水泥窯燒成系統節能技術改造

楊飛++漆雅慶++馮超++高富強

摘 要：某水泥廠1#生產線為早期設計的2 500 t/d窯外預分解系統，盡管多年來不斷地進行優化改造，但仍存在C1筒分離效率偏低、爐內煤粉的燃燒狀況不佳、篦冷機熱回收效率低、煤種適應性較差、噴煤管熱力強度不夠等多種問題。針對現有燒成系統已存在的生產瓶頸，企業對窯系統的預分解系統、三次風、窯門罩、篦冷機、燃燒器等進行了節能技術改造，消除上述問題，使設備性能發揮最佳化，達到節能降耗的目的。

關鍵詞：水泥窯 燒成系統 節能改造

中圖分類號：TQ17 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）06（b）-0004-02

1 背景

某水泥廠1#生產線為早期設計的2 500 t/d窯外預分解系統，盡管多年來不斷的進行優化改造，但燒成系統設備能力經常出現生產波動，主要問題表現如下：

（1）C1出口負壓5 800～6 000 Pa，出口溫度330 ℃～340 ℃，C1筒分離效率偏低。

（2）三次風水平加豎直布置，彎頭較多，阻力偏大；三次風管溫降偏大，散熱較多；三次風溫低，影響了爐內煤粉的燃燒。

（3）篦冷機的熱回收效率低（<65%），出冷卻機熟料溫度較高（160 ℃～180 ℃）。

（4）標準煤耗偏高。

（5）對煤的適應性較差，只能使用質量好的煙煤，否則對窯爐系統運行影響很大。

（6）噴煤管熱力強度不夠。

針對現有燒成系統存在的生產瓶頸，企業對窯系統進行技術改造。

2 節能改造措施

節能改造方案主要針對穩定窯產量，降低燒成系統熱耗，加大煤質的適應范圍，提出如下改造目標：

熟料標煤耗：≤107 kg/t.cl；

熟料產量：≥3 300 t/d；

熟料工序電耗：≤29 kW·h/t.cl；

出篦冷機熟料溫度≤130℃；

三次風溫≥950℃，二次風溫≥1 100 ℃；

C1出口含塵濃度：≤55g/N m3；

熟料強度：≥60.5 MPa。

2.1 預分解系統

（1）現有的RSP型分解爐結構上有兩大缺陷：一是預燃室；二是方形混合室。

預燃室有以下缺陷：①只使用三次風，沒有窯尾煙氣加入，風溫較低，不利于煤粉燃燒；②直徑較分解爐小，燃燒空間不充分；③氣流與窯尾煙氣逆流匯合，氣體阻力較大。

方形混合室有以下缺陷：①不利于氣流形成旋轉流場；②混合室高度（15.7 m）小，有效容積（400 m3）小，氣體停留時間（-2 s）短。

技改擬更換新分解爐，三次風、煤粉從分解爐下部進入，C4預熱器下料管入分解爐下部，設2臺分解爐燃燒器。新分解爐（?6.4×32 m）采用在線噴旋圓形結構，按現有分解爐混合室的中心線布置，向上穿過38.520 m平面，與現有鵝頸管連接。新分解爐有效容積900 m3，產量3 300 t/d時，分解爐內風速5.7 m/s，氣體停留時間-4.5 s，比目前增加125%。

為了布置新分解爐，需要對24.020 m和38.520 m平面的相關鋼梁進行加固和調整。

（2）現有的煙室縮口截面積偏大、高度偏大，技改擬重新設計縮口使之與分解爐配套。

（3）現有的撒料箱安裝位置偏高，物料進入風管后的運動距離較短、氣料換熱時間不充足。技改擬換用新型擴散式撒料箱，并盡可能降低撒料箱的位置，使物料分散更均勻，運動距離更長，增加混合換熱時間。現有的下料管鎖風閥使用年限較長，擬更換新鎖風閥，減少系統內漏風，提高旋風筒分離效率。

（4）現有的C1旋風筒收塵效率偏低，擬增加內筒高度以提高收塵效率。

2.2 三次風管

現有的三次風管設計不合理，有多處直角彎頭，增加系統阻力。技改擬從窯門罩取風，直接送至分解爐錐體。

2.3 窯門罩

現有的窯門罩只提供入窯二次風，三次風從篦冷機一段中前部抽取，溫度偏低。為了提高三次風溫，技改擬更換成大窯門罩。

2.4 篦冷機

（1）將固定端篦床重新劃分供風區域，分成中心區供風和周邊區域供風的結構形式，重新制作供風管道。

（2）拆除一段篦床所有篦板梁，一室篦板梁全部更換為充氣梁結構，二、三室固定篦板梁更換為充氣梁結構，活動篦板梁更換為風室供風結構；充氣梁篦板采用合NCFG篦板形式，與篦板梁采用三點螺栓連接方式，風室供風篦板更換為NCAG槽型篦板結構，與篦板梁采用三點螺栓連接方式。側護板采用原有結構不變。NCFG篦板及NCAG篦板優點包括：①具有良好的穿透性，進入料層的冷卻風更均勻，有利于厚料層操作，熱交換充分，冷卻效果好；②篦板縫隙無漏料，不會堵塞充氣梁及供風管道，無需經常清理管道積灰；③連接方式可靠，杜絕掉篦板現象。

