窯系統節能降耗技術改造

王繼升，獨傳新，劉清元，武浩

某公司5 000t/d水泥熟料生產線窯系統配備五級旋風預熱器+噴騰式在線管道分解爐+φ4.8m×74m回轉窯，自2008年建成投產以來，窯系統運行穩定，但存在預分解系統阻力高、一級出口溫度高、熟料標準煤耗偏高的問題。根據生產記錄統計，在窯系統投料量410t/h時，預熱器一級出口壓力達到-5 300Pa左右，一級出口溫度320℃～330℃，高溫風機轉速給定840～850r/min，標煤耗110kg/t熟料以上。為降低預分解系統阻力、出口溫度，節約電耗、煤耗，公司利用2019年大修時間，組織實施了窯系統的一系列節能技術改造。

1 問題原因分析

針對我公司窯系統存在的阻力高、煤耗高等問題，經排查，主要由以下幾方面原因造成：

（1）分解爐鵝頸管處設計不合理。鵝頸管底部殼體為半圓形，較平滑，正常生產時鵝頸管處易積料，造成通風面積減小，系統阻力增大。

（2）分解爐出口與五級旋風筒連接處管道角度小。正常生產時，物料易在分解爐出口與五級旋風筒連接處管道內堆積，造成通風面積減小，系統阻力增大。

（3）煙室容積小，煙室內風速過高。五級下料管內物料進入煙室后產生二次揚塵，增大了進入分解爐氣體的粉塵濃度，空氣阻力增大。

（4）一級預熱器分離效率低。一級預熱器分離效率的高低直接決定了一級氣體的溫度和粉塵含量，分離效率低使部分熱量被帶走。

（5）煤粉輸送過程中采用的固氣比小。大量的冷風進入窯內，增加了熱耗。

圖1 鵝頸管和分解爐出口與五級旋風筒連接處管道改造前后示意圖

（6）縮口面積過大，造成窯內風速過快，加之二次風溫偏低，造成火焰偏長，火焰溫度不集中，增加了熱耗。

（7）為確保縮口不發生塌料現象，被迫降低三次風閥門高度以減少三次風量，但造成分解爐內煤粉燃燒不完全，煤粉的燃盡率下降。

2 技改措施

針對窯系統阻力高、煤耗高的原因，2019年，大修期間，公司進行了以下技術改造。

（1）分解爐鵝頸管底部殼體由半圓形改為直角形，徹底解決了鵝頸管底部積料問題，保證了鵝頸管處的通風面積，降低了因物料積存及通風面積減少產生的阻力。

（2）分解爐出口與五級旋風筒連接處管道降低1.7m，同時，連接管道由兩個斜坡相連改為一個斜坡，減少了水平連接段，物料不會在分解爐出口與五級旋風筒連接管道內堆積，增大了分解爐出口與五級旋風筒連接處的通風面積，有效減少了通風阻力。鵝頸管和分解爐出口與五級旋風筒連接處管道改造前后示意圖見圖1。

（3）增大煙室容積，同時，下料方式由原來的兩側下料改為中間單點下料，物料通過中心的下料導料槽直接進入窯內，不僅避免了風速高造成的揚塵，而且改變下料方式后物料被吹散產生二次揚塵的概率也降低了，有效降低了氣體粉塵濃度大產生的氣體阻力。煙室改造示意圖見圖2。

（4）各級下料管、撒料箱下移，其中，入一級旋風筒的撒料箱下移1.5m，一、二、三級下料管及撒料箱下移1m。撒料箱下移延長了生料在各級旋風筒上升管道內的停留時間，延長了生料與高溫氣流的換熱時間，提高了生料預熱效率。

（5）為提高一級預熱器的分離效率，延長物料在預熱器內的停留時間，將原來一級預熱器內的內筒長度由原來的2.45m增加到5.0m。

（6）窯尾煙室縮口由方形2.45m×2.45m改為圓形φ2.45m，相應的通風面積由原來的6m2減小為4.71m2。縮口通風面積減小，不僅增大了縮口風速，增大了分解爐內煤粉和物料噴騰效應及分散效果，提高了煤粉燃盡率，同時由于縮口面積的減少，避免了部分生料短路直接入窯。

（7）為降低入窯系統的冷風量，克服原有風機配置過大的弊端，將原有分解爐及窯頭送煤風機風量分別由原來的163m3/h改為84m3/h、84m3/h改為45m3/h，窯頭一次風機也由原來的145m3/h改為88m3/h。通過改造，不僅節約了電費，而且減少了冷風的進入，降低了煤耗。

（8）為保證熟料冷卻效果，根據熟料的粒度特征，將原來的固定篦床分為單獨的六個冷卻區，避免了因料層厚度和粒度不同造成的阻力不均、通風量不平衡的現象。在不增加固定篦床長度的情況下，減少篦板尺寸，增加篦板數量，采用低阻流篦板，降低了壓損，增大了通風冷卻面積。將篦冷機固定篦床的冷卻風量由原來的3.8×104m3/h增加到8.0×104m3/h，不僅保證了熟料急冷的效果，而且保證了窯內用風和氧含量，穩定了二次風溫，為窯頭煤粉完全燃燒提供了必要條件。篦冷機固定篦床和充氣梁風機布置示意圖見圖3。

（9）為減少預熱器內漏風，采用了高效鎖風閥，既穩定了下料流量又克服了內漏風，為系統熱工穩定創造了條件。

圖2 煙室改造示意圖

圖3 篦冷機固定篦床和充氣梁風機布置示意圖

圖4 改造前回轉窯中控操作畫面

圖5 改造后回轉窯中控操作畫面

3 技改效果

改造前回轉窯中控操作畫面見圖4，改造后回轉窯中控操作畫面見圖5。通過對窯系統進行節能降耗改造，我公司預熱器一級出口負壓、一級出口溫度、熟料工序電耗、標煤耗均有明顯降低。技改后的具體工藝參數變化和經濟效果如下：

（1）在投料410t/h時，預熱器一級出口負壓由5 300Pa降低至4 500Pa左右，高溫風機轉速由840～850r/min降低至800～810r/min。

（2）在投料410t/h時，預熱器一級出口溫度由330℃降低至270℃。

（3）二次風溫穩定在1 150℃以上。

（4）熟料工序電耗由28.07kW·h/t降低至25.78 kW·h/t，降低2.29kW·h/t。預計每年可節約電費：179.8萬噸×2.29kW·h/t×0.63kW·h/元≈259.4萬元。

（5）標煤耗由改造前110.99kg/t熟料降低至104.43kg/t熟料，降低6.56kg/t熟料。全年可為公司節約原煤：1 798 000t×6.56kg/t熟料×7 000kcal÷5 400kcal÷1 000≈15 289.66t。

原煤價格按照2019年全年平均單價720元/噸計算，全年為公司節約成本：15 289.66t×720元/噸=1 100.86萬元。

綜上所述，窯系統節能降耗改造后，預計全年可節約成本259.39+1 100.86=1 360.25萬元。

通過對窯系統進行節能降耗技術改造，我公司經濟技術指標大幅提高，經濟效益和社會效益顯著提升。