石灰旋窯煤磨系統(tǒng)烘干熱源選擇及合理配置的探討

湯升亮（中國中材國際工程股份有限公司，江蘇 南京 211100)

陳翼(中國中材國際工程股份有限公司，江蘇 南京 211100)

劉志國(中國中材國際工程股份有限公司，江蘇 南京 211100）

我國煤炭資源豐富，無論是水泥還是冶金石灰行業(yè)，目前大多采用煤為燃料[1-2]。由于形成原因不同，煤的品質(zhì)差別很大，為了高效利用及燃煤設(shè)備的需要，煤通常被加工成一定細(xì)度的煤粉。目前常用的磨煤機(jī)有鋼球磨和輥式磨機(jī)（立磨）。鋼球磨對(duì)煤的適用性強(qiáng)，設(shè)備投資小，但系統(tǒng)占地大，噪音高，單位產(chǎn)品電耗高。立磨體積小，單位產(chǎn)品電耗低，設(shè)備投資相對(duì)較高。但不管球磨還是立磨，入磨原煤通常帶有一定的水份，當(dāng)水份含量超過一定值時(shí)，均需以熱風(fēng)作為磨機(jī)的烘干介質(zhì)。熱風(fēng)一般有兩種來源：一是熱風(fēng)爐燃燒產(chǎn)生的熱風(fēng)，二是利用生產(chǎn)系統(tǒng)的熱煙氣（余熱利用）。在選用烘干熱源時(shí)，應(yīng)綜合考慮煤磨系統(tǒng)的安全性及經(jīng)濟(jì)性。本文以某工程燃煤石灰窯系統(tǒng)煤磨車間的設(shè)計(jì)為例探討了其烘干熱源的優(yōu)化配置。

1 設(shè)計(jì)基準(zhǔn)

1.1 燒成系統(tǒng)配置情況

生產(chǎn)線燒成系統(tǒng)主要包括?4×60m回轉(zhuǎn)窯、RS10.4×3.6m豎式預(yù)熱器、4×4×7m豎式冷卻器及燃煤燃燒器。煤粉制備采用風(fēng)掃球磨機(jī)。

1.2 原燃料條件

原燃料條件如下表1-表3所示。

表1 石灰石

表2 煤的工業(yè)分析

表3 煤的元素分析

表4 窯尾煙氣組成

（1）石灰石

（2）燃料

1.3 熱耗、料耗

熱耗取1250kcal/(kg·石灰)，則煤的用量為：1250/(23000/4.182)×(600×1000/24)/1000=5.68t/h

石灰石料耗取1.75kg/(kg·石灰)

2 窯尾煙氣組成分析

窯尾空氣過剩系數(shù)取α=1.25，則窯尾煙氣量及其組成經(jīng)計(jì)算[3]如下所示：

理論煙氣量：VY=2.24Nm3/(kg·lime)

當(dāng)石灰產(chǎn)量為600t/d時(shí)，煙氣量為：600×1000/24×2.24=56000Nm3/h

燒成系統(tǒng)考慮漏風(fēng)20%，則窯尾預(yù)熱器出口煙氣量為67200 Nm3/h，預(yù)熱器出口溫度250℃，其煙氣組成如表4所示。

窯頭一次風(fēng)比例按理論空氣需要量的15%計(jì)，二次風(fēng)取85%。則：

窯頭罩風(fēng)量：VYT=7.478×0.227×600×1000/24×85%=36072 Nm3/h

窯尾尾排風(fēng)機(jī)出口風(fēng)量：為了控制袋收塵進(jìn)口溫度小于200℃，袋收塵入口摻入冷風(fēng)的量為20446Nm3/h?？紤]漏風(fēng)5%，則風(fēng)機(jī)出口風(fēng)量為92000Nm3/h，溫度為150℃。

3 煤粉制備系統(tǒng)

根據(jù)燒成系統(tǒng)煤耗5.68t/h，煤粉制備采用?2.6×7.5風(fēng)掃球磨機(jī)，能力10t/h，煤粉細(xì)度控制80μm篩余3%，功率400kW。兩班制生產(chǎn)。煤粉制備系統(tǒng)包括：堆棚、原煤上料設(shè)備、煤磨設(shè)備、收粉設(shè)備、煤粉儲(chǔ)存于輸送設(shè)備、N2保護(hù)系統(tǒng)等。原煤破碎成塊度小于25mm后經(jīng)斗提送入原煤倉，通過原煤倉下部的給料機(jī)計(jì)量后加入到磨機(jī)中，在粉磨的同時(shí)通入熱風(fēng)進(jìn)行干燥。從磨機(jī)出來的含煤氣體，經(jīng)選粉機(jī)風(fēng)選后，合格煤粉隨氣流進(jìn)袋收塵收集后入倉儲(chǔ)存?zhèn)溆茫址刍啬ピ俅窝心?。袋收塵出口尾氣由排風(fēng)機(jī)排入大氣。磨內(nèi)風(fēng)速控制2m/s，控制入磨熱風(fēng)溫度＜250℃，出磨氣體溫度控制80℃，選粉機(jī)循環(huán)負(fù)荷率200%，出磨煤粉水含量＜1%，選粉機(jī)喂料濃度小于1.5kg/m3。

4 磨機(jī)引熱風(fēng)技術(shù)方案

4.1 熱風(fēng)爐供熱風(fēng)

熱風(fēng)爐取空氣過剩系數(shù)1.25，熱風(fēng)爐出口溫度1000℃，控制入磨熱風(fēng)溫度180℃，則摻入冷風(fēng)后，經(jīng)計(jì)算其氣體組成下表5所示。

