窯系統(tǒng)節(jié)能降耗技術(shù)改造

王繼升，獨(dú)傳新，劉清元，武浩

某公司5 000t/d水泥熟料生產(chǎn)線窯系統(tǒng)配備五級(jí)旋風(fēng)預(yù)熱器+噴騰式在線管道分解爐+φ4.8m×74m回轉(zhuǎn)窯，自2008年建成投產(chǎn)以來，窯系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，但存在預(yù)分解系統(tǒng)阻力高、一級(jí)出口溫度高、熟料標(biāo)準(zhǔn)煤耗偏高的問題。根據(jù)生產(chǎn)記錄統(tǒng)計(jì)，在窯系統(tǒng)投料量410t/h時(shí)，預(yù)熱器一級(jí)出口壓力達(dá)到-5 300Pa左右，一級(jí)出口溫度320℃～330℃，高溫風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速給定840～850r/min，標(biāo)煤耗110kg/t熟料以上。為降低預(yù)分解系統(tǒng)阻力、出口溫度，節(jié)約電耗、煤耗，公司利用2019年大修時(shí)間，組織實(shí)施了窯系統(tǒng)的一系列節(jié)能技術(shù)改造。

1 問題原因分析

針對(duì)我公司窯系統(tǒng)存在的阻力高、煤耗高等問題，經(jīng)排查，主要由以下幾方面原因造成：

（1）分解爐鵝頸管處設(shè)計(jì)不合理。鵝頸管底部殼體為半圓形，較平滑，正常生產(chǎn)時(shí)鵝頸管處易積料，造成通風(fēng)面積減小，系統(tǒng)阻力增大。

（2）分解爐出口與五級(jí)旋風(fēng)筒連接處管道角度小。正常生產(chǎn)時(shí)，物料易在分解爐出口與五級(jí)旋風(fēng)筒連接處管道內(nèi)堆積，造成通風(fēng)面積減小，系統(tǒng)阻力增大。

（3）煙室容積小，煙室內(nèi)風(fēng)速過高。五級(jí)下料管內(nèi)物料進(jìn)入煙室后產(chǎn)生二次揚(yáng)塵，增大了進(jìn)入分解爐氣體的粉塵濃度，空氣阻力增大。

（4）一級(jí)預(yù)熱器分離效率低。一級(jí)預(yù)熱器分離效率的高低直接決定了一級(jí)氣體的溫度和粉塵含量，分離效率低使部分熱量被帶走。

（5）煤粉輸送過程中采用的固氣比小。大量的冷風(fēng)進(jìn)入窯內(nèi)，增加了熱耗。

圖1 鵝頸管和分解爐出口與五級(jí)旋風(fēng)筒連接處管道改造前后示意圖

（6）縮口面積過大，造成窯內(nèi)風(fēng)速過快，加之二次風(fēng)溫偏低，造成火焰偏長(zhǎng)，火焰溫度不集中，增加了熱耗。

（7）為確保縮口不發(fā)生塌料現(xiàn)象，被迫降低三次風(fēng)閥門高度以減少三次風(fēng)量，但造成分解爐內(nèi)煤粉燃燒不完全，煤粉的燃盡率下降。

2 技改措施

針對(duì)窯系統(tǒng)阻力高、煤耗高的原因，2019年，大修期間，公司進(jìn)行了以下技術(shù)改造。

（1）分解爐鵝頸管底部殼體由半圓形改為直角形，徹底解決了鵝頸管底部積料問題，保證了鵝頸管處的通風(fēng)面積，降低了因物料積存及通風(fēng)面積減少產(chǎn)生的阻力。

（2）分解爐出口與五級(jí)旋風(fēng)筒連接處管道降低1.7m，同時(shí)，連接管道由兩個(gè)斜坡相連改為一個(gè)斜坡，減少了水平連接段，物料不會(huì)在分解爐出口與五級(jí)旋風(fēng)筒連接管道內(nèi)堆積，增大了分解爐出口與五級(jí)旋風(fēng)筒連接處的通風(fēng)面積，有效減少了通風(fēng)阻力。鵝頸管和分解爐出口與五級(jí)旋風(fēng)筒連接處管道改造前后示意圖見圖1。

（3）增大煙室容積，同時(shí)，下料方式由原來的兩側(cè)下料改為中間單點(diǎn)下料，物料通過中心的下料導(dǎo)料槽直接進(jìn)入窯內(nèi)，不僅避免了風(fēng)速高造成的揚(yáng)塵，而且改變下料方式后物料被吹散產(chǎn)生二次揚(yáng)塵的概率也降低了，有效降低了氣體粉塵濃度大產(chǎn)生的氣體阻力。煙室改造示意圖見圖2。

