劉貴新，陳昌華，陶從喜，彭學(xué)平，李亮

帶SLCSLC分解爐的4 4 000000t/dt/d熟料生產(chǎn)線燒成系統(tǒng)技術(shù)優(yōu)化

劉貴新1，陳昌華2，陶從喜2，彭學(xué)平2，李亮3

為了降低系統(tǒng)能耗，提升技術(shù)裝備水平，增強(qiáng)企業(yè)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，華潤(rùn)水泥廣州珠江水泥有限公司委托天津水泥工業(yè)設(shè)計(jì)研究院有限公司以EPC總承包形式對(duì)其帶SLC型分解爐的4 000t/d熟料生產(chǎn)線燒成系統(tǒng)實(shí)施技術(shù)優(yōu)化改造。技術(shù)優(yōu)化前對(duì)燒成系統(tǒng)進(jìn)行了熱工標(biāo)定和診斷分析，并對(duì)帶SLC分解爐的預(yù)分解系統(tǒng)及窯頭篦冷機(jī)系統(tǒng)提出了針對(duì)性的優(yōu)化改進(jìn)方案，優(yōu)化改造后進(jìn)行了72h連續(xù)生產(chǎn)考核，并由第三方進(jìn)行了性能測(cè)試，結(jié)果表明燒成系統(tǒng)各項(xiàng)性能指標(biāo)完全達(dá)到了預(yù)期效果，該項(xiàng)目順利驗(yàn)收。

SLC型分解爐；篦冷機(jī)；節(jié)能降耗；技術(shù)優(yōu)化

1　概況

華潤(rùn)水泥廣州珠江水泥有限公司新型干法水泥生產(chǎn)線于1989年2月投產(chǎn)運(yùn)行，設(shè)計(jì)產(chǎn)量4 000t/d，采用成套引進(jìn)的丹麥?zhǔn)访芩构镜募夹g(shù)與裝備，為當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)技術(shù)及指標(biāo)較先進(jìn)的水泥熟料生產(chǎn)線之一。燒成系統(tǒng)工藝流程見(jiàn)圖1，其中分解爐型式為SLC離線式分解爐，預(yù)熱器系統(tǒng)分為兩個(gè)獨(dú)立的系列，即窯列和爐列，并配置兩臺(tái)獨(dú)立的高溫風(fēng)機(jī)?；剞D(zhuǎn)窯的規(guī)格為?4.75m×75m，窯頭冷卻機(jī)為富樂(lè)第三代篦冷機(jī)。

圖1　燒成系統(tǒng)工藝流程圖

2014年，天津水泥工業(yè)設(shè)計(jì)研究院有限公司（以下簡(jiǎn)稱(chēng)天津院）對(duì)該線進(jìn)行了燒成系統(tǒng)的節(jié)能降耗技術(shù)改造，目標(biāo)是進(jìn)一步穩(wěn)定并提高窯系統(tǒng)產(chǎn)量，降低燒成系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)煤耗和電耗。技術(shù)改造前，由中國(guó)水泥發(fā)展中心進(jìn)行熱工標(biāo)定，天津院技術(shù)研發(fā)中心進(jìn)行診斷分析，改造后進(jìn)行了72h連續(xù)生產(chǎn)考核，性能指標(biāo)均達(dá)到合同要求，性能考核測(cè)試后由南京化工大學(xué)進(jìn)行第三方標(biāo)定驗(yàn)收。

2　技術(shù)改造前生產(chǎn)線存在的主要問(wèn)題

技術(shù)改造前，生產(chǎn)線平均產(chǎn)量為4 800～5 000t/d，噸熟料標(biāo)準(zhǔn)煤耗為112kg左右，燒成工序電耗（不含煤磨）約26.8kWh/t熟料。為了實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗的目的，天津院配合廠方進(jìn)行了熱工標(biāo)定、技術(shù)交流、初步調(diào)試等前期工作，認(rèn)為生產(chǎn)線存在的主要問(wèn)題如下。

（1）預(yù)熱器系統(tǒng)分離效率低，出預(yù)熱器含塵濃度高。

改造前的熱工標(biāo)定顯示窯列C1旋風(fēng)筒出口含塵濃度為104.83g/m3（標(biāo)），爐列C1旋風(fēng)筒出口含塵濃度為139.65g/m3（標(biāo)）。經(jīng)計(jì)算，窯列預(yù)熱器的收塵效率為90.34%，爐列預(yù)熱器的收塵效率為87.85%，預(yù)熱器系統(tǒng)的總分離效率較低、回灰多。據(jù)廠方實(shí)物統(tǒng)計(jì)，正常產(chǎn)量下預(yù)熱器的出口飛灰量約50t/h。預(yù)熱器系統(tǒng)總分離效率通常設(shè)計(jì)為94%以上，出C1旋風(fēng)筒煙氣粉塵濃度低于70g/m3（標(biāo)），該生產(chǎn)線預(yù)熱器系統(tǒng)分離效率低于正常水平。

