狄東仁,孟軍,肖靜
水泥生產(chǎn)過程是典型的高耗能過程,其中電能消耗在產(chǎn)品能耗和生產(chǎn)成本中占比很大,電耗指標(biāo)代表了生產(chǎn)線的綜合技術(shù)水平,燒成系統(tǒng)電耗更是水泥廠標(biāo)志指標(biāo)之一。經(jīng)過對水泥生產(chǎn)線工藝過程及裝備技術(shù)長期的深入研究、精心設(shè)計(jì)和精細(xì)管理,我公司執(zhí)行的項(xiàng)目在技術(shù)指標(biāo)及節(jié)能環(huán)保方面均取得了優(yōu)異成績。在近期執(zhí)行完成的國內(nèi)某大型水泥集團(tuán)EPC總承包項(xiàng)目的性能考核中,燒成系統(tǒng)電耗16.6kW·h/t熟料,熟料綜合電耗37kW·h/t熟料,達(dá)到了國際先進(jìn)水平。本文根據(jù)此項(xiàng)目燒成系統(tǒng)各主要設(shè)備的電耗考核結(jié)果,分析了電耗指標(biāo)的構(gòu)成及燒成系統(tǒng)優(yōu)化改進(jìn)的措施。
本項(xiàng)目生產(chǎn)線規(guī)模為5 000t/d,正常產(chǎn)量下燒成系統(tǒng)電耗平均為16.6kW·h/t熟料,考核范圍包括生料出庫至熟料入庫的整個(gè)熟料燒成過程。主要包括生料入窯計(jì)量與輸送、預(yù)熱預(yù)分解系統(tǒng)、窯尾高溫風(fēng)機(jī)、回轉(zhuǎn)窯、熟料冷卻機(jī)、熟料冷卻廢氣處理、煤粉計(jì)量與輸送等系統(tǒng),不包括窯尾排風(fēng)機(jī)。其中,高溫風(fēng)機(jī)、篦冷機(jī)冷卻風(fēng)機(jī)和窯頭排風(fēng)機(jī)電耗是影響燒成系統(tǒng)電耗的關(guān)鍵,一般占到系統(tǒng)電耗的60%以上,這幾個(gè)主要風(fēng)機(jī)的電耗低,體現(xiàn)出燒成系統(tǒng)電耗指標(biāo)先進(jìn),其他設(shè)備(如窯主機(jī))電耗和低壓設(shè)備電耗變化不大。具體電耗如表1所示。
從表1可以看出,該項(xiàng)目燒成系統(tǒng)電耗優(yōu)于國內(nèi)一般水平,比一般水平電耗少5kW·h/t熟料以上,其中高溫風(fēng)機(jī)的節(jié)電效果最為顯著。
下面對影響燒成系統(tǒng)電耗指標(biāo)的關(guān)鍵設(shè)備——高溫風(fēng)機(jī)、篦冷機(jī)及冷卻風(fēng)機(jī)和窯頭排風(fēng)機(jī)的電耗逐項(xiàng)進(jìn)行分析。
眾所周知,高溫風(fēng)機(jī)電耗是衡量預(yù)熱器系統(tǒng)技術(shù)水平的關(guān)鍵指標(biāo)之一,其運(yùn)行電耗由風(fēng)機(jī)進(jìn)口風(fēng)量、壓力和風(fēng)機(jī)的運(yùn)行效率決定,直接與預(yù)熱器C1出口風(fēng)量、壓力及含塵濃度有關(guān)。本項(xiàng)目采用了工藝先進(jìn)、技術(shù)成熟的窯尾6級預(yù)熱器系統(tǒng),使高溫風(fēng)機(jī)電耗僅為3.7kW·h/t熟料,優(yōu)于國內(nèi)一般水平,比一般水平電耗少2kW·h/t熟料以上,優(yōu)勢明顯。
(1)預(yù)熱器系統(tǒng)降阻效果顯著
經(jīng)過多年深入研究,我公司研制出了先進(jìn)的低渦流6級預(yù)熱器系統(tǒng),取得了低阻高效的顯著效果。6級預(yù)熱器系統(tǒng)出口壓力與傳統(tǒng)5級低阻型預(yù)熱器系統(tǒng)基本相當(dāng)甚至更低,對降低風(fēng)機(jī)電耗起到了決定作用。
(2)預(yù)熱器出口廢氣量低
6級預(yù)熱器系統(tǒng)具有良好的燃燒換熱性能,熱耗低于93kg標(biāo)煤/t熟料,因此,預(yù)熱器出口廢氣量較低。同時(shí),高溫風(fēng)機(jī)按C1出口O2含量<2%控制拉風(fēng),避免拉大風(fēng),嚴(yán)格控制安裝和耐火澆注料施工,減少系統(tǒng)漏風(fēng)和散熱,標(biāo)定C1出口風(fēng)量達(dá)到了1.2~1.25m3(標(biāo))/kg熟料先進(jìn)水平,風(fēng)量較常規(guī)低10%以上,也對降低風(fēng)機(jī)電耗起到了決定作用。
