預(yù)熱器系統(tǒng)的節(jié)能降耗改造

姜 兵

（中國(guó)中材國(guó)際工程股份有限公司（南京），南京 211100）

1 東北某水泥企業(yè)燒成系統(tǒng)綜述

東北某水泥企業(yè)于2005年6月建成投產(chǎn)。設(shè)計(jì)規(guī)模為5 000t/d，熟料燒成系統(tǒng)采用了帶TDF分解爐的雙系列5級(jí)旋風(fēng)預(yù)熱器、四通道燃燒器 （窯頭）、φ4.8m×72m回轉(zhuǎn)窯以及第三代空氣梁篦式冷卻機(jī)（篦床面積119.3m2）等。投產(chǎn)10余年來(lái)，熟料產(chǎn)量已能長(zhǎng)期穩(wěn)定在6 000t/d左右，還存在問(wèn)題。（1）系統(tǒng)阻力大，噸熟料工序電耗高。（2）燒成熱耗高。（3）預(yù)熱器煙室結(jié)皮頻繁。（4）三級(jí)料管塌料。（5）窯后易結(jié)圈。

針對(duì)上述問(wèn)題，需對(duì)該生產(chǎn)線燒成系統(tǒng)實(shí)施技術(shù)改造，從而達(dá)到節(jié)能降耗、穩(wěn)定運(yùn)行的目標(biāo)。

2 改造前燒成系統(tǒng)狀況及存在問(wèn)題

燒成系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)、運(yùn)行參數(shù)見(jiàn)表1；主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)見(jiàn)表2。

表1 現(xiàn)有燒成系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)、目前產(chǎn)量下的運(yùn)行參數(shù)

表2 主要經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)

由表1、2數(shù)據(jù)以及業(yè)主反饋的情況來(lái)看，燒成系統(tǒng)存在以下主要問(wèn)題：

（1）C5出口溫度高于分解爐出口溫度，存在溫度倒掛現(xiàn)象；C1出口廢氣CO含量為0.05%～0.3%，分解爐內(nèi)煤粉燃燒不完全。

（2）C1出口廢氣溫度高，達(dá)到360℃～390℃。

（3）預(yù)熱器出口負(fù)壓為6 400Pa ～6 600Pa，系統(tǒng)阻力大；C3、C4、C5旋風(fēng)筒表觀截面風(fēng)速、進(jìn)口風(fēng)速均偏高。

（4）年運(yùn)轉(zhuǎn)率低，造成系統(tǒng)煤耗及電耗增加。

3 改造原則和思路

改造原則是充分利用現(xiàn)有可靠設(shè)備和設(shè)施，對(duì)燒成系統(tǒng)作適當(dāng)改造，以降低單位熟料熱耗和電耗。在實(shí)施過(guò)程中，盡量節(jié)省投資、縮短技改周期。

3.1 從現(xiàn)有的數(shù)據(jù)來(lái)分析，造成系統(tǒng)煤耗高的原因

（1）三次風(fēng)分兩路入爐且兩路分風(fēng)不均，缺少適當(dāng)?shù)男鳎瑢?dǎo)致分解爐內(nèi)流場(chǎng)、濃度場(chǎng)及溫度場(chǎng)不均勻，加上分解爐的爐容偏小，煤粉在分解爐內(nèi)燃燒不充分，出現(xiàn)溫度倒掛現(xiàn)象。

（2）預(yù)熱器熱效率偏低，C1出口廢氣溫度高。

（3）年運(yùn)轉(zhuǎn)率低。

3.2 造成系統(tǒng)阻力大的原因

（1）在產(chǎn)量為6 000t/d情況下，各級(jí)旋風(fēng)筒本體直徑均偏小，表觀截面風(fēng)速及進(jìn)口風(fēng)速均偏大。

（2）三次風(fēng)管和窯尾煙室處阻力偏大。

（3）各級(jí)旋風(fēng)筒溫度均比正常偏高，C1旋風(fēng)筒由于配料中加入了少量煤矸石，溫度比正常偏高更多，導(dǎo)致各級(jí)旋風(fēng)筒工況風(fēng)速增加，系統(tǒng)阻力增大。