（2）分解爐內(nèi)煤粉燃燒不充分，燃盡度低。

根據(jù)標(biāo)定測(cè)試，爐列C5旋風(fēng)筒出口的氧含量低于分解爐出口的氧含量，且分解爐出口CO含量平均為0.21%，煤粉在分解爐內(nèi)沒(méi)有充分燃燒，部分煤粉出爐后繼續(xù)燃燒，爐列C5出口溫度高于分解爐出口的溫度，產(chǎn)生了溫度“倒掛”現(xiàn)象。分解爐內(nèi)煤粉燃燒不充分，燒成系統(tǒng)煤耗偏高。

（3）篦冷機(jī)熱回收效率低，三次風(fēng)溫低，出篦冷機(jī)紅料多。

窯頭冷卻機(jī)為富樂(lè)早期第三代篦冷機(jī)，技術(shù)比較落后，投產(chǎn)以來(lái)雖然進(jìn)行過(guò)幾次局部?jī)?yōu)化改造，但整體性能仍然較差。標(biāo)定測(cè)試結(jié)果：冷卻機(jī)的總鼓風(fēng)量為2.03m3（標(biāo)）/kg熟料，在一般篦冷機(jī)的正常用風(fēng)范圍內(nèi)，但出篦冷機(jī)熟料溫度平均為225℃，紅料較多，同時(shí)三次風(fēng)溫較低，僅僅800℃左右。根據(jù)標(biāo)定測(cè)試數(shù)據(jù)計(jì)算，該篦冷機(jī)熱回收效率僅64.9%，遠(yuǎn)低于近年來(lái)廣泛應(yīng)用的第四代篦冷機(jī)的水平（熱回收效率一般在74%左右）。

（4）燒成系統(tǒng)阻力大。

根據(jù)改造前的熱工標(biāo)定，在5 000t/d產(chǎn)量下，窯列預(yù)熱器出口負(fù)壓為-7 319Pa，爐列預(yù)熱器出口負(fù)壓為-7 826Pa，高于一般運(yùn)行指標(biāo)，燒成系統(tǒng)阻力偏大。同時(shí)，測(cè)試了燒成系統(tǒng)各部位的壓力分布，認(rèn)為阻力損失偏大的部位主要是各級(jí)旋風(fēng)筒和三次風(fēng)管。另外，該線回轉(zhuǎn)窯采用了窯頭收縮的結(jié)構(gòu)型式，窯頭段直徑收縮較多，窯頭縮口和窯門(mén)罩的尺寸相應(yīng)偏小，不利于窯內(nèi)通風(fēng)。

表1　生產(chǎn)線改造前后的主要配置及參數(shù)

3　主要技改目標(biāo)

結(jié)合生產(chǎn)線的原、燃料特點(diǎn)以及改造前的生產(chǎn)運(yùn)行狀況，同時(shí)考慮技術(shù)指標(biāo)的先進(jìn)性和可實(shí)現(xiàn)性，本次技改的保證指標(biāo)為：

（1）熟料產(chǎn)量≥5 200t/d；

（2）標(biāo)準(zhǔn)煤耗≤106kg/t熟料；（3）燒成系統(tǒng)電耗≤25kWh/t熟料；

（4）熟料28d強(qiáng)度平均值≥59MPa；

（5）出篦冷機(jī)熟料溫度≤環(huán)境溫度+65℃；

（6）余熱發(fā)電量≥29kWh/t熟料。

4　燒成系統(tǒng)主要技改方案

燒成系統(tǒng)技術(shù)改造方案主要針對(duì)穩(wěn)定窯系統(tǒng)產(chǎn)量，降低熟料標(biāo)準(zhǔn)煤耗和電耗，提高煤質(zhì)適應(yīng)性。結(jié)合技改前問(wèn)題的診斷分析，對(duì)回轉(zhuǎn)窯、分解爐、預(yù)熱器、冷卻機(jī)、三次風(fēng)管等進(jìn)行了技術(shù)優(yōu)化。生產(chǎn)線改造前后的主要配置和參數(shù)見(jiàn)表1。

4.1分解爐

圖2為分解爐改造前后的示意圖。為了促進(jìn)分解爐內(nèi)的煤粉充分燃盡，同時(shí)適應(yīng)燃用劣質(zhì)煤的需求，改造方案主要思路為增大分解爐容積、延長(zhǎng)爐內(nèi)氣體停留時(shí)間和煤粉燃燒時(shí)間，從而提升分解爐內(nèi)煤粉的燃盡度。綜合考慮窯尾塔架內(nèi)分解爐和預(yù)熱器的布置情況，改造方案將分解爐進(jìn)行加高，即向上增加一缽，分解爐容積由560m3提高至1 180m3左右。