(3)預(yù)熱器分離效率高
標(biāo)定C1出口含塵濃度~38g/m3(標(biāo)),證明預(yù)熱器分離效率高達(dá)95%以上,減少了廢氣中飛灰?guī)ё叩臒崃?,在降低熱耗的同時(shí),提高了高溫風(fēng)機(jī)的全壓運(yùn)行效率。
從高溫風(fēng)機(jī)設(shè)備廠家提供的選型計(jì)算中可以看出,風(fēng)機(jī)全壓效率與含塵量關(guān)系很大,按含塵量60g/m3(標(biāo))修正后的全壓效率相比凈含塵量效率低2.4%~2.7%,見表2。含塵濃度越低,氣體密度也越低,風(fēng)機(jī)運(yùn)行效率隨之提高,有助于降低風(fēng)機(jī)電耗。
(4)高溫風(fēng)機(jī)電耗計(jì)算
本項(xiàng)目與常規(guī)生產(chǎn)線高溫風(fēng)機(jī)計(jì)算電耗對比如表3所示。
本項(xiàng)目高溫風(fēng)機(jī)入口風(fēng)量、風(fēng)壓較常規(guī)生產(chǎn)線明顯降低,廢氣中含塵濃度也較低,因此提高了風(fēng)機(jī)運(yùn)行效率,電耗3.7kW·h/t熟料,節(jié)電效果顯著。
(5)高溫風(fēng)機(jī)選型特點(diǎn)
設(shè)備廠商提供的高溫風(fēng)機(jī)選型參數(shù)見表2。
從表2可以看出,高溫風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì)選型分為窯尾SP鍋爐開和鍋爐關(guān)兩種狀態(tài)。每種狀態(tài)又按工作狀態(tài)和設(shè)計(jì)選型提供了兩組參數(shù),以便風(fēng)機(jī)廠商選型時(shí)在鍋爐開的長期工況點(diǎn)上達(dá)到效率最佳,同時(shí)又能滿足不同工作狀態(tài)的運(yùn)行,并留出一定的富余系數(shù),滿足企業(yè)提產(chǎn)需求。廠商提供的風(fēng)機(jī)選型,實(shí)現(xiàn)了鍋爐開這種長期工況點(diǎn)下全壓效率均達(dá)到85%以上的理想效率水平。按介質(zhì)含塵量60g/m3(標(biāo))修正后全壓效率均>82%,筆者按介質(zhì)含塵量38g/m3(標(biāo))換算,估算全壓效率應(yīng)>83%。采用變頻調(diào)速,能使鍋爐開的兩種狀態(tài)風(fēng)機(jī)效率相差不大,基本達(dá)到了最佳,對照高溫風(fēng)機(jī)的電耗考核結(jié)果和工況參數(shù),可以推測此臺風(fēng)機(jī)的實(shí)際運(yùn)行效率在83%以上,說明風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)、制造均較為先進(jìn)。
表1 燒成系統(tǒng)考核時(shí)主要設(shè)備電耗,kW·h/t熟料
表2 高溫風(fēng)機(jī)選型參數(shù)表
因此,在設(shè)計(jì)過程中,風(fēng)機(jī)的選型參數(shù)應(yīng)包括長期、短期工況運(yùn)行和設(shè)計(jì)選型參數(shù),以便風(fēng)機(jī)廠商了解風(fēng)機(jī)的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài),選擇合適的高效風(fēng)機(jī)。
本項(xiàng)目采用了我公司自主開發(fā)的第四代中置輥破篦冷機(jī),運(yùn)用了新型篦板、篦床分區(qū)供風(fēng)、薄料層、中置輥破前移等一系列先進(jìn)技術(shù)。
篦冷機(jī)電耗主要取決于冷卻風(fēng)機(jī),在單位熟料冷卻風(fēng)量1.9m3(標(biāo))/kg的條件下,只能通過降低供風(fēng)壓力來降低風(fēng)機(jī)電耗。由于第四代篦冷機(jī)實(shí)現(xiàn)了較薄料層操作,料層厚度降低了100mm,使得篦床通風(fēng)阻力降低,風(fēng)室風(fēng)壓降低約10%,電耗降低>10%約0.6kW·h/t熟料,達(dá)到了篦冷機(jī)電耗<5.5kW·h/t熟料的顯著節(jié)能效果。本項(xiàng)目篦冷機(jī)冷卻風(fēng)機(jī)單位熟料裝機(jī)功率為6.9kW/t熟料,一般項(xiàng)目為7.0~9.0kW/t熟料,具體對比見表4。
