水泥熟料線燒成系統(tǒng)節(jié)能降耗技術(shù)的研究與應(yīng)用

楊曉鋒

摘要：該文針對某5000t/d水泥熟料生產(chǎn)線熱耗和煤耗偏高的問題，通過生產(chǎn)工藝的改進(jìn)、旋風(fēng)筒的結(jié)構(gòu)改造、下料管的重新布置、換熱管道的優(yōu)化設(shè)計、新型耐火材料的使用，生料立磨改為棍壓機(jī)終粉磨系統(tǒng)等技改措施對該生產(chǎn)線進(jìn)行綜合節(jié)能技術(shù)改造。對比技改前后系統(tǒng)煤耗和電耗等關(guān)鍵性技術(shù)指標(biāo)， 分析評價該生產(chǎn)線在技術(shù)改造后的實施效果。各項技術(shù)指標(biāo)均得到改善提升，綜合節(jié)能技改效果顯著。

關(guān)鍵詞：水泥熟料;燒成系統(tǒng);節(jié)能降耗

近幾十年來，水泥工業(yè)經(jīng)歷了多次變革，其生產(chǎn)工藝與設(shè)備不斷改進(jìn)， 并且產(chǎn)量逐年提高。目前，全球水泥產(chǎn)量約為 40 億 t，預(yù)計到 2050 年，全球水泥產(chǎn)量將超過 50 億 t。新型干法水泥生產(chǎn)技術(shù)是一種以預(yù)分解和懸浮預(yù)熱技術(shù)為核心的水泥生產(chǎn)技術(shù)，可以實現(xiàn)系統(tǒng)集成化和生產(chǎn)過程自動 化，且具有高效、環(huán)保、節(jié)能等一系列優(yōu)點。盡管如此，水泥生產(chǎn)能耗仍非常高，占工業(yè)能耗總量的 12%～15%。在我國，水泥行業(yè)的能耗約占全國建材行業(yè)總能耗的 35%。隨著化石燃料日益緊缺，且燃料價格不斷上漲， 降低水泥熟料燒成熱耗已經(jīng)迫在眉睫，這對于水泥行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有 重要的戰(zhàn)略意義。

1運行中存在的問題

結(jié)合生產(chǎn)運行中的實際情況，發(fā)現(xiàn)燒成系統(tǒng)主要存在如下問題：

人窯生料的易燒性較差：正常運行期間投料量為 370 噸 / 小時，當(dāng)均化庫下料波動或者生料率值略有提高就出現(xiàn)游離鈣跑大點、窯頭火焰發(fā)黑的情況，同時伴隨有熟料結(jié)粒細(xì)小，窯前飛砂料增多;投料量不具備提產(chǎn)空間，加料 5 噸 / 小時就會出現(xiàn)窯內(nèi)煅燒吃力，窯況惡化，窯尾漏料進(jìn)而被動大幅減產(chǎn)，無法連續(xù)穩(wěn)定操作。我們按照《水泥生料易燒性試驗標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行生料易燒性試驗，結(jié)果為溫度 1400℃的 e-C_0 是 2.96%、溫度 1450℃的 e-C_0 是 2.01%，確定易燒性屬于較差范圍。

窯尾煤粉存在后燃問題：運行中分解爐中部和出口的溫度波動較 大，在 870℃ -930℃之間，說明爐內(nèi)燃燒不穩(wěn)定，預(yù)熱器 C4 出口溫度達(dá)到 800℃以上，明顯通過多種途徑來調(diào)節(jié)改善易燒性，調(diào)整中發(fā)現(xiàn)硅石的si02 接近 90%，現(xiàn)場物料的結(jié)晶度高，易磨性差，難于粉磨，所磨制的生料中有較粗的硅石粒度，而生料反應(yīng)速率取決于 si02 的粒度和比表面積，在熟料煅燒過程中，生料中 si02 顆粒的結(jié)晶度高，對 Cs 和 C_0 轉(zhuǎn)換率較低.易使熟料中的 e-C_0 值偏高。為核實判斷的準(zhǔn)確性，對硅石配料進(jìn)行調(diào)整，因為當(dāng)?shù)匚锪蠒簺]有替代品，只能降低硅率來抵消高結(jié)晶度硅石對煅燒的影響。結(jié)合原料粉磨及煅燒情況，熟料率值逐步調(diào)整到 HM=2.11、 sM=2.35、IM=1.26，通過提高鋁含量和鐵含量來降低硅率（率值降低0.10）， Al203 由 4.36% 提到 5.20%，F(xiàn)d203 由 4.06% 提到 4.14%，Al203 和 Fd203 含量合計提升 0.92%，熟料液相量由 24.04% 提升到 27.10%，調(diào)整后的生料易燒性明顯改善，回轉(zhuǎn)窯煅燒狀況好轉(zhuǎn)，能夠適應(yīng)窯況波動造成的影響， 窯臺時逐步提升，同時未對熟料強度造成影響

