高海拔地區(qū)水泥窯節(jié)能降耗的技改實(shí)踐

鄭青宏 余安定

華潤水泥控股有限公司，廣東 深圳 518001

高海拔地區(qū)水泥窯節(jié)能降耗的技改實(shí)踐

鄭青宏 余安定

華潤水泥控股有限公司，廣東 深圳 518001

華潤水泥（鶴慶）有限公司1號(hào)窯改造前噸熟料標(biāo)準(zhǔn)煤耗年平均達(dá)123.03 kg，噸熟料工序電耗高；熟料冷卻效果差；表面散熱高。實(shí)施技改措施后噸熟料標(biāo)準(zhǔn)煤耗降低到112 kg以下，熟料冷卻效果大幅改善，系統(tǒng)表面散熱明顯降低。

高海拔 技改 節(jié)能降耗

0 引言

華潤水泥（鶴慶）有限公司位于云南省大理州鶴慶縣辛屯鎮(zhèn)，地處云貴高原，海拔2 300 m左右，屬高海拔地區(qū)。公司1號(hào)窯2 500 t/d 生產(chǎn)線主機(jī)設(shè)備均采用國產(chǎn)設(shè)備，于2007年3月開工建設(shè)，2008年5月正式點(diǎn)火投產(chǎn)。系統(tǒng)基本配置為CDC分解爐、五級(jí)旋風(fēng)預(yù)熱器、四通道煤粉燃燒器、Φ4.3 m×62 m回轉(zhuǎn)窯以及第三代空氣梁篦式冷卻機(jī)。

近年來，國家對(duì)包括水泥在內(nèi)的高能耗行業(yè)進(jìn)行嚴(yán)格控制，其中《水泥單位產(chǎn)品能源消耗限額GB16780-2012》明確規(guī)定了水泥窯可比熟料綜合煤耗≤112 kg·ce/t。而鶴慶公司1號(hào)窯噸熟料標(biāo)準(zhǔn)煤耗年平均達(dá)123.03 kg/t，導(dǎo)致生產(chǎn)成本居高不下。產(chǎn)品在市場上無價(jià)格優(yōu)勢，企業(yè)生存空間受到擠壓，迫切需要對(duì)1號(hào)窯燒成系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)能降耗改造。

本文就技改過程及效果進(jìn)行總結(jié)分析。

1 原因分析

（1）標(biāo)準(zhǔn)煤耗高，噸熟料工序電耗高。

截止2014年9月，鶴慶公司1號(hào)窯噸熟料標(biāo)準(zhǔn)煤耗年平均為123.03 kg/t，而同規(guī)模低海拔地區(qū)生產(chǎn)線約108 kg/t左右；噸熟料工序電耗年平均為37.15 kWh/t，較同規(guī)模低海拔地區(qū)生產(chǎn)線明顯偏高。

（2）熟料冷卻效果差。

出冷卻機(jī)熟料溫度一直偏高，達(dá)130～200 ℃。一段冷卻效果較差，2012年熱工標(biāo)定測量入窯二次風(fēng)溫度僅為710 ℃，入分解爐三次風(fēng)溫度為703 ℃。

（3）燒成系統(tǒng)壓損大。

預(yù)熱器壓損較大，在現(xiàn)有產(chǎn)量下C1出口負(fù)壓高達(dá)5 500 Pa，分解爐溫度難以穩(wěn)定控制，導(dǎo)致尾煤加減幅度大，生料分解率波動(dòng)大。

技改前典型中控操作畫面見圖1。

（4）系統(tǒng)熱支出分析。

圖1 技改前典型中控操作畫面

預(yù)分解窯熟料生產(chǎn)線的運(yùn)行過程同時(shí)受到眾多因素的影響，而且預(yù)熱器、分解爐、回轉(zhuǎn)窯、冷卻機(jī)各部分之間的熱量、物料、風(fēng)量又相互銜接、相互影響，對(duì)回轉(zhuǎn)窯系統(tǒng)產(chǎn)量、質(zhì)量、熱耗、電耗有著直接的影響。找出問題根本所在，重點(diǎn)是對(duì)各設(shè)備進(jìn)行有針對(duì)性的定量分析，提出具體優(yōu)化或改進(jìn)措施。系統(tǒng)熱支出對(duì)比見表1。

