水泥窯燃煤熱值貧化原因分析及解決技術(shù)措施

郭明全

三門峽騰躍同力水泥有限公司（472411）

0 序言

目前，我國大部分新型干法水泥生產(chǎn)線通常采用立磨進行煤粉制備，此工藝通常從窯頭篦冷機中溫段或窯尾高溫風(fēng)機出口處取熱風(fēng)。從窯頭取熱風(fēng)時，由于熱風(fēng)的溫度較高，所以粉磨效率高，出磨煤粉的水分易控制，但容易發(fā)生煤粉燃燒等事故；從窯尾取熱風(fēng)時，由于煙氣中氧氣含量低、二氧化碳含量高，煤粉制備系統(tǒng)運行相對安全，但廢氣中含有生料粉。這些物料混入到煤粉中，致使煤粉的灰分通常比進廠原煤的灰分高。如果進煤磨系統(tǒng)的熱氣體經(jīng)過了除塵處理，混入到煤粉中的物料會少些。正常情況下，出磨煤粉灰分比進廠原煤灰分高1%～2%。如果相差太大，說明煤質(zhì)貧化嚴重，此時生產(chǎn)工藝設(shè)備或除塵設(shè)施可能出現(xiàn)了問題。

1 存在問題以及原因分析

我公司5 000 t/d熟料生產(chǎn)線煤磨系統(tǒng)置于窯尾，采用窯尾廢氣作為烘干熱源。窯尾廢氣中的生料粉含量較高，約為80 g/Nm3。廢氣在進煤磨前是采用旋風(fēng)筒除塵，除塵效率不到70%，所以一部分窯灰會隨著窯尾熱風(fēng)進入煤磨。加入窯灰后的煤粉的含灰量比理論上煤粉的含灰量高出3.5%。根據(jù)灰分對煤粉發(fā)熱值的經(jīng)驗公式計算，每1%的灰分會使煤粉熱值降低約0.4 MJ/kg，此生產(chǎn)線出磨煤粉熱值實際降低了1.5 MJ/kg左右，造成煤熱值損耗增大。

表1 改造前后燃煤熱值的對比情況

煤熱值貧化還給熟料煅燒帶來不利影響，主要表現(xiàn)在三個方面:①直接導(dǎo)致煤粉熱值降低，造成熱值浪費，不利于燒成帶溫度的提高，給生產(chǎn)高質(zhì)量熟料造成困難；②摻入煤粉的窯灰大部分為未分解的生料粉，生料粉摻入到煤粉中在噴出燃燒器后進行分解，吸收大量的熱，不利于煤粉的完全燃燒。窯尾煤粉燃燒不完全時，會產(chǎn)生大量結(jié)皮，造成預(yù)熱器堵塞等工藝事故；③生料粉的黏性較大，混入煤粉后，在煤粉倉內(nèi)堆積，流動性變差，會造成煤粉秤下煤不暢，進而引起煅燒工況的大幅波動，在影響煤耗指標的同時，也降低了熟料的質(zhì)量[1]。

2 采取的改進技術(shù)措施

2.1 提高旋風(fēng)筒收塵效率

1）在高溫風(fēng)機還有富余能力的情況下，通過提高預(yù)熱器C1旋風(fēng)筒的收塵效率的方式來減少預(yù)熱器的飛灰含量。有關(guān)研究表明，當(dāng)下料管處的漏風(fēng)率為2.0%～2.5%時，分離效率降低20%～40%[1]。可采取以下措施:①把C1旋風(fēng)筒下料管上的單翻板閥拆除，改成兩臺串聯(lián)安裝的微動雙板鎖風(fēng)閥；②將C1旋風(fēng)筒的內(nèi)筒由3 550 mm加長到4 150 mm。

圖1 預(yù)熱器加裝的微動雙板鎖風(fēng)閥

2）可將入煤磨熱風(fēng)管道旋風(fēng)收塵內(nèi)筒由原來的3 000 mm加長到3 500 mm，同時在旋風(fēng)筒下料管原有雙翻板鎖風(fēng)閥的基礎(chǔ)上增設(shè)一臺回轉(zhuǎn)下料器，以提高其鎖風(fēng)效果。通過一段時間的運行，對煤的熱值貧化指標進行統(tǒng)計，其由原來的1.55 MJ/kg左右降低至1.17 MJ/kg左右，說明改造取得了一定效果。

2.2 為了徹底解決該問題，再次進行改造

為了徹底解決熱風(fēng)中的粉塵問題，綜合參考了電改袋收塵器的技術(shù)方案經(jīng)驗，計劃采用高溫袋式收塵器替代原入煤磨熱風(fēng)管道上的旋風(fēng)收塵器。經(jīng)仔細核算，在原旋風(fēng)收塵器的位置，增大支承面積，重新設(shè)計、安裝1臺高溫袋式收塵器。整套收塵系統(tǒng)的設(shè)計收塵效率可以達到99.9%。袋式收塵器有很高的收灰效率，采用高溫濾袋后，其適用溫度可高達250℃。

改造后，袋式收塵器收集的窯尾灰利用原輸送機、回轉(zhuǎn)卸料器輸送到生料庫中。收塵器的設(shè)計風(fēng)量為100 000 m3/h，正常溫度為225℃。袋式收塵器由原旋風(fēng)收塵器的建筑框架基礎(chǔ)及新增加的鋼框架支撐，并對原熱風(fēng)管道進行局部調(diào)整而不影響其它工藝管道。收塵器系統(tǒng)采用獨立的PLC控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)包括就地控制柜、PLC控制柜、接線箱等。PLC控制柜對整個系統(tǒng)進行控制，包括遠程信號控制系統(tǒng)。

為保障收塵器的安全運行，在收塵器入口加裝了冷風(fēng)閥門、溫度傳感器、火花捕捉器等設(shè)備，以消除因高溫而引起的安全運行隱患。為了降低熱損失，充分利用高溫?zé)犸L(fēng)，收塵器及管道的保溫材料選用新型納米高效節(jié)能巖棉，與普通巖棉相比，其導(dǎo)熱系數(shù)低、耐高溫，保溫效果更好，從而將熱風(fēng)自收塵器入口到煤磨熱風(fēng)入口的溫降控制在10℃以內(nèi)，有效利用了熱風(fēng)資源。

圖2 改造后的耐高溫收塵器

3 改造效果

系統(tǒng)改造后，由于原煤粉磨過程中帶入的窯灰被充分去除，在同樣的原煤質(zhì)量情況下，出磨煤粉的熱值提高了1.5 MJ/kg。煤粉熱值提高后，煅燒系統(tǒng)改善顯著，節(jié)煤效果明顯，根據(jù)2019年至2020年的煤耗統(tǒng)計數(shù)據(jù)，噸熟料實物煤耗降低3.1 kg，按照全年生產(chǎn)110萬t熟料計算，可節(jié)約原煤3 410 t，按1 t原煤600元計算，全年可節(jié)約費用204.6萬元。由于回轉(zhuǎn)窯煅燒溫度的提高，熟料質(zhì)量得到明顯提升，熟料的3 d強度提高了1.5 MPa，28 d強度提高了2.1 MPa，為降低水泥生產(chǎn)成本創(chuàng)造了條件。

此次改造，不僅取得了一定的經(jīng)濟效益，而且取得了較好的環(huán)境效益。按節(jié)約3 410 t煤炭、收到基原煤發(fā)熱量23.9 MJ/kg來計算，年減少NOx排放約44 t、CO2排放7 092 t、SO2排放68.2 t，響應(yīng)了國家節(jié)能減排、綠色發(fā)展的號召。