程比較

2.1.2 方案二工藝流程

方案二與方案一相比較，從原煤入磨到袋收塵器收集煤粉的工藝流程相同，區別在于方案二中，煤粉直接由螺旋輸送機送入位于袋收塵器下方的窯頭、窯尾煤粉倉（兩個倉均位于煤磨車間），再經轉子秤計量后分別送至窯頭燃燒器及分解爐噴煤管，輸送空氣由羅茨風機提供。

2.2 燒成系統煤耗比較

根據煤粉倉和噴煤管的布置關系，分別統計了煤粉倉至噴煤管的輸送距離及送煤風機的風量。煤粉輸送管網比較見表2，窯頭窯尾送煤風機風量比較見表3。

表2 煤粉輸送管網比較

表3 窯頭窯尾送煤風機風量比較，m3/min

從表3可以看出，方案一送煤風量與方案二相比有較大幅度減少，其中，方案一窯尾送煤風機風量為85.8m3/min，比方案二風量177m3/min少91.2m3/min。按照熟料產量7 500t/d計算，方案一可節能23.4kJ/kg熟料，節省標煤0.8kg/t熟料（假定三次風溫950℃）。方案一中窯頭送煤風量為48m3/min，比方案二風量72m3/min減少24m3/min。按照熟料產量7 500t/d計算，方案一可節能7.1kJ/kg熟料，節省標煤0.2kg/t熟料（假定二次風溫1 100℃）。綜合以上分析，方案一進入窯系統的冷風量減少，可以降低燒成系統煤耗，按照熟料產量7 500t/d核算，方案一合計可節能35.0kJ/kg熟料，節省標煤1.0kg/t熟料。

2.3 工藝設備、非標準件和管道工程量比較

從表1可以看出兩種方案中的設備不同之處在于，方案一中煤粉制備車間比方案二新增一臺螺旋氣力輸送泵和兩臺羅茨風機；方案一中煤粉倉分開布置，因此比方案二多了一臺備用送煤羅茨風機；方案一中需設置兩套二氧化碳滅火裝置，分別布置在窯尾框架內和煤磨車間內，而方案二中僅使用一套二氧化碳滅火系統。

方案一和方案二工藝非標準件和煤粉管道重量比較見表4。兩種方案非標準件的主要區別在于進、出袋收塵器的風管，方案二非標準件重量比方案一多11t，而煤粉輸送管道重量方案一比方案二多3t。

表4 非標準件和煤粉管道重量比較

3 電耗比較

兩種方案的系統電耗比較見表5，其中負載系數根據設備選型和經驗確定，若采用變頻電機，損耗系數選擇1.05，若采用非變頻電機，損耗系數選擇1.02。方案一與方案二相比，方案一多了氣力輸送泵和羅茨風機，這兩臺設備的裝機功率為240kW；而方案二中煤磨距離窯尾和窯頭較遠，所以直接用羅茨風機向分解爐燃燒器和窯頭燃燒器輸送煤粉，所需的羅茨風機功率較方案一大；另外，方案二中袋收塵器布置比方案一高15m，煤磨排風機需要將煤粉多提升15m，其功率比方案一高。

綜合比較可以看出，兩種方案的總實耗功率和車間電耗相差不大，方案一車間電耗比方案二低0.5kWh/t，折合熟料～0.1kWh/t。

表5 系統電耗比較*

表6 結構工程量比較*

表7 建筑工程量比較，m2

4 結構工程量比較

由于兩種方案的磨機基礎、原煤倉框架以及煤磨排風機房相同，故未考慮此部分工程量，只對兩方案中不同部分的工程量進行了比較。

4.1 方案一的結構工程量

方案一的結構工程量計算綜合考慮了窯尾煤粉倉、窯頭煤粉倉、煤磨袋收塵器三部分，具體如下：

（1）窯尾：煤粉倉布置于窯尾框架內，由于煤粉倉施加的荷載，本工程量考慮了新增的混凝土梁以及相應增加的鋼筋量、支撐煤粉倉鋼框架工程量、羅茨風機基礎及封房工程量。

（2）窯頭：由于煤粉倉布置在窯頭主平面，考慮了新增的混凝土框架以及相應增加的鋼筋工程量和增加的窯頭基礎以及混凝土柱的工程量，以及煤粉倉檢修平臺的工程量。

（3）煤磨：由于煤粉倉分別設在窯尾和窯頭，煤磨袋收塵器高度降低，混凝土平面高度為11.5m，收塵器頂標高為27.2m，煙囪高度為26.5m，工程量只考慮了煤磨框架本身的工程量，未考慮框架之外的工程量。

4.2 方案二的結構工程量

方案二中的煤粉倉布置于收塵器框架內，所以只需考慮煤磨車間工程量，工程量統計原則如下：煤粉倉設在煤磨車間，煤磨袋收塵器高度增加，混凝土平面高度為22m，收塵器頂標高為42m，煙囪高度為41m。工程量考慮了煤磨框架本身的工程量和煙囪鋼結構的增加量，未考慮框架之外工程量。

兩種方案的工程量比較見表6，從表6可以看出，方案一中的混凝土、鋼筋和鋼結構量均少于方案二。

5 建筑工程量比較

兩種方案的建筑工程量比較見表7。

6 電氣及其他比較

方案一與方案二比較，方案一電纜量略少（根據實際設計統計，可以忽略偏差），多一臺氣體分析儀，多一套CO2滅火系統。

7 結語

本項目從工藝布置上比較，方案一中煤粉倉距離噴煤管較近，減少了長距離煤粉輸送產生的脈沖現象和進入燒成系統的冷風，降低了冷風對燒成系統的影響；從煤耗上比較，方案一比方案二節省煤粉1.0kg標煤/t熟料，年節省標準煤約2 400t，可減少CO2排放約6 300t；從電耗上比較，方案一比方案二低0.5kWh/t，折合熟料～0.1kWh/t。根據熟料產量的不同、煤質的變化，系統漏風以及生產操作（實際用風量）情況的不同，節煤效果會有差異。

另外，從工程量角度分析，方案一合理利用了窯尾和窯頭車間的空間，降低了煤磨袋收塵器框架的高度，布置緊湊，一定程度上節省了工程量。但對于國內5 000t/d級規模的水泥生產線項目，目前普遍采用方案二的模式。筆者認為，當水泥生產線規模＞5 000t/d或煤磨距離用煤點較遠時，喂煤系統采用方案一節能空間較大。項目應根據實際情況選擇合適的方案。