煅燒回轉(zhuǎn)窯與余熱發(fā)電系統(tǒng)生產(chǎn)瓶頸治理

于亞君

（陜西有色榆林新材料集團(tuán)有限責(zé)任公司，陜西 榆林 719000）

1 工程概況

陜西有色榆林新材料集團(tuán)有限責(zé)任公司陽極分公司煅燒車間于2013年投產(chǎn)至今，由三臺Φ3.3×60.05m最大投料20t/h的煅燒回轉(zhuǎn)窯以及附屬設(shè)備和原料庫形成煅燒工序，三臺回轉(zhuǎn)窯對應(yīng)三臺36t/h中溫中壓余熱鍋爐以及三臺石灰石濕法脫硫裝置和兩臺12MW汽輪發(fā)電機(jī)組形成余熱發(fā)電工序。

2 工藝流程

由原料庫經(jīng)破碎的延遲材料輸送到煅前倉，經(jīng)煅前計量設(shè)備送入回轉(zhuǎn)窯內(nèi)煅燒，經(jīng)過預(yù)熱帶、煅燒帶及冷卻帶后將延遲材料中的揮發(fā)份、水份完全排除，提高物料的機(jī)械強(qiáng)度、電阻率、真密度， 高溫煅后焦進(jìn)入冷卻機(jī)經(jīng)直接冷卻水噴淋冷卻后送到煅后倉。

3 生產(chǎn)瓶頸原因分析

3.1 余熱鍋爐堵灰腐蝕泄漏爐窯系統(tǒng)負(fù)壓降低被迫減停產(chǎn)

（1）煅燒車間余熱鍋爐2013年投運以來，由于爐內(nèi)材料粒度偏細(xì)、粉焦量大等實際原因，進(jìn)入余熱鍋爐煙氣中粉塵含量較大；現(xiàn)有余熱鍋爐高、中、低三級省煤器盤管間距設(shè)計較小（75mm）；進(jìn)入余熱鍋爐煙氣中的含水量超過設(shè)計值（設(shè)計含水量10.3%，現(xiàn)達(dá)到20%左右，主要是含有大量水蒸氣的冷卻窯煙氣進(jìn)入余熱鍋爐），煙氣氧含量16%，原設(shè)計值為8.14%；煙氣含塵量1.8g/ Nm3，原設(shè)計值為0.5 g/ Nm3；由于除氧器布置位置距離鍋爐較遠(yuǎn)（約150米），鍋爐給水管道熱損失后，到達(dá)鍋爐給水點時給水溫度約為90℃，原設(shè)計鍋爐給水溫度104℃。以上原因是導(dǎo)致余熱鍋爐中溫和低溫頻繁發(fā)生積灰堵灰的現(xiàn)象，造成回轉(zhuǎn)窯負(fù)壓不足被迫減產(chǎn)運行，為了維持生產(chǎn)被迫20天左右對三臺余熱鍋爐進(jìn)行一次沖洗，加劇鍋爐內(nèi)酸腐程度。

（2）余熱鍋爐入口煙氣溫度設(shè)計數(shù)據(jù)和實際運行數(shù)據(jù)偏差比較大，而原設(shè)計的進(jìn)入余熱鍋爐的煙氣溫度為900-1100℃，而在實際運行的過程中，進(jìn)入鍋爐入口的煙氣溫度為600-750℃左右，遠(yuǎn)低于鍋爐設(shè)計要求的溫度參數(shù)。造成鍋爐入口煙溫過低的主要原因為含有大量水蒸氣的冷卻窯煙氣進(jìn)入沉降室未完全蒸發(fā)分解即進(jìn)入余熱鍋爐系統(tǒng)所致。

