高海拔地區(qū)水泥生產(chǎn)線技術(shù)診斷及優(yōu)化

武曉萍，徐俊杰

高海拔地區(qū)水泥生產(chǎn)線技術(shù)診斷及優(yōu)化

武曉萍1，徐俊杰2

本文詳細(xì)闡述了高海拔地區(qū)七條新型干法水泥生產(chǎn)線的運(yùn)行狀況、燒成系統(tǒng)配置及存在的問題，結(jié)合現(xiàn)場檢測及優(yōu)化調(diào)試結(jié)果，針對其瓶頸及不足之處提出了合理的優(yōu)化建議及改造方案，改造后生產(chǎn)線燒成系統(tǒng)達(dá)到了更好的運(yùn)行指標(biāo)。

高海拔；燒成系統(tǒng)；診斷及優(yōu)化

1 前言

隨著西部高原地區(qū)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，高海拔地區(qū)新型干法水泥生產(chǎn)線愈來愈多，其節(jié)能減排任務(wù)也愈來愈重要。我國西部地區(qū)海拔一般都在1 000m以上，隨著海拔的升高，大氣分子密度和大氣壓力隨之呈一定關(guān)系降低，大氣壓力的降低，對新型干法水泥生產(chǎn)線熱工燒成系統(tǒng)、氣體輸送及懸浮系統(tǒng)、壓縮機(jī)及風(fēng)機(jī)的選型、電機(jī)的功率等都將產(chǎn)生很大的影響。本文對高海拔地區(qū)的七條生產(chǎn)線進(jìn)行了現(xiàn)場檢測及優(yōu)化調(diào)試，并針對其不足之處提出了合理的優(yōu)化建議及改造方案，改造后生產(chǎn)線燒成系統(tǒng)達(dá)到了更好的運(yùn)行指標(biāo)。

2 海拔高度對系統(tǒng)的影響

2.1 海拔高度對大氣性能參數(shù)的影響

由于地心引力的作用，地球表面大氣層的分子密度隨海拔高度的變化而變化。高度愈高，空氣密度愈稀，大氣壓力也就愈小。按式（1）和（2）可以計(jì)算不同海拔高度處的大氣壓力和空氣密度，例如，生產(chǎn)線海拔高度為2 260m，大氣壓力為76.951kPa，是海平面的76%；大氣密度1.035kg/m3，是海平面的80%。

式中：

P——當(dāng)?shù)丨h(huán)境大氣壓，Pa

P0——海平面環(huán)境大氣壓，Pa

γ——當(dāng)?shù)丨h(huán)境大氣密度，kg/m3

γ0——海平面大氣密度，kg/m3

H——海拔高度，km

2.2 海拔高度對煤粉燃燒的影響

高海拔地區(qū)空氣稀薄，O2濃度下降，會(huì)影響燃料的著火時(shí)間、燃燒速度及燃燒溫度。對于回轉(zhuǎn)窯窯頭中的煤粉燃燒，除了要有足夠的長度來保證煤粉完成燃燒外，還必須從以下兩方面強(qiáng)化燃燒強(qiáng)度來提高燃燒溫度：一是采用先進(jìn)的大推力燃燒器，使燃燒器噴出的氣流有更大的動(dòng)量；二是采用先進(jìn)的冷卻機(jī)，保證較高的熱效率，以獲得盡可能高的助燃空氣溫度。對于分解爐煤粉燃燒，由于分解爐內(nèi)的燃燒溫度遠(yuǎn)低于窯內(nèi)的燃燒溫度，所以燃燒溫度對煤粉燃燒徹底程度的影響甚至比窯內(nèi)影響還大。為保證在分解爐內(nèi)煤粉完全燃盡，就應(yīng)該保證煤粉在分解爐內(nèi)有比正常海拔地區(qū)更多的燃燒時(shí)間和足夠的燃燒溫度。因此高海拔地區(qū)要盡量選擇分解爐燃燒區(qū)溫度易調(diào)節(jié)、氣體停留時(shí)間稍長的分解爐爐型。

2.3 海拔高度對碳酸鹽分解反應(yīng)的影響

分解爐中碳酸鈣分解反應(yīng)主要受控于化學(xué)反應(yīng)過程，其化學(xué)反應(yīng)是不消耗氧氣的反應(yīng)，因而反應(yīng)速度與大氣壓力的變化基本無關(guān)，所以海拔高度對碳酸鹽分解反應(yīng)的影響不大。在海拔2 000m處，碳酸鹽分解溫度為882℃，比海拔0m處分解溫度降低了17℃，分解熱也略有提高。