4.2預(yù)熱器

根據(jù)改造前的診斷分析結(jié)果，該線預(yù)熱器系統(tǒng)存在的問(wèn)題主要有兩點(diǎn)，即出預(yù)熱器粉塵濃度高和預(yù)熱器系統(tǒng)阻力損失大。為了解決以上問(wèn)題，C1旋風(fēng)筒的改造考慮整體更換為天津院最新結(jié)構(gòu)型式，提高預(yù)熱器系統(tǒng)的分離效率；對(duì)C2～C5旋風(fēng)筒進(jìn)行優(yōu)化降阻改造，在保證分離效率不降低的前提下降低壓損。

（1）C1旋風(fēng)筒柱體及蝸殼整體更換

圖2　SLC分解爐改造前后示意圖

C1旋風(fēng)筒是預(yù)熱器系統(tǒng)中窯尾煙氣經(jīng)過(guò)的最后一級(jí)分離設(shè)備，對(duì)整個(gè)預(yù)熱器系統(tǒng)的分離效率影響最大。提高C1旋風(fēng)筒分離效率，有利于降低出預(yù)熱器煙氣粉塵濃度，減少出預(yù)熱器高溫粉塵帶走的熱量，降低高溫風(fēng)機(jī)的磨損及窯尾收塵器的負(fù)荷。該線預(yù)熱器系統(tǒng)分離效率較低，出預(yù)熱器含塵濃度高，因此將C1旋風(fēng)筒柱體及蝸殼整體更換為天津院最新設(shè)計(jì)型式，以提高分離效率至95%以上，出預(yù)熱器含塵濃度降低至70g/m3（標(biāo)）以下。

（2）C2～C5旋風(fēng)筒局部改造降低壓損

旋風(fēng)筒的壓損主要由三部分組成：進(jìn)口阻力損失、旋渦流場(chǎng)的阻力損失以及出口阻力損失。這三項(xiàng)阻力損失，有些對(duì)粉塵的分離起有效作用，有些則對(duì)粉塵分離不起作用。C2～C5旋風(fēng)筒的改造在保證分離效率不降低的前提下，通過(guò)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化降低旋風(fēng)筒無(wú)效阻力損失。結(jié)合原有旋風(fēng)筒的設(shè)計(jì)特點(diǎn)以及天津院對(duì)旋風(fēng)筒的冷模試驗(yàn)和數(shù)值模擬相關(guān)研究成果，具體改造方案為：加高旋風(fēng)筒蝸殼高度，擴(kuò)大進(jìn)口面積，即增加圖3中黃色區(qū)域，同時(shí)內(nèi)筒適當(dāng)加長(zhǎng)，使旋風(fēng)筒的結(jié)構(gòu)更合理。通過(guò)降低進(jìn)口風(fēng)速來(lái)減少進(jìn)口局部阻力損失，適當(dāng)加長(zhǎng)內(nèi)筒以提高旋風(fēng)筒的分離效率，從而實(shí)現(xiàn)在分離效率不降低的前提下降低旋風(fēng)筒壓損。

4.3回轉(zhuǎn)窯

回轉(zhuǎn)窯規(guī)格為?4.75m×75m，最大轉(zhuǎn)速為3.5r/min，電機(jī)功率為600kW。為促進(jìn)窯內(nèi)通風(fēng)，提高回轉(zhuǎn)窯工況的穩(wěn)定性，回轉(zhuǎn)窯最大轉(zhuǎn)速由3.5r/min提高至4.0r/min，實(shí)現(xiàn)“薄料快燒”的要求。另外，由于原回轉(zhuǎn)窯窯頭縮口設(shè)計(jì)不合理，直徑收縮過(guò)大（見(jiàn)圖4），本次改造取消了回轉(zhuǎn)窯窯頭縮口，窯口直徑由?4 350mm擴(kuò)大至? 4 750mm，以降低窯口風(fēng)速和局部阻力損失。窯頭收縮取消后，可以相應(yīng)地?cái)U(kuò)大窯門(mén)罩尺寸，從而降低窯頭粉塵循環(huán)。

圖3　C2～C5旋風(fēng)筒改造示意圖

圖4　改造前的窯頭縮口示意圖

圖5　SCLW6-CM帶中間輥破的第四代篦冷機(jī)示意圖

4.4篦冷機(jī)