根據(jù)篦冷機(jī)冷卻風(fēng)機(jī)工作狀態(tài),將需要經(jīng)常調(diào)整的后幾室冷卻風(fēng)機(jī)采用變頻調(diào)速,挖掘節(jié)電潛力;將基本全開、幾乎不需要調(diào)節(jié)的前幾室風(fēng)機(jī)采用固定調(diào)速,減少了變頻器自身~5%的電能損失。
表3 高溫風(fēng)機(jī)計(jì)算電耗對比
表4 篦冷機(jī)冷卻風(fēng)機(jī)裝機(jī)功率及電耗對比
表5 窯頭排風(fēng)機(jī)參數(shù)及電耗計(jì)算對比
表6 風(fēng)機(jī)廠商提供的窯頭排風(fēng)機(jī)選型參數(shù)表
窯頭排風(fēng)機(jī)電耗主要與風(fēng)機(jī)入口風(fēng)量和壓力有關(guān),入口壓力受AQC鍋爐阻力和袋收塵器阻力的影響,本文不討論AQC鍋爐阻力。
窯頭采用了我公司提供的新型低壓脈沖袋收塵器,利用CFD技術(shù)對此袋收塵器及其進(jìn)出口連接風(fēng)管進(jìn)行了氣流分布優(yōu)化,使收塵器及連接管道內(nèi)部風(fēng)速均勻;根據(jù)氣體性質(zhì),選用了合適的覆膜濾料,對袋收塵器換袋結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn),將漏風(fēng)率控制在3%以下。生產(chǎn)線投產(chǎn)后,此袋收塵器運(yùn)行穩(wěn)定,標(biāo)定窯頭排風(fēng)機(jī)進(jìn)口風(fēng)量~1.02m3(標(biāo))/kg熟料,進(jìn)出口壓差~530Pa,實(shí)現(xiàn)了粉塵超低排放。本項(xiàng)目與常規(guī)生產(chǎn)線窯頭排風(fēng)機(jī)參數(shù)及電耗計(jì)算對比見表5。
窯頭排風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì)選型與高溫風(fēng)機(jī)類似,分為窯頭AQC鍋爐開和鍋爐關(guān)兩種狀態(tài),每種狀態(tài)又按工作狀態(tài)和設(shè)計(jì)選型提供了兩組參數(shù),以便風(fēng)機(jī)廠商選型時(shí)在鍋爐開的長期工況點(diǎn)上達(dá)到效率最佳,并留出一定的富余系數(shù),滿足提產(chǎn)需求。廠商提供的風(fēng)機(jī)選型實(shí)現(xiàn)了在鍋爐開的長期工況點(diǎn)下全壓效率86.8%的理想結(jié)果,由于采用變頻調(diào)速,各種狀態(tài)全壓效率均>86%。風(fēng)機(jī)廠商提供的窯頭排風(fēng)機(jī)選型參數(shù)見表6。
對照此臺風(fēng)機(jī)的考核結(jié)果和工況參數(shù),該風(fēng)機(jī)的實(shí)際運(yùn)行效率應(yīng)在86%左右高效運(yùn)行,與設(shè)計(jì)基本一致。此臺風(fēng)機(jī)的效率很高,選型非常理想,較一般風(fēng)機(jī)效率高出~6%。
項(xiàng)目先進(jìn)的電耗指標(biāo)反映出我公司在燒成系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域已經(jīng)達(dá)到了國際先進(jìn)水平。隨著水泥行業(yè)對資源節(jié)約、節(jié)能環(huán)保的要求越來越高,以及市場競爭的加劇,圍繞水泥行業(yè)核心技術(shù)燒成系統(tǒng),在降低能耗、提高熱回收效率和減少排放等方面,仍需持續(xù)深入研究和優(yōu)化改進(jìn);對于影響電耗的關(guān)鍵設(shè)備風(fēng)機(jī)等,還應(yīng)精準(zhǔn)設(shè)計(jì)選型,提高風(fēng)機(jī)效率;喂料、喂煤等輔機(jī)設(shè)備和環(huán)節(jié)均有改進(jìn)和提升的空間,需要精益求精挖掘潛力。只有不斷創(chuàng)新、改進(jìn)技術(shù),才能實(shí)現(xiàn)水泥行業(yè)的綠色可持續(xù)發(fā)展。