技術丨某公司4000t/d熟料線燒成系統技術改造

前言

某公司新型干法熟料水泥生產線項目于2011年5月動工建設，2012年11月點火試生產。該項目地處青海省格爾木市，海拔為3318m。其燒成系統采用了CD設計的雙系列五級旋風預熱器，ф4.8m×72m回轉窯，第四代篦式冷卻機等設備，燃料采用煙煤。該生產線原設計熟料產量為4000t/d(最大4400t/d)。投產以來燒成系統的生產運行一直不太正常，生產線運轉率低，設備內部構件壽命短，煤耗較高，預熱器出C1溫度偏高，預熱器內部溫度分布不合理等，為此對該生產線進行診斷并實施技術改造，從而達到節能降耗、穩定運行的目標。

該生產線預熱預分解系統采用了雙系列五級預熱器，其規格見表1。燃料采用煙煤，其工業分析結果見表2。原料采用有色金屬灰渣配料。

該生產線燒成系統存在的問題如下：

(1)預熱器系統溫度偏高。C1出口溫度高達390℃左右；C2和C1旋風筒出口風溫只相差約90℃，C5、C4、C3筒的出口溫度溫差都很??；分解爐溫度偏高，達到1000℃左右。

(2)預熱器系統結皮多。結皮主要分布在分解爐，C3、C4、C5的旋風筒，出風管及下料管內。生產過程中，因旋風筒內掉結皮，頻繁造成預熱器堵料。

(3)預熱器耐火材料使用壽命短，內筒掛片、撒料板等壽命縮短。

(4)入窯分解率低，只有85％～92％左右。

(5)高溫風機磨損嚴重。

此生產線設備規格選型相當于平原5000t/d規模生產線的配置，在海拔為3318m的高原，目前實際生產線產能在4000t/d已經達到了較好的水平。主要問題是生產線運轉率偏低，設備內部構件壽命縮短，熱耗偏高，預熱器內部溫度分布不合理。

2.1 設備規格配置

該系統預熱器內部風速稍偏高，導致物料的停留時間偏短。分解爐容積大約為2300m2,氣體停留時間約為5.2s，對于燃用優質煤可以滿足，但難以適應原、燃材料的波動。

2.2 原、燃料的問題

根據該廠提供的相關資料看，該項目采用的煤質量很好，屬于優質煤，給生產提供了良好的條件。項目生料采用了三組份配料，其中石灰石的品質較好，但是采用的頁巖中堿含量偏高，有色金屬礦渣中氯含量偏高。盡管有色金屬礦渣用量很小，但是其有害成分分布不均，導致系統結皮堵塞。另外所采用的有色金屬灰渣不知是經過多少度高溫煅燒的，估計其易磨性很差，生料中0.2mm的篩余物2.0％～2.8％估計多數是灰渣料，該料因經過高溫煅燒，磨蝕性較強。

2.3 結皮原因

根據該廠反映預熱器系統結皮多，結皮主要分布在分解爐，C3～C5旋風筒，出口風管及下料管?？梢钥闯鲞@是典型的氯離子超標導致的結皮。

因為由氯離子超標引起的結皮溫度范圍比較寬泛，可在1100～350℃廣泛的范圍內。從預熱器結皮料的分析(表3)中可以看出硫、堿、氯均超標，尤其是氯含量1.5％超標比例較高。對水泥廠三種原料進行了預配料，原料中的有害成分分布均勻，有害成分顯示不超標。

表3 預熱器結皮全分析（%）

但實際顯示入窯生料檢出的有害成分嚴重超標，且系統結皮及結皮料有害成分嚴重超標，可以判斷原料中的有害成分非常不均勻從而導致系統內有害成分時而超標，時而不超標。但一旦超標會在系統內形成循環富集，形成結皮，腐蝕設備。