（3）酸性腐蝕是造成鍋爐內(nèi)頻繁泄漏的最主要的原因：延遲鍋爐內(nèi)材料在煅燒過程中，鍋爐內(nèi)析出的硫分隨著高溫?zé)煔膺M(jìn)入鍋爐系統(tǒng)，SO2、SO3等硫的氧化物與鍋爐金屬結(jié)構(gòu)接觸形成的酸性腐蝕，由于煙氣中水分和硫分含量較高，在高溫情況下，SO3氣體不會對金屬造成腐蝕，但隨著煙氣中熱量被吸收，煙氣的溫度逐漸降低，當(dāng)進(jìn)入余熱鍋爐高省時，煙氣的溫度已在400℃以下，煙氣中的SO3將與水蒸汽化合產(chǎn)生亞硫酸蒸汽，隨著煙氣的流動，煙氣和省煤器管壁的溫度進(jìn)一步降低，到達(dá)低省出口時已在160℃左右，當(dāng)煙氣溫度降低至硫酸的露點時，硫酸蒸汽就會逐漸凝結(jié)至鍋爐內(nèi)管壁上，產(chǎn)生強(qiáng)烈的低溫硫酸露點腐蝕，進(jìn)而導(dǎo)致鍋爐頻繁泄漏。經(jīng)對余熱鍋爐進(jìn)行對比發(fā)現(xiàn)，低溫、中溫省煤器腐蝕泄漏現(xiàn)象比較嚴(yán)重，高溫省泄漏情況很少。

（4）每臺余熱鍋爐后端配置了1臺45t多管陶瓷除塵器，由于煙氣粉塵含量大，多管陶瓷旋風(fēng)除塵器旋風(fēng)子太小，在旋風(fēng)子內(nèi)形成積灰堵死現(xiàn)象，造成旋風(fēng)除塵器阻力過大，整個回轉(zhuǎn)窯和余熱鍋爐系統(tǒng)負(fù)壓不足，也是導(dǎo)致被迫減產(chǎn)的又一因素。

2.2 回轉(zhuǎn)窯二、三次風(fēng)嘴漏料及下料口平緩導(dǎo)致產(chǎn)量質(zhì)量下降

（1）煅燒車間回轉(zhuǎn)窯2013年投運以來，鋼制二、三次風(fēng)嘴由于長期高溫運行風(fēng)嘴嚴(yán)重?zé)龘p頻繁發(fā)生漏料現(xiàn)象，紅料外漏造成二、三次風(fēng)機(jī)堵料燒損，為了維持正常生產(chǎn)被迫采取從回轉(zhuǎn)窯二、三次風(fēng)嘴外部法蘭處進(jìn)行封堵等臨時措施，最終導(dǎo)致回轉(zhuǎn)窯系統(tǒng)無法正常配風(fēng)，嚴(yán)重影響煅燒工藝控制和煅后焦質(zhì)量穩(wěn)定。如整體更換鋼制風(fēng)嘴一方面采購費用較高2萬元/個，另一方面鋼制風(fēng)嘴使用壽命較短一年左右。

（2）現(xiàn)有回轉(zhuǎn)窯窯尾下料口處內(nèi)襯較為平緩，鍋爐內(nèi)材料從加料管進(jìn)入回轉(zhuǎn)窯后在尾部滯留時間較長，加之回轉(zhuǎn)窯系統(tǒng)負(fù)壓作用，大量粉料隨負(fù)壓吸入到余熱鍋爐系統(tǒng)，造成余熱鍋爐內(nèi)嚴(yán)重積灰減產(chǎn)和煅后焦實收率降低。

4 瓶頸治理方案

4.1 余熱鍋爐省料器、旋風(fēng)除塵器技術(shù)改造

（1）由鍋爐設(shè)計制造方根據(jù)我方提供的煙氣參數(shù)進(jìn)行計算，采取減少高溫、中溫、低溫省料器的盤管數(shù)量的方式，達(dá)到增大省料器盤管間距、提高鍋爐省料器的抗積灰能力，避免在省料器處形成積灰搭橋現(xiàn)象的發(fā)生，改造后的省料器盤管間距為：高溫、中溫省料器盤管數(shù)量由原始設(shè)計的51根減少至43根，高省、中省盤管間距由75mm加大到88mm錯排布置，低溫省料器盤管數(shù)量由原設(shè)計的51根減少至38根，低省盤管由75mm加大到100mm錯排布置。為了避免各級省料器盤管受熱變形產(chǎn)生搭接導(dǎo)致積灰現(xiàn)象，要求每組盤管之間設(shè)置2根耐熱圓鋼以達(dá)到調(diào)勻省料器盤管間距目的，最終達(dá)到提高鍋爐省料器的抗積灰能力，避免在省料器處形成積灰搭橋現(xiàn)象的發(fā)生。原設(shè)計的中溫、高溫省料器為直接串聯(lián)方式，本次改造需在中溫、高溫省料器間增設(shè)一組聯(lián)箱，以便于中溫、高溫省料器進(jìn)行單獨維修。