（4）年運(yùn)轉(zhuǎn)率低。

3.3 煙室結(jié)皮的原因

（1）煤粉的不完全燃燒導(dǎo)致未燒盡的煤粉被帶至煙室斜坡，造成斜坡處結(jié)皮。

（2）窯內(nèi)通風(fēng)不暢。

（3）窯頭火焰軟弱無(wú)力，頭煤量偏大，加劇窯內(nèi)還原氣氛，導(dǎo)致煙室結(jié)皮的產(chǎn)生。

3.4 C3塌料的原因

（1）由于少量煤矸石參與配料，物料在C3進(jìn)風(fēng)口或撒料箱有發(fā)粘、積料現(xiàn)象。

（2）翻板閥鎖風(fēng)效果不好，旋風(fēng)筒分離效率低，物料內(nèi)循環(huán)增加造成塌料。

3.5 窯后結(jié)圈的原因

（1）煤粉細(xì)度偏粗，再加之分解爐爐容偏小，爐內(nèi)通風(fēng)不足，造成煤粉的不完全燃燒，易致窯后結(jié)圈。

（2）窯內(nèi)通風(fēng)不暢，窯頭燃燒器內(nèi)外風(fēng)比例不合理，火焰細(xì)而長(zhǎng)易造成窯后結(jié)圈現(xiàn)象。

在操作中，可適當(dāng)降低煤粉細(xì)度，確保煤粉充分燃燒；調(diào)整燃燒器控制火焰形狀及火焰長(zhǎng)度來(lái)改善窯后結(jié)圈現(xiàn)象。

針對(duì)上述問(wèn)題，本次改造著重從提高預(yù)熱器熱效率、減小系統(tǒng)阻力、改善分解爐內(nèi)煤粉燃燒、減小C3塌料這幾方面來(lái)考慮。

4 燒成系統(tǒng)改造方案

4.1 分解爐

為盡量減小土建的改造工作量及節(jié)省改造時(shí)間，分解爐采用了多種靈活的布置方法，以保持窯尾結(jié)構(gòu)框架各層平面的主梁及框架的斜撐均不改動(dòng)。在原有分解爐基礎(chǔ)上增加鵝頸管，分解爐出口連接管道設(shè)計(jì)為方形管道，既保證風(fēng)管截面積而又不影響框架主梁。進(jìn)C5筒的風(fēng)管從分解爐出口鵝頸管分兩路至C5旋風(fēng)筒。增加部分的鵝頸管充分利用了原有的窯尾框架內(nèi)部的有效空間，爐體全部布置于框架內(nèi)部，并盡可能增加了分解爐的容積。改造后的分解爐爐容由原有的約880m3增加至1 390m3，氣體在爐內(nèi)的停留時(shí)間由原先的2.3s增加至3.4s，可有效改善煤粉在爐內(nèi)充分燃燒。分解爐改造方案見(jiàn)圖1。

圖1 分解爐改造方案示意圖

4.2 三次風(fēng)管

現(xiàn)有三次風(fēng)管規(guī)格為φ3.1m，有效內(nèi)徑φ2.7m，現(xiàn)三次風(fēng)分兩路對(duì)沖入爐，阻力達(dá)1 000Pa以上，為降低阻力及改善爐內(nèi)燃燒狀況，三次風(fēng)擬改為利用原有三次風(fēng)管（筒體），在分解爐錐部單股旋切入爐方式，且更換高溫閥。改造后，爐體壓力損失小，有利于窯爐兩路風(fēng)的平衡，易于操作控制；氣體在爐內(nèi)停留時(shí)間長(zhǎng)；可保證煤粉在爐內(nèi)能充分燃燒，入窯生料表觀分解率達(dá)95%以上，以利于系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。

三次風(fēng)管改造前后見(jiàn)圖2a、2b。

圖2 三次風(fēng)管改造示意圖

4.3 C5、C3、C1旋風(fēng)筒

（1）C5旋風(fēng)筒。為配合分解爐擴(kuò)容改造，C5旋風(fēng)筒蝸殼部分旋轉(zhuǎn)45.44°，錐部、本體及支座部分不變。改造前后圖紙見(jiàn)圖3a、3b。