由表5可知，摻冷后進(jìn)磨熱風(fēng)O2含量偏高。在影響系統(tǒng)安全的因素中，一個(gè)很重要的因素是輸送煤粉的氣體中氧的成分比例。為提高系統(tǒng)安全性，在設(shè)計(jì)時(shí)，可考慮摻入部分循環(huán)風(fēng)。經(jīng)計(jì)算，當(dāng)磨機(jī)產(chǎn)量10t/h，入磨原煤水份10%時(shí)，熱風(fēng)爐所供熱風(fēng)攜帶的熱量為950Mcal/h，風(fēng)量為2594Nm3/h，冷風(fēng)摻入量為15839Nm3/h。熱風(fēng)攜帶熱量折算為煤的耗量為175kg/h，考慮熱風(fēng)爐的熱效率92%，則煤的耗量為190kg/h。

4.2 窯頭引風(fēng)

熱風(fēng)從窯頭罩引出時(shí)，溫度約為500-650℃，含塵濃度5-20g/Nm3，可經(jīng)沉降室或旋風(fēng)除塵器除塵后入磨或直接入磨。其氣體組成接近大氣，O2約為21%。根據(jù)磨機(jī)產(chǎn)量及對(duì)入磨氣體要求，引熱風(fēng)量及所需摻入冷風(fēng)的量如下表6所示。

實(shí)際上，從系統(tǒng)的角度講，窯頭熱風(fēng)帶出的熱量均需由窯頭燃煤補(bǔ)充。燃煤補(bǔ)充的量應(yīng)為175kg/h。

4.3 窯尾引風(fēng)

預(yù)熱器出口煙氣溫度約為250-300℃，含塵濃度大約20g/Nm3，經(jīng)袋收塵及高溫風(fēng)機(jī)（考慮漏風(fēng)及摻冷）后降為150℃左右。若直接從預(yù)熱器出口引風(fēng)至煤磨，則需克服尾排風(fēng)機(jī)壓頭。若從尾排風(fēng)機(jī)出口引風(fēng)，因風(fēng)溫偏低，當(dāng)煤水份高時(shí)（＞10%），無法滿足烘干要求，需額外補(bǔ)充熱量。若煤粉制備車間設(shè)在遠(yuǎn)離窯尾處，則由于管道輸送距離遠(yuǎn)，窯氣溫度會(huì)有所降低，很可能造成熱量不夠，因此，采用窯尾煙氣作為烘干熱源時(shí)，煤粉制備車間最好靠近窯尾，并對(duì)管道進(jìn)行保溫處理。根據(jù)尾氣組成及其焓值，經(jīng)計(jì)算，磨機(jī)所需尾排熱風(fēng)的量及組成如下表7所示。

表5 熱風(fēng)爐出口煙氣組成

表6 熱風(fēng)及所需摻入冷風(fēng)的量

表7 熱風(fēng)及冷風(fēng)需用量及熱風(fēng)占總熱風(fēng)排氣量的比例

表8 窯頭和窯尾同時(shí)引風(fēng)時(shí)其引風(fēng)量

4.4 窯頭和窯尾同時(shí)引風(fēng)

由上述計(jì)算分析可知，若從尾排風(fēng)機(jī)出口引風(fēng)，風(fēng)溫低時(shí)無法滿足煤磨對(duì)烘干熱源的要求，需補(bǔ)充熱量。采用由窯頭拉風(fēng)補(bǔ)充，則其風(fēng)量及組成如下表8所示。

綜合分析比較可知，采用窯頭和窯尾同時(shí)引風(fēng)方案時(shí)可節(jié)約烘干用煤將近95%，且出于煤磨系統(tǒng)操作安全性考慮（O2的體積含量低），該方案是比較理想的方案。但若煤粉制備車間設(shè)在窯頭附近時(shí)，出預(yù)熱器的煙氣在通過管道輸送的過程中會(huì)有一定的溫降，則從窯頭抽風(fēng)比例會(huì)有一定的上升，且拉風(fēng)分配不合理時(shí)，會(huì)引起生產(chǎn)系統(tǒng)波動(dòng)。

5 結(jié)語

通過對(duì)煤磨系統(tǒng)不同烘干熱源方案的比較及熱平衡計(jì)算，探討了其技術(shù)可行性及經(jīng)濟(jì)性：熱風(fēng)爐方案雖然會(huì)增加一定的建設(shè)投資費(fèi)用及運(yùn)行費(fèi)用，但因其獨(dú)立，不會(huì)對(duì)燒成系統(tǒng)的運(yùn)行產(chǎn)生影響；從預(yù)熱器出口引風(fēng)則需克服尾排風(fēng)機(jī)的壓頭增設(shè)引風(fēng)機(jī)；從尾排風(fēng)機(jī)出口引風(fēng)配以窯頭拉風(fēng)補(bǔ)充熱量可充分利用煙氣余熱，減少系統(tǒng)熱耗，且系統(tǒng)安全性較高，應(yīng)優(yōu)先選擇。當(dāng)然，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)根據(jù)項(xiàng)目原煤情況、現(xiàn)場(chǎng)氣候條件、現(xiàn)場(chǎng)布置要求及操作習(xí)慣做相應(yīng)的方案選擇。

[1]初建民，高士林.冶金石灰生產(chǎn)技術(shù)手冊(cè)[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2009.

[2]熊謨遠(yuǎn).電石生產(chǎn)及其深加工產(chǎn)品[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2009.

[3]林宗虎，徐通模.實(shí)用鍋爐手冊(cè)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2009.