從標(biāo)定數(shù)據(jù)看，鶴慶1號(hào)窯噸熟料燒成熱耗是最高的，但其熟料形成熱所占百分比并不高（1 662 kJ/kgcl），低于大多數(shù)窯平均值；但是與其他生產(chǎn)線相比，其C1廢氣帶走熱與表面散熱所占百分比是最高的。

2 技改方案

2.1 窯尾系統(tǒng)技改方案

2.1.1 預(yù)熱器

針對(duì)預(yù)熱器阻力偏大、C1旋風(fēng)筒出口廢氣帶走熱偏高的問題，核算系統(tǒng)在不同產(chǎn)量與熱耗情況下，預(yù)熱器各級(jí)旋風(fēng)筒進(jìn)出口風(fēng)速核算結(jié)果見表2。

由表2可以看出，當(dāng)系統(tǒng)產(chǎn)量提高到2 800 t/d時(shí)，考慮到高海拔因素，各級(jí)旋風(fēng)筒的出口風(fēng)速屬正常偏高范圍，進(jìn)口風(fēng)速偏大，C1旋風(fēng)筒截面風(fēng)速偏大。

表1 熱工標(biāo)定報(bào)告熱量支出分布百分比

表2 預(yù)熱器各級(jí)旋風(fēng)筒進(jìn)出口風(fēng)速

為降低預(yù)熱器系統(tǒng)阻力，并提高C1旋風(fēng)筒分離效率，以減少C1出口飛灰量，對(duì)預(yù)熱器系統(tǒng)提出如下進(jìn)行技改措施：

（1）C1錐部不動(dòng)，采用高效低阻結(jié)構(gòu)形式，加大C1本體直徑至Φ5.6 m。

（2）根據(jù)現(xiàn)有旋風(fēng)筒的結(jié)構(gòu)，在盡量少改動(dòng)的情況下，加大旋風(fēng)筒的進(jìn)口面積，以減少阻力。最終確定除C5進(jìn)風(fēng)口保持不變外，C2～C4的進(jìn)風(fēng)口均適當(dāng)加大。

（3）此次改造中，C4、C5內(nèi)部的耐火材料整體更換。

改造后的預(yù)熱器各級(jí)旋風(fēng)筒結(jié)構(gòu)參數(shù)、工藝參數(shù)見表3。

2.1.2 分解爐

現(xiàn)有分解爐結(jié)構(gòu)參數(shù)、現(xiàn)有產(chǎn)量下及提產(chǎn)后的工藝參數(shù)如表4所示。

由表4可以看出，當(dāng)系統(tǒng)熟料產(chǎn)量在2 600 t/d和2 800 t/d時(shí)，氣體在現(xiàn)有分解爐的停留時(shí)間均偏短，需對(duì)分解爐進(jìn)行擴(kuò)容改造，以保證煤粉在爐內(nèi)的充分燃燒，提高入窯物料分解率。

表3 改造后的預(yù)熱器各級(jí)旋風(fēng)筒結(jié)構(gòu)參數(shù)、工藝參數(shù)

分解爐的改造充分利用窯尾框架內(nèi)空間，以方管代替圓管，可使分解爐容積得以最大程度地增加。爐體增加部分置于框架內(nèi)，不僅利于土建結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，土建框架改動(dòng)量小，而且比較美觀。分解爐本體至C5進(jìn)口，合理設(shè)置支座及膨脹節(jié)。

表4 現(xiàn)有分解爐的結(jié)構(gòu)參數(shù)及在提產(chǎn)前后的工藝參數(shù)

