高固氣比技術(shù)在2500t/d水泥熟料線(xiàn)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(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，陜西 西安 710055）

0 前言

水泥是國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)最重要的基礎(chǔ)性原材料之一[1]。水泥的生產(chǎn)流程決定了其高資源依賴(lài)性、高能耗、高污染的特性[2]。隨著資源的消耗及國(guó)家對(duì)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(guò)工藝優(yōu)化[3-5]、設(shè)備升級(jí)[6-7]、參數(shù)優(yōu)化[8]、穩(wěn)定控制等多種方式實(shí)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(jìn)工藝替換現(xiàn)有工藝，從而達(dá)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(xiàn)采用高固氣比懸浮預(yù)熱分解技術(shù)對(duì)其燒成系統(tǒng)工藝進(jìn)行技術(shù)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(biāo)在同規(guī)格生產(chǎn)線(xiàn)匯總均屬先進(jìn)水平。本文結(jié)合熱工標(biāo)定，對(duì)該生產(chǎn)線(xiàn)技改前后主要參數(shù)進(jìn)行分析，以期為同行提供參考。

1 生產(chǎn)線(xiàn)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(xiàn)，該生產(chǎn)線(xiàn)于2006年4月底建成投產(chǎn)，采用五級(jí)單系列預(yù)熱預(yù)分解系統(tǒng)，其中分解爐采用CDC-R形式，回轉(zhuǎn)窯規(guī)格為Φ4m×60m，配套BTF2500三代篦式冷卻機(jī)。

2017年，我們對(duì)生產(chǎn)線(xiàn)進(jìn)行熱工標(biāo)定，系統(tǒng)主要運(yùn)行參數(shù)見(jiàn)表1。

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

結(jié)合標(biāo)定數(shù)據(jù)，該生產(chǎn)線(xiàn)存在問(wèn)題及原因分析如下：

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

（2）預(yù)熱系統(tǒng)出口廢氣攜帶熱量較多。單位熟料配風(fēng)量達(dá)到1.54m3/kg，高于1.35m3/kg的均值，距先進(jìn)指標(biāo)差距更大；同時(shí)預(yù)熱系統(tǒng)出口廢氣溫度高達(dá)高到351℃，較同規(guī)格生產(chǎn)線(xiàn)均值（320℃）偏高31℃。以上兩種原因造成當(dāng)前預(yù)熱系統(tǒng)出口廢氣攜帶熱量高達(dá)821.62kJ/kg。表2為所統(tǒng)計(jì)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(xiàn)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(xiàn)出口廢氣攜帶熱量統(tǒng)計(jì) kJ/kg

（3）系統(tǒng)分離效率偏低。檢測(cè)得預(yù)熱系統(tǒng)出口飛灰含量高達(dá)151.6g/m3，較設(shè)計(jì)指標(biāo)75g/m3偏高一倍以上。計(jì)算得當(dāng)前系統(tǒng)分離效率僅為88.12%，未達(dá)到95%設(shè)計(jì)指標(biāo)。分離效率偏高也是造成預(yù)熱系統(tǒng)煙氣溫度較高的原因之一，同時(shí)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(dāng)前入窯生料分解率僅為90.5%，低于平均95%的控制指標(biāo)。較低的分解率增大了回轉(zhuǎn)窯的熱負(fù)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(shí)間短；同時(shí)爐容小亦造成煤粉燃燒效果差，爐內(nèi)溫度不穩(wěn)定，進(jìn)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(shí)，高溫風(fēng)機(jī)入口負(fù)壓已達(dá)到-7413Pa，高溫風(fēng)機(jī)接近滿(mǎn)負(fù)荷運(yùn)行。

（6）篦冷機(jī)熱回收效率低。經(jīng)計(jì)算，當(dāng)前篦冷機(jī)熱回收效率只有65.22%，低于72%的設(shè)計(jì)指標(biāo)，被三次風(fēng)及二次風(fēng)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(xiàn)預(yù)熱預(yù)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(jī)運(yùn)行效果差等一系列問(wèn)題，以上問(wèn)題直接影響了生產(chǎn)線(xiàn)運(yùn)行指標(biāo)。測(cè)定期間，系統(tǒng)平均運(yùn)行產(chǎn)量?jī)H為2744 t/d，熟料燒成熱耗則高達(dá)119.4kg/t，均落后于同規(guī)格生產(chǎn)線(xiàn)。