2.4 預熱器系統參數

根據水泥廠提供的預熱器溫度分布看，分解爐出口溫度偏高，導致進C5筒溫度偏高，但出C5筒溫度偏低，說明C5筒區域有吸熱反應；C5、C4、C3筒的出口溫度溫差都很小，如果溫度顯示沒有問題，這個溫差小可以說明物料在此并沒有充分換熱，最終導致C3、C2、C1出口溫度偏高；理論計算整個系統預熱器斷面計算風速偏高，按理系統阻力應該高，但從運行數據看，系統阻力并不算高，說明系統存在塌料現象。

2.5 分解率偏低原因

水泥廠提供的分解率只有85％～92％之間，分析可能是C3旋風筒少部分料短路經C5直接入窯，這也同時解釋了C5、C4、C3筒的出口溫度溫差都很小的原因。

2.6 設備的壽命

從水泥廠反饋的設備運行情況看，設備的易損件壽命較短可能有以下幾個原因：

(1)系統內部運行風速較大，容易導致磨損；

(2)系統內部因原料有害成分超標，存在腐蝕現象；

(3)原料中采用的有色金屬灰渣是經過煅燒后的廢渣，易磨性差，磨蝕性強；

(4)系統內部溫度梯度不正常，溫度總體偏高；

(5)系統運轉率低，冷熱交替頻繁。上述因素相互作用，導致設備壽命下降。

在保持原有設備規格及土建框架不變的基礎上，充分利用現有可靠設備和設施，對燒成系統作適當改造，以降低單位熟料熱耗和電耗。

(1)分解爐容積已經基本上能滿足目前生產情況，可以不擴大容積。但是煙室縮口處面積過小，致使風速達到了36m/s左右。故在不改變煙室和分解爐外徑的情況，將縮口處原來的圓口改為方口，并同時更換此處的膨脹節，見圖1。

(2)為解決C2、C3可能有部分物料短路的情況，將C2、C3撒料箱的位置在不動土建框架的基礎上盡量上移，增大到內筒底的距離，以便物料能讓氣流帶至下級旋風筒，充分換熱，防止物料短路。C3撒料箱改造前后的對比示意圖見圖2。

(3)為解決漏風帶來的熱損失，更換C1～C5的翻板閥，更換分解爐上的部分膨脹節。

(4)改三次風進分解爐部分的風管及膨脹節。

(5)為解決原料中有害成分氯離子的危害，增加旁路放風系統。同時生產時，需要嚴格控制原料的來源，防止有害成分的波動性。

改造后該生產線已于2016年5月順利投產，表4為改造前后的預熱預分解系統參數。

表4 改造前后的預熱預分解系統參數

改造后，各級旋風筒出口溫度都趨于正常，顯示物料在各級預熱器中得到較好的換熱；C5旋風筒出口溫度低于分解爐出口溫度，顯示分解爐內煤粉燃燒較為充分；物料換熱充分，煤粉燃燒充分，為窯系統穩產、高產創造了的條件；熟料產量穩定在4100t/d以上，單位熟料標準煤耗降低了9kg/t，燒成電耗降低了6kWh/t，達到了節能降耗、穩定系統操作的目標。

由表4可知，改造前熟料標準煤耗為135kg/t，改造后標煤耗降至126kg/t，節省標煤5kg/t。以年產熟料127萬t計，每年節約標煤0.635萬t，折算成實物煤每年節約實物煤0.654萬t。以原煤進廠價400元/t計，每年節省原煤成本261.6萬元。改造后噸熟料工序電耗下降6kWh/t，以年產熟料127萬t計，每年可節電762萬kWh。電價按0.6元/kWh來計，每年創造節電效益457.2萬元。

該項目高海拔4000t/d預分解系統的成功改造，我們可以看到通過改造有助于水泥企業提高產量、節能降耗、提高經濟效益，同時也為以后其它類似的工程項目的技術升級改造提供了有益的參考。

作者：黃鋒，于歡

來源：《中材國際工程股份有限公司(南京)》

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