（3）將二段篦床前段（四、五風室）固定篦板梁更換為“魚刺”充氣供風結構，充氣篦板采用NCFG篦板形式，與篦板梁采用三點螺栓連接方式，固定梁中間部位篦板及活動梁篦板（風室供風部位）更換為NCAG槽型篦板結構，與篦板采用三點螺栓連接方式。六、七室篦床結構不變。側護板采用原有結構不變。

（4）將一段上殼體按改造后的窯門罩尺寸重新制作安裝，并將余熱發電高溫取風口移至一段尾部（三室上方，重新制作，原有風管拆除），利用原有閥門及膨脹節，取消原有的上部殼體內擋風墻。

（5）將現有Φ100/Φ63-140型號液壓缸更換成Φ110/Φ70-140型號液壓缸，計算得出理論最高運行速度24次/min，實際最高運行速度應不低于20次/min，不影響熟料輸送，將運行壓力控制在15 MPa內，解決因篦冷機運行壓力高而造成的篦冷機跳停問題。更換液壓缸不影響原有控制程序，可利用原有液壓控制柜。

（6）所有風機按改造后的需要重新調整配風，根據需要更換或添加新風機（見表1），原有11臺風機控制柜可利用，本次改造需新增5臺風機控制柜（75 kW風機1臺、55 kW風機3臺、30 kW風機1臺），考慮到窯頭電氣室空間問題，該次改造僅增加3臺控制柜（兩臺55 kW風機控制做在一個柜子里，30 kW和另一臺55 kW風機控制做在一個柜子里，75 kW風機單獨一個柜子）。

2.5 燃燒器

根據目前產量、工藝裝備情況、燃料特點及要達到的技術指標，窯頭確定采用性能更加先進的HP強渦流型多通道燃燒器替換現有燃燒器，分解爐采用兩臺HPC型燃燒器替換現用的燃燒器，詳細內容如下。

窯頭采用HP強渦流型多通道燃燒器替換現用的燃燒器，利用現有移動行走裝置，利用現有柴油助燃供油系統（暫定），將現有窯尾送煤風機所配電機更換為6極異步電動機（75 kW），作為窯頭凈風機，更換現有窯頭送煤風機。

分解爐采用兩臺HPC型燃燒器替換現用的燃燒器，新增2臺窯尾凈風機用于分解爐燃燒器，將現有窯頭送煤風機作為窯尾送煤風機。

3 項目節能效果

項目投資主要包括設計及技術服務費用、施工管理費用、建筑工程費用、安裝工程費用及設備采購費用等，總投資額為人民幣1 683.64萬元。

項目改造前，熟料月平均產量為92 452 t，月消耗原煤14 974.41 t，電力278.92萬kW·h；項目改造后，熟料月平均產量為113 080.5 t，月消耗原煤17 263 t，電力279.07萬kW·h。由于項目改造前、改造后能源消耗均已計量且數據齊全，因此根據《節能項目節能量審核指南》，確定節能量計算方法如下。

項目節能量=（基準單耗-改造后單耗）×基準年產量

=（改造前熟料生產綜合能耗/改造前熟料產量-改造后熟料生產綜合能耗/改造后熟料產量）×（改造前熟料月平均產量×12）

=（0.1257tce/t -0.1190tce/t）×1 109 424 t

=7 335 tce

其中，原煤折標系數采用0.714 3 tce/t、電力折標系數采用3.300 tce/萬kW·h。

4 結語

水泥窯燒成系統節能改造項目可實現年節能量7 335 t標準煤，相當于減少排放18 020 tCO2、121 tSO2、114 tNOX和70 t煙塵，既降低了企業成本，又具有顯著的環境效益。

參考文獻

[1] 國家發展改革委，財政部.節能項目節能量審核指南[Z].2008-03-14.

[2] GB/T 2589-2008，綜合能耗計算通則[S].北京：中國標準出版社，2008.

[3] GB/T 15316-2009，節能監測技術通則[S].北京：中國標準出版社，2009.