表1 高海拔地區(qū)的七條新型干法預(yù)分解窯生產(chǎn)線情況及配置

3 生產(chǎn)線運(yùn)行情況、技術(shù)診斷及優(yōu)化建議

3.1 生產(chǎn)線基本情況及配置

高海拔地區(qū)的七條新型干法預(yù)分解窯生產(chǎn)線概況見表1，表1中分別列出了生產(chǎn)線海拔高度、燒成系統(tǒng)開發(fā)設(shè)計(jì)配置、設(shè)計(jì)產(chǎn)量及運(yùn)行產(chǎn)量情況。從表1可以看出，七條生產(chǎn)線的海拔高度都較高，尤其5號和6號線，海拔達(dá)2 726m，與平原地區(qū)相同規(guī)模及配置的生產(chǎn)線相比，這些生產(chǎn)線大多產(chǎn)量偏低，能耗偏高，熟料質(zhì)量偏差。

3.2 各生產(chǎn)線運(yùn)行情況及問題

現(xiàn)場技術(shù)診斷期間，著重了解各生產(chǎn)線的生產(chǎn)運(yùn)行情況，并和業(yè)主、相關(guān)技術(shù)人員進(jìn)行了充分的技術(shù)交流，業(yè)主反映的各生產(chǎn)線情況及問題匯總見表2。從表2可以看出，雖然各生產(chǎn)線有各自的情況及問題，但也存在共性的問題：生產(chǎn)線都處在高海拔地區(qū)，臺(tái)時(shí)產(chǎn)量偏低，能耗偏高，熟料質(zhì)量差，頭排、尾排、高溫風(fēng)機(jī)三大風(fēng)機(jī)問題，窯頭窯尾燃料燃燒及熟料煅燒問題，第三代及第四代冷卻機(jī)冷卻問題等。針對各個(gè)現(xiàn)場的共性及個(gè)性等問題，我們提出了具體的技術(shù)改進(jìn)措施及改造方案。

3.3 生產(chǎn)線技術(shù)診斷及優(yōu)化建議

3.3.1 生料質(zhì)量及配料

生料質(zhì)量問題主要體現(xiàn)在石灰石原料中夾土含量大、進(jìn)廠石灰石CaO波動(dòng)大、CaCO3標(biāo)準(zhǔn)偏差大、出磨生料CaO合格率低等方面，易導(dǎo)致熟料fCaO波動(dòng)大，熟料3d、28d強(qiáng)度低。生產(chǎn)線應(yīng)從礦山源頭做起，控制進(jìn)廠石灰石CaO成分的穩(wěn)定性，生料控制中可增加對硅質(zhì)原料和水分的控制，并要求全員進(jìn)行質(zhì)量控制，上道工序?yàn)橄碌拦ば蚍?wù)。

針對熟料3d、28d強(qiáng)度低的問題，建議根據(jù)原燃料情況，適當(dāng)提高配料KH和SM值，控制熟料C3S含量≮52%～55%，C3S+C2S≮75%。生料配比提高后，熟料可能會(huì)更難燒，需要進(jìn)一步配套改善燒成系統(tǒng)的煅燒狀況。

3.3.2 窯頭窯尾煤粉燃燒

（1）窯頭火焰溫度是影響燒成系統(tǒng)的產(chǎn)、質(zhì)量的重要因素

高海拔對生產(chǎn)線窯頭噴煤管的使用效果影響較大，會(huì)導(dǎo)致窯頭火焰溫度偏低，燒成帶溫度不高。建議降低入窯煤粉細(xì)度，優(yōu)化調(diào)試窯頭燃燒器，將噴煤管頭部調(diào)到靠料側(cè)的第四象限來加強(qiáng)窯頭火焰溫度。如果不能有效提高窯頭火焰溫度，建議更換大推力、低一次風(fēng)的窯頭噴煤管。同時(shí)，加強(qiáng)篦冷機(jī)維護(hù)，優(yōu)化篦冷機(jī)操作，合理控制窯門罩負(fù)壓，提高二次風(fēng)溫度，合理匹配窯內(nèi)通風(fēng)。