2 技改方案介紹

根據(jù)生產(chǎn)線(xiàn)存在問(wèn)題及寶江水泥實(shí)際情況，決定對(duì)寶江生產(chǎn)線(xiàn)進(jìn)行技術(shù)改造，改造范圍主要針對(duì)熟料燒成系統(tǒng)，包括預(yù)熱預(yù)分解系統(tǒng)、篦冷機(jī)、三次風(fēng)管及高溫風(fēng)機(jī)、煤秤等配套主輔機(jī)設(shè)備。

（1）窯尾系統(tǒng)。保留窯尾框架，將預(yù)熱預(yù)分解系統(tǒng)整體更換為高固氣比預(yù)熱分解系統(tǒng)，其工藝流程見(jiàn)圖1。高固氣比預(yù)熱分解系統(tǒng)主要由高固氣比預(yù)熱器和外循環(huán)式分解爐構(gòu)成，其中高固氣比預(yù)熱器由兩列并行排列的旋風(fēng)預(yù)熱單元組成。高溫?zé)煔鈴姆纸鉅t排出后，均分兩路進(jìn)入預(yù)熱系統(tǒng)A、B兩列；物料經(jīng)預(yù)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(jìn)入分解爐內(nèi)，換熱次數(shù)與常規(guī)雙系列預(yù)熱系統(tǒng)相比提高了3次；同時(shí)，單個(gè)換熱單元內(nèi)，氣固之間的換熱是在全部的物料與一半的氣體之間進(jìn)行進(jìn)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(yù)熱系統(tǒng)的預(yù)熱效果更加充分[9-10]，出預(yù)熱系統(tǒng)煙氣溫度大幅降低。

圖1 改造后寶江預(yù)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(shè)分離裝置，部分粗顆粒物料及燃煤可經(jīng)收集重新進(jìn)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(nèi)的停留時(shí)間，保證物料的高分解率，同時(shí)提高分解爐內(nèi)煤粉的燃盡率；且大量高溫物料與煤粉的進(jìn)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(jī)。改造后熟料產(chǎn)量增加，現(xiàn)有篦冷機(jī)篦床面積偏小，本次改造將篦冷機(jī)更換為四代篦冷機(jī)，篦床面積增加至83m2。

（3）燒成窯中系統(tǒng)。三次風(fēng)管改造，高溫閘板閥、窯主傳改造等。

（4）配套主輔機(jī)設(shè)備。將窯頭窯尾煤粉秤更換為申克秤，對(duì)三次風(fēng)管進(jìn)行擴(kuò)徑，原高溫風(fēng)機(jī)配風(fēng)較小，本次一并進(jìn)行改造，對(duì)其余配套設(shè)備進(jìn)行相應(yīng)改造或更換。

3 技改后生產(chǎn)線(xiàn)運(yùn)行效果

本次改造停窯工期106天，實(shí)際工期95天，改造前后生產(chǎn)線(xiàn)預(yù)熱系統(tǒng)外觀如圖2所示。

圖2 改造前后預(yù)熱系統(tǒng)外觀

生產(chǎn)線(xiàn)于2018年11月底重新點(diǎn)火生產(chǎn)，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，產(chǎn)能、煤耗等指標(biāo)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(biāo)對(duì)比

改造后，生產(chǎn)線(xiàn)煤耗指標(biāo)從落后同規(guī)格均值一躍成為行業(yè)領(lǐng)先；原料性質(zhì)穩(wěn)定時(shí)，熟料產(chǎn)量高達(dá)30840 t/d（連續(xù)10天均值），創(chuàng)Φ4m×60m窯型最高紀(jì)錄。現(xiàn)結(jié)合生產(chǎn)線(xiàn)運(yùn)行參數(shù)（見(jiàn)表4），對(duì)技改后的節(jié)煤效果進(jìn)行計(jì)算說(shuō)明。

表4 寶江2500t/d生產(chǎn)線(xiàn)運(yùn)行參數(shù)

根據(jù)熱工標(biāo)定數(shù)據(jù)，改造前后，生產(chǎn)線(xiàn)主要支出熱量對(duì)比如表5所示。

表5 寶江技改前后指標(biāo)對(duì)比

根據(jù)計(jì)算，改造后熟料燒成熱耗大幅降低的原因主要是預(yù)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(shí)篦冷機(jī)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(fēng)及低溫余風(fēng)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(xiàn)，煤粉燃燒更充分，同時(shí)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(xiàn)的熟料燒成熱耗降低至100.80 kg/t。

4 結(jié)論

采用高固氣比懸浮預(yù)熱分解技術(shù)對(duì)寶江2500t/d生產(chǎn)線(xiàn)燒成系統(tǒng)進(jìn)行技改后，生產(chǎn)線(xiàn)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(yù)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(biāo)均屬領(lǐng)先水平，同時(shí)改造后系統(tǒng)操作更穩(wěn)定。