圖1 新增箱式省料器

（2）考慮到減少三級省料器的盤管數(shù)量后，鍋爐換熱能力的下降而導(dǎo)致的鍋爐排煙溫度的升高、鍋爐后端脫硫系統(tǒng)無法運行情況的發(fā)生，為了保證鍋爐排煙溫度控制在脫硫系統(tǒng)要求的190℃范圍內(nèi)，通過計算，在鍋爐出口至旋風(fēng)除塵器之間的水平煙道處新增一個箱式省料器，將新增加的箱式省料器和前面的低溫省料器進(jìn)行串聯(lián)，新增箱式省料器，確保改造后鍋爐排煙溫度控制在結(jié)露點溫度至180℃范圍內(nèi)，盤管間距100mm，排列方式為順排布置，新增箱式省料器底部設(shè)置集灰斗，并配套防腐、密封性良好的放灰裝置或插板閥，確保放灰操作方便且不漏風(fēng)。

（3）針對現(xiàn)有的多管陶瓷旋風(fēng)除塵器旋風(fēng)子太小，旋風(fēng)子極易積灰堵死實際情況，經(jīng)除塵器廠家根據(jù)我公司實際工況重新設(shè)計，將旋風(fēng)除塵器旋風(fēng)子數(shù)量由原來27個×10排布置改造為10個×7排布置方式，從而增大了單個旋風(fēng)子進(jìn)風(fēng)口、出風(fēng)口的尺寸，避免了旋風(fēng)子進(jìn)、出風(fēng)口的堵塞現(xiàn)象，極大改善了回轉(zhuǎn)窯系統(tǒng)的負(fù)壓。

（4）余熱鍋爐省料器、多管陶瓷旋風(fēng)除塵器技術(shù)改造完成以來，回轉(zhuǎn)窯產(chǎn)能得到了很大釋放，目前三臺回轉(zhuǎn)窯實際產(chǎn)能由改造前的不足12t/h提高到17-18t/h，動力電、天然氣等能源單耗也顯著降低，達(dá)到了無燃料燃燒的目的，極大降低了煅后材料的生產(chǎn)成本。

4.2 回轉(zhuǎn)窯二三次風(fēng)嘴、窯尾下料口技術(shù)改造

（1）針對目前二、三次風(fēng)嘴使用周期較短，不銹鋼風(fēng)嘴更換成本較高實際情況，將現(xiàn)有傳統(tǒng)的鋼制二、三次風(fēng)嘴（外部砌筑澆注料保護(hù)）改造為由高強(qiáng)耐火材料整體砌筑的內(nèi)置式二、三次風(fēng)道，投入運行至今效果良好。

（2）為了進(jìn)一步提高煅后焦實收率，對回轉(zhuǎn)窯窯尾下料端內(nèi)襯傾斜度進(jìn)行改造，即整體刨除3米筒體內(nèi)襯并重新砌筑，內(nèi)襯砌筑厚度為250至450mm，保持為一定斜度（15度左右）以便冶煉材料迅速通過窯尾下料端，從而減少冶煉材料隨系統(tǒng)負(fù)壓抽入沉降室燃燒，達(dá)到了減少物料損失目的。

（3）回轉(zhuǎn)窯二三次風(fēng)嘴改造完成后，僅二、三次不銹鋼風(fēng)嘴采購費用就節(jié)約48萬左右；同時新改造后的內(nèi)置式風(fēng)道由于耐火材料較厚（平均厚度250mm至300mm），回轉(zhuǎn)窯翻轉(zhuǎn)及物料沖刷不易脫落，投入運行至今效果很好。

圖2 改造后的二、三次風(fēng)管

（4）回轉(zhuǎn)窯窯尾下料端內(nèi)襯傾斜度改造完成以來，由于縮短了窯尾物料滯留時間，石油焦粉料損失顯著減少；同時余熱鍋爐省料器積灰明顯減少，余熱鍋爐再未出現(xiàn)過沖洗省料器情況。

5 結(jié)論

經(jīng)過對現(xiàn)場設(shè)備仔細(xì)觀察和分析，制定實施技改方案后的幾年來取得了很好的效果，不僅解決了各項問題帶來的生產(chǎn)瓶頸，也使車間的產(chǎn)量質(zhì)量大幅度的提升起來，避免了因長期被迫減停產(chǎn)或非停檢修的巨額損失，大大提高了車間的整體經(jīng)濟(jì)效益。