（2）多條生產(chǎn)線的窯尾分解爐出現(xiàn)煤粉不完全燃燒的問題

建議首先優(yōu)化分解爐的操作，必要時(shí)可進(jìn)行技術(shù)改造，進(jìn)一步加大分解爐容積，這對高海拔煅燒劣質(zhì)煤是很重要的。也可對分解爐進(jìn)行入爐的上下分料改造，提高分解爐主燃燒區(qū)的溫度，以利于煤粉燃燒。同時(shí)，提高篦冷機(jī)熱回收率及三次風(fēng)溫度，或者在條件允許的情況下提高煤粉細(xì)度，也能有效改善分解爐內(nèi)煤粉的燃燒情況。

3.3.3 冷卻機(jī)

3.3.3.1 第四代行進(jìn)式穩(wěn)流篦冷機(jī)

造成第四代行進(jìn)式穩(wěn)流篦冷機(jī)二次風(fēng)溫低的原因可能有以下幾點(diǎn)：

表2 各生產(chǎn)線情況及問題匯總表

（1）一室風(fēng)機(jī)開度過大，冷風(fēng)過多。

（2）推動(dòng)速度過快，固定斜坡料薄。

（3）空氣炮開啟過于頻繁，摻入冷風(fēng)多，固定斜坡料層薄。

（4）一室穩(wěn)流閥沒有在正常工作狀態(tài)發(fā)揮作用。

（5）冷卻機(jī)漏風(fēng)點(diǎn)較多。

優(yōu)化操作時(shí)，應(yīng)注意篦冷機(jī)一室風(fēng)壓。一室固定篦床在下料口處，其冷卻效果直接影響熟料的冷卻能力和二、三次風(fēng)溫度，進(jìn)而影響窯頭窯尾煤粉燃燒。如果篦速過高，料層偏薄，應(yīng)適當(dāng)降低篦速，注意篦下壓力和液壓油泵壓力的變化，盡量保持厚料層操作；同時(shí)，應(yīng)加強(qiáng)冷卻機(jī)整體的密封堵漏。另外，風(fēng)機(jī)壓頭和風(fēng)量設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)針對高海拔進(jìn)行修正，保證足夠的風(fēng)機(jī)鼓風(fēng)量。

3.3.3.2 第三代篦冷機(jī)

第三代篦冷機(jī)的問題一般是運(yùn)行料床偏薄，篦下壓力偏低，二、三次風(fēng)溫偏低，篦冷機(jī)熱回收效率不高。建議務(wù)必做好篦冷機(jī)供風(fēng)系統(tǒng)的密封堵漏工作，減少風(fēng)室之間的竄風(fēng)，減少充氣梁的漏風(fēng)，檢修期間應(yīng)清理篦冷機(jī)進(jìn)風(fēng)管積灰。另外，盡量采用厚料層操作，改善窯頭排風(fēng)機(jī)拉風(fēng)，正確使用篦冷機(jī)后三室風(fēng)機(jī)風(fēng)量。若篦冷機(jī)篦床面積較小或篦冷機(jī)設(shè)備較舊，可根據(jù)情況對篦冷機(jī)進(jìn)行必要的改造。

3.3.4 生料、煤粉秤波動(dòng)

個(gè)別生產(chǎn)線生料喂料波動(dòng)大，實(shí)際喂料量與給定產(chǎn)量偏差非常大，建議與設(shè)備廠家聯(lián)系對該設(shè)備重新進(jìn)行調(diào)試，保證生料喂料的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。

窯頭、窯尾喂煤秤波動(dòng)需要引起高度重視，它直接關(guān)系到燒成系統(tǒng)熱工制度的穩(wěn)定性，建議檢查調(diào)整煤粉秤轉(zhuǎn)子間隙，對煤粉倉進(jìn)行一次徹底清理，煤粉倉及下料管助流裝置要求自動(dòng)運(yùn)行（噴吹壓縮空氣必須干燥無油污）。

