某12000t/d生產(chǎn)線燒成系統(tǒng)熱工分析

姚艷飛，田俊琪，陳延信(西安建筑科技大學(xué)，陜西 西安 710055)

0 引言

水泥是國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)和人民生活必不可少的基礎(chǔ)性原材料[1]，作為水泥生產(chǎn)大國，中國的水泥產(chǎn)量已連續(xù)二十多年位居世界第一[2]。同時，作為高資源依賴性、高能耗、高污染行業(yè)，水泥生產(chǎn)的節(jié)能減排一直是亟待解決的重大問題之一[3]。水泥工業(yè)節(jié)能、減排的前提在于準(zhǔn)確掌握生產(chǎn)線實際運(yùn)行效果，繼而采取針對性改進(jìn)措施。最傳統(tǒng)，同時也是最可靠的全面了解水泥熟料燒成系統(tǒng)運(yùn)行效果的辦法是開展系統(tǒng)熱工標(biāo)定。

文章利用熱工標(biāo)定辦法[4-5]，對國內(nèi)某12000t/d水泥熟料生產(chǎn)線進(jìn)行熱工標(biāo)定，并結(jié)合所測數(shù)據(jù)，對生產(chǎn)線運(yùn)行效果及存在問題進(jìn)行分析，并提出針對性改進(jìn)建議，具體如下。

1 生產(chǎn)線簡介

該生產(chǎn)線設(shè)計規(guī)模為熟料產(chǎn)能12000t/d，其回轉(zhuǎn)窯規(guī)格為Ф6.2/7.2m×96m，篦冷機(jī)采用IKN第四代篦冷機(jī)。燒成系統(tǒng)采用POLYSIUS雙系列五級旋風(fēng)預(yù)熱器+分解爐，具體參數(shù)如表1所示。預(yù)熱系統(tǒng)采用兩臺相同配置（額定風(fēng)量900000m3/h、額定風(fēng)壓7500Pa）的高溫風(fēng)機(jī)，分別為A列和B列供風(fēng)。

測定期間，生產(chǎn)線所使用原燃料及熟料物料分別見表2，表3。

表1 預(yù)熱分解系統(tǒng)主要參數(shù)

表2 生料及熟料及化學(xué)成分 %

表3 煤粉工業(yè)分析

2 分析范圍

熱工標(biāo)定針對生產(chǎn)線燒成系統(tǒng)進(jìn)行，具體范圍為生料至預(yù)熱器以及旋風(fēng)筒入口至熟料入庫，氣體由篦冷機(jī)冷卻風(fēng)機(jī)等進(jìn)口至窯頭風(fēng)機(jī)、窯尾排風(fēng)機(jī)等風(fēng)機(jī)出口，具體如圖1所示。標(biāo)定期間，燒成系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)，各數(shù)據(jù)均處正常波動范圍，能反映平均工況以及實際情況。

3 主要測定數(shù)據(jù)及分析

標(biāo)定期間生料喂入量為802.8t/h，根據(jù)原燃料、熟料成分、實測預(yù)熱器出口風(fēng)量及粉塵濃度計算熟料料耗為1.569 kg/kg，通過72h累計計算窯產(chǎn)量為12277t/d。標(biāo)定期間，系統(tǒng)主要部位風(fēng)量、風(fēng)溫、煙氣成分、含塵濃度等數(shù)據(jù)分別見表4，5。

圖1 熱工分析范圍示意圖

表4 窯尾系統(tǒng)廢氣成分分析

表5 主要?dú)怏w量及含塵濃度

根據(jù)風(fēng)量及熟料產(chǎn)量，計算得到單位熟料配風(fēng)量（標(biāo)況下）為1.208 m3/kg，低于1.35 m3/kg的平均控制水平。結(jié)合氣體成分，當(dāng)前預(yù)熱系統(tǒng)出口空氣過剩系數(shù)僅為1.028，同時基本無CO氣氛，表明煤粉燃燒效果較好。綜合上述，當(dāng)前系統(tǒng)用風(fēng)控制較好，既避免了煙氣過剩系數(shù)較高造成的熱量損失，又保證了煤粉燃燒所需氧氣的供給。

預(yù)熱系統(tǒng)各級出口溫度如表6所示。根據(jù)表6，預(yù)熱系統(tǒng)出口溫度分別達(dá)到355℃與357℃，高于新型干法水泥生態(tài)產(chǎn)線平均水平[6]。結(jié)合預(yù)熱系統(tǒng)各級溫度，判斷造成預(yù)熱系統(tǒng)出口煙氣溫度較高的原因在于C4單體溫差較小，分別僅為40℃與45℃，與80～100℃的設(shè)計預(yù)期溫差相差較遠(yuǎn)，由此造成C4A/B出口溫度較正常偏高，繼而引發(fā)預(yù)熱系統(tǒng)各級出口溫度均偏高。