分解爐改造示意如圖2所示，改造后分解爐結(jié)構(gòu)參數(shù)、工藝參數(shù)見表5。

由表5中的數(shù)據(jù)可以看出，改造后的分解爐爐容增加了30%以上，利于提產(chǎn)、降耗。

2.1.3 煙室

現(xiàn)有分解爐錐部縮口處有效凈尺寸為1 440 mm ×1 440 mm，當(dāng)產(chǎn)量為2 600 t/d時(shí)，計(jì)算可得此縮口風(fēng)速約45 m/s。該風(fēng)速明顯偏大，不僅導(dǎo)致阻力大，而且不利于窯內(nèi)通風(fēng)及系統(tǒng)操作，因此需修改此縮口，將有效面積擴(kuò)大至3.06 m2左右，控制此處風(fēng)速約30～32 m/s。

煙室改造示意如圖3所示。

圖2 分解爐改造示意圖

表5 改造后分解爐結(jié)構(gòu)參數(shù)、工藝參數(shù)

圖3 煙室技改剖面圖

2.1.4 技改后預(yù)熱器系統(tǒng)參數(shù)

技改后窯尾預(yù)熱器系統(tǒng)各點(diǎn)參數(shù)如表6所示。

2.2 窯頭冷卻機(jī)技改方案

鶴慶公司1號(hào)生產(chǎn)線熟料冷卻系統(tǒng)采用第三代充氣梁篦式冷卻機(jī)，篦床有效面積為70.092 m2。運(yùn)行數(shù)據(jù)表明，二、三次風(fēng)溫偏低，出冷卻機(jī)熟料溫度偏高，篦床料層阻力大。為提高冷卻機(jī)換熱效率，降低出冷卻機(jī)熟料溫度，提高二、三次風(fēng)溫，達(dá)到節(jié)能降耗的目的，將原有冷卻機(jī)整體更換為Sinowalk步進(jìn)式篦冷機(jī)。

技改后的Sinowalk步進(jìn)式篦冷機(jī)運(yùn)行效果畫面見圖4。

3 技改效果

2016年4月，鶴慶公司委托第三方對(duì)1號(hào)窯系統(tǒng)進(jìn)行了熱工標(biāo)定，標(biāo)定結(jié)果見表7，技改后燒成系統(tǒng)典型中控畫面見圖5。

表6 改造后預(yù)熱器系統(tǒng)參數(shù)

圖4 技改后的Sinowalk步進(jìn)式篦冷機(jī)運(yùn)行效果

表7 技改后燒成系統(tǒng)運(yùn)行效果

4 結(jié)束語

對(duì)技改后的情況進(jìn)行分析，我們認(rèn)為篦冷機(jī)一段高壓風(fēng)機(jī)選型偏小，電機(jī)溫度高；篦冷機(jī)易長“雪人”。

盡管在技改之前，與設(shè)計(jì)院進(jìn)行了充分的溝通及現(xiàn)場核實(shí)，但還是出現(xiàn)煙室技改圖紙與實(shí)際出現(xiàn)偏差、篦冷機(jī)煤磨取風(fēng)口與現(xiàn)場實(shí)際位置偏差。因此，在項(xiàng)目前期要與設(shè)計(jì)院進(jìn)行充分溝通及現(xiàn)場核實(shí)真實(shí)尺寸，設(shè)計(jì)圖紙出來后，公司相關(guān)技術(shù)人員應(yīng)根據(jù)圖紙到現(xiàn)場進(jìn)一步核實(shí)。

圖5 技改后燒成系統(tǒng)典型中控畫面

通過本次技改，熟料產(chǎn)量提高，燒成系統(tǒng)煤耗大幅下降，電耗也有所下降，篦冷機(jī)熱回收效率及熟料急冷效果提高，改善了熟料易磨性，生產(chǎn)成本明顯下降，總體達(dá)到預(yù)期效果。

2016-10-08）

TQ172.622.26

B

1008-0473(2016)06-0048-05

10.16008/j.cnki.1008-0473.2016.06.010