3.3.5 加強(qiáng)系統(tǒng)的密封堵漏工作

多條生產(chǎn)線從生料輥磨、燒成系統(tǒng)到煤磨系統(tǒng)都存在嚴(yán)重的漏風(fēng)現(xiàn)象。系統(tǒng)漏風(fēng)會(huì)導(dǎo)致窯頭、窯尾廢氣排風(fēng)量和高溫風(fēng)機(jī)的負(fù)荷及系統(tǒng)電耗增加，給整個(gè)燒成系統(tǒng)帶來很大的危害。輥磨漏風(fēng)會(huì)直接增加窯尾排風(fēng)機(jī)的負(fù)荷，降低磨盤風(fēng)速，加大系統(tǒng)外循環(huán)量；窯尾預(yù)熱器系統(tǒng)發(fā)生漏風(fēng)，則影響窯尾預(yù)熱器的換熱效果和系統(tǒng)風(fēng)量，增加系統(tǒng)熱耗和電耗；分解爐、三次風(fēng)管或者窯頭罩發(fā)生漏風(fēng)，則影響回轉(zhuǎn)窯或分解爐對高溫二、三次風(fēng)的有效利用，進(jìn)而嚴(yán)重影響窯爐內(nèi)煤粉的燃燒和燒成系統(tǒng)熱耗。所以，建議業(yè)主對原料粉磨、燒成系統(tǒng)到煤磨系統(tǒng)各處進(jìn)行檢查，采取嚴(yán)格的密封堵漏措施。

3.3.6 優(yōu)化中控操作

對于任何預(yù)分解系統(tǒng)，中控操作員都要了解其原理，優(yōu)化系統(tǒng)操作：

（1）在保證分解爐安全的情況下，盡量提高主燃燒區(qū)溫度，提高煤粉燃盡率，避免窯尾煤粉后燃燒現(xiàn)象。

（2）盡量提高二、三次風(fēng)溫度，合理控制篦冷機(jī)篦速，穩(wěn)定一室風(fēng)壓等。

（3）恢復(fù)窯門罩負(fù)壓，合理使用窯頭排風(fēng)機(jī)，合理加大篦冷機(jī)后三室風(fēng)機(jī)開度，降低熟料溫度。

（4）合理使用三次風(fēng)管閥門開度，保證窯內(nèi)通風(fēng)、窯爐用風(fēng)匹配，建議使用窯尾煙室氣體分析儀。

（5）合理使用系統(tǒng)拉風(fēng)，建議使用窯尾廢氣管道氣體分析儀。

3.3.7 煤粉制備系統(tǒng)

目前，大多生產(chǎn)線的煤粉熱值偏低，燒成系統(tǒng)用煤量偏大，導(dǎo)致煤磨供應(yīng)能力緊張，尾秤能力緊張，煤粉細(xì)度偏粗，水分偏大，這將嚴(yán)重影響燒成系統(tǒng)煤粉的煅燒，特別是在窯頭火焰溫度偏低的情況下，改善煤粉細(xì)度是當(dāng)務(wù)之急。在高海拔地區(qū)，建議使用熱值稍高的煙煤，并合理控制煤粉細(xì)度，這樣既可緩解煤磨的壓力，又可改善燒成系統(tǒng)煤粉的燃燒。如果斷定以后煤質(zhì)不會(huì)有太大的改善，建議對煤磨系統(tǒng)進(jìn)行適當(dāng)技術(shù)改造，提高其系統(tǒng)產(chǎn)量和降低煤粉細(xì)度，以解決煤粉供應(yīng)能力緊張的問題。

3.3.8 三大風(fēng)機(jī)問題

對于高海拔地區(qū)的新型干法水泥生產(chǎn)線，各大風(fēng)機(jī)也往往成為制約生產(chǎn)線產(chǎn)、質(zhì)量及能耗的瓶頸，應(yīng)給予足夠的重視。

表3 高溫風(fēng)機(jī)運(yùn)行情況

表4 頭排風(fēng)機(jī)運(yùn)行情況

表5 尾排風(fēng)機(jī)運(yùn)行情況

（1）高溫風(fēng)機(jī)電流超流

這些高海拔生產(chǎn)線的高溫風(fēng)機(jī)大多運(yùn)行負(fù)荷較大，其中7號生產(chǎn)線表現(xiàn)尤為明顯。7號生產(chǎn)線高溫風(fēng)機(jī)超電流，現(xiàn)場調(diào)研期間運(yùn)行情況見表3?，F(xiàn)場實(shí)測C1筒出口溫度為329℃，負(fù)壓在6 600Pa，理論上，高溫風(fēng)機(jī)的運(yùn)行功率應(yīng)該在1 500～1 600kW左右。按照高溫風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì)選型風(fēng)量風(fēng)壓計(jì)算，該高溫風(fēng)機(jī)電流應(yīng)該能夠滿足目前的要求，但運(yùn)行電流超過額定電流，建議檢查高溫風(fēng)機(jī)本體的傳動(dòng)效率情況以及電氣系統(tǒng)。目前出預(yù)熱器系統(tǒng)阻力較高，應(yīng)盡快采取各種降阻措施（煙室、旋風(fēng)筒本體等），降低系統(tǒng)阻力；減少燒成窯頭、三次風(fēng)管的漏風(fēng)和降低系統(tǒng)熱耗，不僅可以減少系統(tǒng)用煤量和廢氣量，也可以減少高溫風(fēng)機(jī)的運(yùn)行負(fù)荷。