改造前的篦冷機(jī)為IKN早期的第三代篦冷機(jī)，由于設(shè)備老舊，維修維護(hù)困難，熱回收效率低，出篦冷機(jī)熟料溫度高，本次改造直接更換為天津院最新型的第四代帶中間輥式破碎機(jī)的行進(jìn)式篦冷機(jī)（見(jiàn)圖5），將產(chǎn)品升級(jí)換代。由于該線采用高鐵配料，液相量大，熟料易結(jié)大塊，采用中間輥破可以徹底解決出篦冷機(jī)熟料溫度高的問(wèn)題，同時(shí)提高出篦冷機(jī)入AQC鍋爐的風(fēng)溫，提高窯頭余熱發(fā)電量。

4.5三次風(fēng)管

改造前三次風(fēng)管的直徑為2 650mm，管道內(nèi)風(fēng)速偏高，壓損較大。本次改造將三次風(fēng)管整體更換，直徑擴(kuò)大至2 850mm，同時(shí)取消了原有獨(dú)立的三次風(fēng)沉降室，按照新的設(shè)計(jì)理念，將篦冷機(jī)抽風(fēng)口擴(kuò)大為沉降室，起到降低三次風(fēng)含塵量的作用（見(jiàn)圖6）。

圖6　改造后的三次風(fēng)管布置圖

5　改造前后的熱工標(biāo)定數(shù)據(jù)及運(yùn)行指標(biāo)對(duì)比

改造前后主要部位的溫度和壓力測(cè)試結(jié)果對(duì)比見(jiàn)表2，從測(cè)試結(jié)果看：

（1）通過(guò)各級(jí)旋風(fēng)筒、三次風(fēng)管、回轉(zhuǎn)窯縮口等部位的降阻改造，熟料產(chǎn)量從5 000t/d提高到5 400t/d，爐列出預(yù)熱器壓力由-7 826Pa下降至-6 590Pa，窯列出預(yù)熱器壓力由-7 319Pa下降至-5 730Pa。通過(guò)降阻改造措施，在提產(chǎn)的同時(shí)燒成系統(tǒng)的壓損降低了1 400Pa左右。

（2）預(yù)熱器出口溫度改造前后平均值均為310～320℃，預(yù)熱器的整體換熱效率變化不大，可見(jiàn)各級(jí)旋風(fēng)筒的改造在降低壓損的同時(shí)沒(méi)有降低分離效率。

（3）改造前爐列C5旋風(fēng)筒出口溫度比分解爐出口溫度高，即存在“溫度倒掛”現(xiàn)象。改造后“溫度倒掛”現(xiàn)象消失，說(shuō)明分解爐內(nèi)煤粉燃盡度提高。

（4）窯頭冷卻機(jī)更換為第四代帶中間輥式破碎機(jī)的篦冷機(jī)后，熟料溫度明顯下降，由225℃降低至106℃，窯尾三次風(fēng)溫由848℃升高至977℃，冷卻機(jī)的熱回收效率大幅度提高。

改造后生產(chǎn)線進(jìn)行了72h連續(xù)運(yùn)行考核，表3是改造前后主要指標(biāo)和參數(shù)的對(duì)比表。技術(shù)改造后，生產(chǎn)運(yùn)行穩(wěn)定性增強(qiáng)，各項(xiàng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)得到全面提升。

表2　改造前后主要部位溫度和壓力測(cè)試結(jié)果對(duì)比

表3　生產(chǎn)線改造前后主要指標(biāo)及參數(shù)對(duì)比

6　結(jié)語(yǔ)

華潤(rùn)水泥廣州珠江水泥有限公司通過(guò)技術(shù)優(yōu)化實(shí)現(xiàn)了燒成系統(tǒng)主機(jī)設(shè)備的更新?lián)Q代，降低了燒成系統(tǒng)的煤耗和電耗，提高了設(shè)備運(yùn)行可靠性和生產(chǎn)運(yùn)行穩(wěn)定性。此次改造使該公司上世紀(jì)80年代投產(chǎn)的生產(chǎn)線各項(xiàng)指標(biāo)在華潤(rùn)水泥各生產(chǎn)基地處于較好水平，有效地提高了公司的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，為公司的可持續(xù)發(fā)展奠定了基礎(chǔ)，也為水泥企業(yè)的節(jié)能減排提供了新的思路，對(duì)提升華潤(rùn)水泥各基地的技術(shù)水平意義重大。

[1]代申學(xué)，彭學(xué)平.九江南方2×2 500t/d煅燒劣質(zhì)煤技術(shù)改造[J].水泥技術(shù)，2011，（3）：80-83.

[2]陶從喜，董蕊，等.2 500t/d燒成系統(tǒng)的改造[J].水泥技術(shù)，2014，（6）：18-19.

[3]彭學(xué)平，陶從喜.旋風(fēng)預(yù)熱器阻力特性機(jī)理的研究[J].水泥，2008，（6）：13-15.

Optimizationof4 000t/d Clinker Production Line＇s Burning System with SLC Calcinerr

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2016-01-26；編輯：呂光