（4）各級(jí)下料管、撒料箱下移，其中，入一級(jí)旋風(fēng)筒的撒料箱下移1.5m，一、二、三級(jí)下料管及撒料箱下移1m。撒料箱下移延長(zhǎng)了生料在各級(jí)旋風(fēng)筒上升管道內(nèi)的停留時(shí)間，延長(zhǎng)了生料與高溫氣流的換熱時(shí)間，提高了生料預(yù)熱效率。

（5）為提高一級(jí)預(yù)熱器的分離效率，延長(zhǎng)物料在預(yù)熱器內(nèi)的停留時(shí)間，將原來一級(jí)預(yù)熱器內(nèi)的內(nèi)筒長(zhǎng)度由原來的2.45m增加到5.0m。

（6）窯尾煙室縮口由方形2.45m×2.45m改為圓形φ2.45m，相應(yīng)的通風(fēng)面積由原來的6m2減小為4.71m2。縮口通風(fēng)面積減小，不僅增大了縮口風(fēng)速，增大了分解爐內(nèi)煤粉和物料噴騰效應(yīng)及分散效果，提高了煤粉燃盡率，同時(shí)由于縮口面積的減少，避免了部分生料短路直接入窯。

（7）為降低入窯系統(tǒng)的冷風(fēng)量，克服原有風(fēng)機(jī)配置過大的弊端，將原有分解爐及窯頭送煤風(fēng)機(jī)風(fēng)量分別由原來的163m3/h改為84m3/h、84m3/h改為45m3/h，窯頭一次風(fēng)機(jī)也由原來的145m3/h改為88m3/h。通過改造，不僅節(jié)約了電費(fèi)，而且減少了冷風(fēng)的進(jìn)入，降低了煤耗。

（8）為保證熟料冷卻效果，根據(jù)熟料的粒度特征，將原來的固定篦床分為單獨(dú)的六個(gè)冷卻區(qū)，避免了因料層厚度和粒度不同造成的阻力不均、通風(fēng)量不平衡的現(xiàn)象。在不增加固定篦床長(zhǎng)度的情況下，減少篦板尺寸，增加篦板數(shù)量，采用低阻流篦板，降低了壓損，增大了通風(fēng)冷卻面積。將篦冷機(jī)固定篦床的冷卻風(fēng)量由原來的3.8×104m3/h增加到8.0×104m3/h，不僅保證了熟料急冷的效果，而且保證了窯內(nèi)用風(fēng)和氧含量，穩(wěn)定了二次風(fēng)溫，為窯頭煤粉完全燃燒提供了必要條件。篦冷機(jī)固定篦床和充氣梁風(fēng)機(jī)布置示意圖見圖3。

（9）為減少預(yù)熱器內(nèi)漏風(fēng)，采用了高效鎖風(fēng)閥，既穩(wěn)定了下料流量又克服了內(nèi)漏風(fēng)，為系統(tǒng)熱工穩(wěn)定創(chuàng)造了條件。

圖2 煙室改造示意圖

圖3 篦冷機(jī)固定篦床和充氣梁風(fēng)機(jī)布置示意圖

圖4 改造前回轉(zhuǎn)窯中控操作畫面

圖5 改造后回轉(zhuǎn)窯中控操作畫面

3 技改效果

改造前回轉(zhuǎn)窯中控操作畫面見圖4，改造后回轉(zhuǎn)窯中控操作畫面見圖5。通過對(duì)窯系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)能降耗改造，我公司預(yù)熱器一級(jí)出口負(fù)壓、一級(jí)出口溫度、熟料工序電耗、標(biāo)煤耗均有明顯降低。技改后的具體工藝參數(shù)變化和經(jīng)濟(jì)效果如下：

（1）在投料410t/h時(shí)，預(yù)熱器一級(jí)出口負(fù)壓由5 300Pa降低至4 500Pa左右，高溫風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速由840～850r/min降低至800～810r/min。

（2）在投料410t/h時(shí)，預(yù)熱器一級(jí)出口溫度由330℃降低至270℃。

（3）二次風(fēng)溫穩(wěn)定在1 150℃以上。

（4）熟料工序電耗由28.07kW·h/t降低至25.78 kW·h/t，降低2.29kW·h/t。預(yù)計(jì)每年可節(jié)約電費(fèi)：179.8萬噸×2.29kW·h/t×0.63kW·h/元≈259.4萬元。

（5）標(biāo)煤耗由改造前110.99kg/t熟料降低至104.43kg/t熟料，降低6.56kg/t熟料。全年可為公司節(jié)約原煤：1 798 000t×6.56kg/t熟料×7 000kcal÷5 400kcal÷1 000≈15 289.66t。

原煤價(jià)格按照2019年全年平均單價(jià)720元/噸計(jì)算，全年為公司節(jié)約成本：15 289.66t×720元/噸=1 100.86萬元。

綜上所述，窯系統(tǒng)節(jié)能降耗改造后，預(yù)計(jì)全年可節(jié)約成本259.39+1 100.86=1 360.25萬元。

通過對(duì)窯系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)能降耗技術(shù)改造，我公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)大幅提高，經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益顯著提升。