水泥窯燃煤熱值貧化原因分析及解決技術措施

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機出口處取熱風。從窯頭取熱風時，由于熱風的溫度較高，所以粉磨效率高，出磨煤粉的水分易控制，但容易發生煤粉燃燒等事故；從窯尾取熱風時，由于煙氣中氧氣含量低、二氧化碳含量高，煤粉制備系統運行相對安全，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。如果進煤磨系統的熱氣體經過了除塵處理，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，說明煤質貧化嚴重，此時生產工藝設備或除塵設施可能出現了問題。

1 存在問題以及原因分析

我公司5 000 t/d熟料生產線煤磨系統置于窯尾，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筒除塵，除塵效率不到70%，所以一部分窯灰會隨著窯尾熱風進入煤磨。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%。根據灰分對煤粉發熱值的經驗公式計算，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，主要表現在三個方面:①直接導致煤粉熱值降低，造成熱值浪費，不利于燒成帶溫度的提高，給生產高質量熟料造成困難；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，會產生大量結皮，造成預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，也降低了熟料的質量[1]。

2 采取的改進技術措施

2.1 提高旋風筒收塵效率

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

圖1 預熱器加裝的微動雙板鎖風閥

2）可將入煤磨熱風管道旋風收塵內筒由原來的3 000 mm加長到3 500 mm，同時在旋風筒下料管原有雙翻板鎖風閥的基礎上增設一臺回轉下料器，以提高其鎖風效果。通過一段時間的運行，對煤的熱值貧化指標進行統計，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

為了徹底解決熱風中的粉塵問題，綜合參考了電改袋收塵器的技術方案經驗，計劃采用高溫袋式收塵器替代原入煤磨熱風管道上的旋風收塵器。經仔細核算，在原旋風收塵器的位置，增大支承面積，重新設計、安裝1臺高溫袋式收塵器。整套收塵系統的設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、回轉卸料器輸送到生料庫中。收塵器的設計風量為100 000 m3/h，正常溫度為225℃。袋式收塵器由原旋風收塵器的建筑框架基礎及新增加的鋼框架支撐，并對原熱風管道進行局部調整而不影響其它工藝管道。收塵器系統采用獨立的PLC控制系統，控制系統包括就地控制柜、PLC控制柜、接線箱等。PLC控制柜對整個系統進行控制，包括遠程信號控制系統。

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

圖2 改造后的耐高溫收塵器

3 改造效果

系統改造后，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，煅燒系統改善顯著，節煤效果明顯，根據2019年至2020年的煤耗統計數據，噸熟料實物煤耗降低3.1 kg，按照全年生產110萬t熟料計算，可節約原煤3 410 t，按1 t原煤600元計算，全年可節約費用204.6萬元。由于回轉窯煅燒溫度的提高，熟料質量得到明顯提升，熟料的3 d強度提高了1.5 MPa，28 d強度提高了2.1 MPa，為降低水泥生產成本創造了條件。

此次改造，不僅取得了一定的經濟效益，而且取得了較好的環境效益。按節約3 410 t煤炭、收到基原煤發熱量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，響應了國家節能減排、綠色發展的號召。