（2）頭排風(fēng)機(jī)

通常頭排風(fēng)機(jī)的富余能力較大，不會(huì)影響系統(tǒng)運(yùn)行，但是3號生產(chǎn)線情況較為特殊。3號生產(chǎn)線頭排風(fēng)機(jī)風(fēng)量為7.4×105m3/h，現(xiàn)場調(diào)研期間運(yùn)行情況見表4。頭排風(fēng)機(jī)閥門已接近全開，導(dǎo)致窯頭篦冷機(jī)后三室風(fēng)機(jī)不能正常開啟，影響燒成系統(tǒng)運(yùn)行和熟料溫度，主要是由入電收塵器風(fēng)管開裂、電收塵器進(jìn)口破損導(dǎo)致大量漏風(fēng)所致。建議盡快修復(fù)入電收塵器風(fēng)管及電收塵器進(jìn)口的破損；同時(shí)，通過對燒成系統(tǒng)進(jìn)行密封堵漏，增加窯爐對篦冷機(jī)二、三次風(fēng)的合理利用，從而減少篦冷機(jī)余風(fēng)的排放。

（3）尾排風(fēng)機(jī)

這些高海拔生產(chǎn)線的尾排風(fēng)機(jī)大多運(yùn)行負(fù)荷較大，其中5號生產(chǎn)線表現(xiàn)更為明顯。5號生產(chǎn)線尾排風(fēng)機(jī)運(yùn)行情況見表5。通過計(jì)算，分析尾排風(fēng)機(jī)及其主電機(jī)參數(shù)，如果風(fēng)機(jī)能力能夠達(dá)到銘牌要求，則尾排風(fēng)機(jī)應(yīng)該能夠滿足系統(tǒng)要求。目前尾排風(fēng)機(jī)存在的問題主要是由于出高溫風(fēng)機(jī)風(fēng)量大以及原料粉磨系統(tǒng)漏風(fēng)大造成的。建議加強(qiáng)原料磨進(jìn)料處、磨輥處、原料磨出風(fēng)管及喂料鎖風(fēng)閥的密封，盡量減少熱耗以及窯尾的漏風(fēng)，減少高溫風(fēng)機(jī)的無效風(fēng)量，并采取措施減少窯尾袋收塵器的阻力。

4 結(jié)語

通過對高海拔地區(qū)的七條生產(chǎn)線進(jìn)行現(xiàn)場技術(shù)交流及檢測診斷，針對其特點(diǎn)及問題，提出了生產(chǎn)線技術(shù)診斷及合理的優(yōu)化建議；同時(shí)，加強(qiáng)對燒成系統(tǒng)的管理、改進(jìn)，也是生產(chǎn)線優(yōu)化的關(guān)鍵。針對現(xiàn)有高海拔地區(qū)生產(chǎn)線出現(xiàn)的技術(shù)問題，采用新技術(shù)新工藝對生產(chǎn)線進(jìn)行必要的技術(shù)改造，可以達(dá)到節(jié)能降耗減排的目的?！?/p>

Technical Diagnosis and Optimization of Cement Production Line in High Altitude Area

WU Xiaoping1,XU Junjie2
(1.Tianjin cement industry design and research institute,Tianjin 300400,China;2.North China municipal engineering design and research institute,Tianjin 300074,China)

In this paper,seven new dry process cement production lines at high altitude are introduced in detail.The operation conditions,configuration and problems of the Pyro system are also discussed.According to the bottleneck and insufficient points of the Pyro system,the optimized proposals and transformation schemes were put forward based on the measuring and commissioning results.After the modification,the production line Pyro system achieved a better operating index.

high altitude area;firing system;diagnosis and optimization

TQ172.622.29

A

1001-6171（2017）01-0085-05

通訊地址：1天津水泥工業(yè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，天津300400；2中國市政工程華北設(shè)計(jì)研究總院有限公司，天津300074；

2016-05-05；編輯：趙星環(huán)