2500t/d水泥生產線的節能改造

張小龍，趙思鑫，閆永強

我公司廠區海拔1 024m，2 500t/d水泥熟料生產線窯尾采用單系列五級旋風預熱器+TDF分解爐，回轉窯規格為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，固定篦床供風為分區單獨可調式供風。

1 生產運行中存在的問題及原因分析

1.1 存在的問題

（1）二、三次風量不匹配，系統阻力大，窯內過剩空氣系數較高，在三次風閥開度為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，結皮多。

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

（3）篦冷機熱利用率低，二次風溫低，正常在1 000℃左右。

1.2 原因分析

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

（2）預熱器系統阻力大，一級筒出口負壓在6 400Pa左右，各級旋風筒進風口通風截面積偏小。產量提高時需增大高溫風機拉風量，導致風速高，阻力大，高溫風機長期在額定電流下運行，制約了產量的提升和能耗的降低。

預分解系統規格見表1，高溫風機設計參數與正常使用參數見表2。

（3）篦冷機運行效率低，固定篦床分區供風分配比例不合理，高溫段風機配風不合理。篦冷機有效冷卻面積為58.6m2，安裝斜度為5°，裝機總風量為336 400m3/h。高溫段一、二室風機風門開度在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，導致高溫段料層存在“吹竄”現象，二次風溫偏低。

2 技術優化方案

2.1 三次風管及分解爐縮口擴徑

原三次風管內徑為2 200mm，保溫材料為厚85mm的硅酸鈣板和厚114mm的高強耐堿磚，有效通風內徑為1 802mm。為合理匹配二、三次風量，在不改變風管直徑的情況下，采用40mm厚、導熱系數低、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，有效通風面積增加了0.26m2；原分解爐縮口直徑為1 780mm，在三次風管擴徑改造的同時，將縮口澆注料厚度減少10mm，縮口直徑擴大至1 800mm，有效通風面積增加了0.056m2。優化前后的三次風管示意見圖1、2。

優化后，二、三次風量得到了合理匹配，消除了分解爐和五級旋風筒溫度長期倒掛現象，分解爐煤粉燃燒狀況得到明顯改善；三次風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旋風筒的溫度變化情況見表3。

2.2 C4、C5旋風筒蝸殼進風口管道擴大

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

優化后的C4、C5旋風筒蝸殼進風口示意見圖3、圖4。優化后，蝸殼進風口面積增大，有效降低了風速和阻力，C4、C5旋風筒出口負壓較優化前分別下降了300Pa和100Pa左右，在產量增加的情況下，系統無塌料現象。

表1 預分解系統規格

表2 高溫風機設計與正常使用參數

圖1 三次風管優化前

圖2 三次風管優化后

表3 改進前后分解爐和C5旋風筒的溫度變化情況

2.3 篦冷機操作及現場配風調整

圖3 C4旋風筒蝸殼進風口優化后

圖4 C5旋風筒蝸殼進風口優化后

篦冷機固定篦床為分區單獨供風，每個風管管路采用閥門手動調整供風量。調整配風時，逐步將粗料側和細料側管路閥門開度由100%分別調至60%和70%左右。調整后，消除了固定篦床物料“吹竄”現象，降低了物料流速，有效增加了固定篦床的物料厚度，提高了入窯二次風溫。逐步調整篦冷機各風室風量，增大高溫段風機風門開度至90%左右，關小低溫段風機風門，降低低溫段風量，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，將篦冷機推動次數由原來的10r/min調整為8r/min左右，提高料層厚度。通過以上調整，窯頭排風機轉速由原來的41Hz降至現有的38Hz，運行電流下降了2A，二次風溫由原來的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整

圖5 燃燒器原安裝位置圖

圖6 燃燒器優化后安裝位置圖

表4 優化前后主要參數變化

表5 優化前后主要經濟技術指標對比

分解爐燃燒器采用分級燃燒技術，柱體和錐體各有兩根燃燒器。其中，柱體的兩根燃燒器，一根位于三次風管入分解爐進風口上沿正中心，另一根位于三次風管進風口正對面，且與三次風管進風口下沿平行。運行過程中，分解爐柱體結皮嚴重。調整時，將三次風管正上方的燃燒器移至三次風管入分解爐反方向側下方，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°調整為15°，并向分解爐內部推進500mm。調整后，減少了三次風對火焰的壓迫，火焰更加順暢，煤粉噴入后有效地避開了富氧區，形成了揮焰燃燒，避免了形成高溫區，有效消除了局部高溫形成的結皮。燃燒器原安裝位置見圖5，優化后安裝位置見圖6。

3 優化改造效果

2020年初，利用錯峰停窯時間，采取以上措施對水泥窯系統進行了優化。3月7日，水泥窯投料生產，投料后水泥窯運行熱工穩定，一級筒出口壓力明顯下降，高溫風機轉速及電流下降，分解爐結皮基本消除；分解爐及五級筒溫度倒掛現象消除，水泥窯臺時產量提升的同時，預熱器各級壓力穩定，無塌料現象；水泥窯高效穩定運行能力明顯提升，產量進一步提升，熟料煤電消耗大幅下降。優化前后的主要參數變化見表4，主要經濟技術指標對比情況見表5。

4 結語

通過對影響水泥窯系統運行的關鍵環節進行降阻降耗優化改進，水泥窯產量得到了有效提升，煤耗電耗均有所下降，年節約標煤1 056t，節電約172×104kW·h，熟料強度提高，經濟效益顯著。