表6 預(yù)熱系統(tǒng)各級出口溫度 ℃

表7 燒成系統(tǒng)物料平衡表

造成C4單體溫差較小的原因通常有兩種，一是因物料分散不好或氣流短路等，造成氣固相換熱效果較差，煙氣中熱量無法及時傳遞給物料；二是煤粉燃燒效果較差，部分煤粉顆?；蛎悍鄄煌耆紵a(chǎn)生的CO氣體進(jìn)入C4內(nèi)，繼續(xù)氧化放熱，造成C4進(jìn)出口溫差較小。結(jié)合C5出口氣體成分，其內(nèi)基本無CO氣氛，由此排除煤粉后燃的可能性；繼續(xù)對C4出口及C4錐體氣體成分進(jìn)行測定，發(fā)現(xiàn)C4出口O2含量分別為0.13%/0.37%，但C4錐體O2含量分別達(dá)到0.75%/0.66%，高于入口O2含量，由此判斷有部分富氧氣體經(jīng)C4下料管從分解爐錐部直接進(jìn)入C4，即C4下料管翻板閥處存在“內(nèi)漏風(fēng)”現(xiàn)象，由此造成C4出口溫度高于正常值。

4 生產(chǎn)線主要運(yùn)行指標(biāo)分析

根據(jù)標(biāo)定數(shù)據(jù)，得到燒成系統(tǒng)質(zhì)量及熱量平衡分析分別如表7，8。

根據(jù)測量數(shù)據(jù)及平衡計算，得到系統(tǒng)主要運(yùn)行指標(biāo)如下所示：

（1）系統(tǒng)分離效率。預(yù)熱系統(tǒng)出口煙氣中粉塵濃度分別為65.0g/m3與67.8g/m3，每小時共有41.07t飛灰隨煙氣帶出，計算得到系統(tǒng)分離效率為94.88%，基本達(dá)到95%的設(shè)計指標(biāo)。

表8 燒成系統(tǒng)熱量平衡表

（2）篦冷機(jī)熱回收效率。根據(jù)二三次風(fēng)量及風(fēng)溫，得到二、三次風(fēng)顯熱分別為542.09 kJ/kg與524.44 kJ/kg，篦冷機(jī)出口熟料、去往煤磨/AQC鍋爐熱風(fēng)及余風(fēng)顯熱之和為605.36 kJ/kg，篦冷機(jī)表面散熱損失為1.27 kJ/kg；根據(jù)熱回收效率定義得到篦冷機(jī)實際熱回收效率為63.73%，低于75%的設(shè)備設(shè)計指標(biāo)。

測定期間，冷卻風(fēng)實際用風(fēng)量僅為1.269 m3/kg，遠(yuǎn)低于第四代篦冷機(jī)1.8～2.0m3/kg的建議配風(fēng)量，由此造成熟料冷卻不夠，出篦冷機(jī)熟料溫度高達(dá)193℃，造成篦冷機(jī)熱回收率較低。

（3）熟料燒成熱耗。熟料燒成熱耗為3084.85×4.18 kJ/kg，折合標(biāo)煤105.4kg/kg，略高于當(dāng)前新型干法水泥生產(chǎn)線先進(jìn)水平[7]。對其原因進(jìn)行分析，一是預(yù)熱系統(tǒng)出口煙氣溫度較高，造成煙氣帶走熱較多；二是篦冷機(jī)冷風(fēng)量偏少，造成篦冷機(jī)熱回收效率偏低。

5 總結(jié)及建議

標(biāo)定期間，生產(chǎn)線產(chǎn)量為12 271 t/d，熟料燒成熱耗為3084.85×4.18 kJ/kg，折合標(biāo)煤105.4 kg/kg，系統(tǒng)分離效率達(dá)到94.88%，以上指標(biāo)均屬較優(yōu)水平。生產(chǎn)線同時存在一定優(yōu)化空間，建議采取以下措施，以繼續(xù)降低熟料燒成熱耗。

（1）檢查C4翻板閥，排出內(nèi)漏風(fēng)現(xiàn)象?？商岣逤4單體換熱效果，降低C4出口溫度，繼而降低預(yù)熱系統(tǒng)出口煙氣溫度，減少煙氣顯熱；

（2）擇機(jī)對篦冷機(jī)風(fēng)機(jī)及篦板進(jìn)行檢查，提高單位熟料冷卻風(fēng)量，以提高篦冷機(jī)熱回收效率。