圖3 C5旋風(fēng)筒布置圖

（2）C3旋風(fēng)筒入口處加空氣炮或壓縮空氣。

（3）C1旋風(fēng)筒進(jìn)風(fēng)口作局部改造。

4.4 預(yù)熱器料管及撒料裝置

為增強(qiáng)物料和熱氣體的混合效果，用新型擴(kuò)散式撒料箱更換生料入口、C1～C4料管上原有的撒料箱。撒料裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上采用擴(kuò)散式箱體，內(nèi)加凸弧型多孔導(dǎo)料分布板，該種結(jié)構(gòu)既具有防堵功能又可確保物料在氣固換熱管道內(nèi)分散的均勻性，有利于提高系統(tǒng)的換熱效率。調(diào)整C3撒料箱位置并在撒料箱處加空氣炮或壓縮空氣吹掃。

配合撒料箱的改造，為進(jìn)一步強(qiáng)化物料在氣固換熱管道及分解爐內(nèi)的分散效果，擬改造C1～C4料管；由于煙室擴(kuò)大，C5料管作局部改造；更換所有料管翻板閥。

4.5 窯尾密封、窯尾煙室及縮口

原有煙室斜坡處截面小，風(fēng)速大，局部阻力損失大，原有窯尾縮口尺寸為φ3 450mm，在6 000t/d產(chǎn)量的情況下，此處風(fēng)速達(dá)17.6m/s，本次改造擬將窯尾縮口尺寸擴(kuò)大至φ3700 mm，且整體更換煙室及窯尾密封。

原有分解爐錐部縮口處有效凈尺寸2000mm×2 000mm，當(dāng)產(chǎn)量為6 000t/d時(shí)，計(jì)算可得此縮口風(fēng)速約41m/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，該處的膨脹節(jié)一并更換。

改造后，可改善窯內(nèi)通風(fēng)，同時(shí)減少窯內(nèi)物料的外循環(huán)，以利于系統(tǒng)操作，并降低系統(tǒng)阻力。圖4為煙室改造示意圖。

圖4 煙室改造示意圖

4.6 分解爐噴煤管位置調(diào)整

根據(jù)改造后三次風(fēng)管、C4料管的位置，重新調(diào)整分解爐錐部和本體上的4個(gè)噴煤管位置及規(guī)格。

5 改造后燒成系統(tǒng)指標(biāo)、改造工期和投資預(yù)算

（1）C1出口廢氣溫度降低200℃，標(biāo)煤耗降低4kg/t.cl。

（2）同等產(chǎn)量條件下，系統(tǒng)阻力降低500Pa，電耗降低1kWh/t.cl。

（3）改造工期約30d～45d（非標(biāo)件需提前制作完成）。

（4）改造投資預(yù)算780萬(wàn)元。

6 經(jīng)濟(jì)效益分析

實(shí)際改造效果見(jiàn)表3。改造后，標(biāo)煤耗降低4kg /t.cl，電耗降低1kWh/t.cl。

表3 主要經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)

（1）盈利能力。以熟料產(chǎn)量6 0 0 0t/d、年運(yùn)轉(zhuǎn)270d、實(shí)物煤熱值22 990kJ/kg（5 500kcal/kg）來(lái)計(jì)算，每年節(jié)約標(biāo)煤0.648萬(wàn)t，折算成實(shí)物煤每年節(jié)約實(shí)物煤0.784萬(wàn)t。以原煤進(jìn)廠價(jià)每噸600元計(jì)，每年減少原煤成本479萬(wàn)元。

改造后熟料工序電耗下降1kW h/t.cl，可節(jié)電162萬(wàn)kWh/a。電價(jià)按0.6元/kWh來(lái)計(jì)，每年創(chuàng)造節(jié)電效益97.2萬(wàn)元。

年盈利總額為：470+97.2=567萬(wàn)元。

（2）投資回收的周期約不到為1.5年。