2綜合節(jié)能技改措施

2.1合理選擇水泥熟料生產(chǎn)所用原材料

水泥熟料生產(chǎn)所用原材料主要包括石灰質(zhì)原料和硅鋁質(zhì)原料，這些原材料的組成與特性對熟料理論形成熱有著顯著的影響。研究發(fā)現(xiàn)不同成因品位的石灰石直接與熱耗相關(guān)，低品位石灰石熱耗比高品位石灰石低10%～15%。隨著天然礦石資源日益緊缺，工業(yè)廢渣在水泥熟料生產(chǎn)中的應(yīng) 用越來越普遍。通過物理化學(xué)理論計算，研究了粉煤灰、鋼渣、電石渣等工業(yè)廢渣對水泥熟料形成熱的影響。結(jié)果表明，采用工業(yè)廢渣替代傳統(tǒng)的原材料，可以降低水泥熟料的理論形成熱。在原料中引人適量礦化劑，也 可以促進(jìn)熟料燒結(jié)，降低熟料形成溫度。在經(jīng)濟(jì)成本允許的情況下，優(yōu)先 選用工業(yè)廢渣等作為水泥熟料生產(chǎn)原材料，有利于降低熟料燒成熱耗。

2.2降低預(yù)熱器出口廢氣帶走的熱損失

預(yù)熱器出口廢氣帶走的熱損失主要取決于廢氣量和廢氣溫度。因此， 降低預(yù)熱器出口廢氣帶走的熱損失應(yīng)從降低預(yù)熱器出口廢氣量和廢氣溫度考慮。預(yù)熱器出口廢氣由 3 部分構(gòu)成，即煤燃燒產(chǎn)生的理論煙氣、生料水分蒸發(fā)和碳酸鹽分解產(chǎn)生的水蒸氣和二氧化碳，以及過剩空氣。煤燃燒產(chǎn)生的理論煙氣量、生料水分蒸發(fā)產(chǎn)生的水蒸氣量和碳酸鹽分解產(chǎn)生的二氧化碳量與原燃料本身的性質(zhì)及消耗量有關(guān)，相同規(guī)格和類型生產(chǎn)線之間的差異較小。水泥窯系統(tǒng)漏風(fēng)和系統(tǒng)操作會影響預(yù)熱器出口廢氣中的過?？諝饬俊Ｏ到y(tǒng)漏風(fēng)風(fēng)量占廢氣量的比例較小，但其造成的熱損失卻非常大。水泥回轉(zhuǎn)窯系統(tǒng)漏風(fēng)會增大預(yù)熱器出口的廢氣量，從而增加廢氣帶走的熱損失。系統(tǒng)漏風(fēng)也會擾亂系統(tǒng)的正常運行，增加熟料燒成熱耗。窯頭漏風(fēng)會降低火焰和燒成帶溫度，窯尾漏風(fēng)會影響預(yù)熱器和分解爐內(nèi)物料分解， 這些都會導(dǎo)致熟料燒成熱耗增加。因此，在系統(tǒng)用風(fēng)合理的條件下，要降低預(yù)熱器出口的廢氣量，就需要保證系統(tǒng)具有良好的密封性。預(yù)熱器出口廢氣溫度與各級旋風(fēng)筒換熱效率和分離效率密切相關(guān)。一般而言，氣體與物料之間的換熱效率和分離效率越高，預(yù)熱器出口廢氣溫度越低。物料在氣體中均勻分布，可以增加氣料間的接觸面積，從而提高換熱效率。換熱效率和分離效率很大程度上取決于預(yù)熱器系統(tǒng)本身的性能。采用多級低阻高效旋風(fēng)預(yù)熱系統(tǒng)，能提高氣料之間換熱效率和分離效率，降低預(yù)熱器出口廢氣溫度。

2.3針對窯尾煤粉后燃采取措施

分解爐內(nèi)的尾煤存在不充分燃燒，致使?fàn)t中和出口的溫度波動和倒掛， 造成系統(tǒng)內(nèi)的 C0 濃度超高，主要原因是分解爐內(nèi)的風(fēng)、煤、料匹配不合理， 從人爐煤管位置、爐內(nèi)供風(fēng)不足、煤粉質(zhì)量控制等方面調(diào)整。1）現(xiàn)場工藝布置中的人爐煤管與人爐料管距離過近，生料分解吸熱影響煤粉起燃， 對煤粉穩(wěn)定燃燒有一定影響;人爐煤管位于三次風(fēng)管的上方，沒有布置在下方或者錐體位置，缺少預(yù)燃空間，加劇還原氣氛，造成明顯后燃。按照煤粉燃燒特性，改變?nèi)藸t煤管的位置，與生料人爐位置錯開，留出煤粉的預(yù)燃空間，利于煤粉的充分燃燒。

針對人爐煤管位置采取措施：在檢修期間將人爐煤管下移到分解爐縮口膨脹節(jié)上方，比之前位置降低 3 米，按照風(fēng)速計算可以延長尾煤的預(yù)燃時間 0.2s，同時存在后燃情況?，F(xiàn)場標(biāo)定結(jié)果是分解爐出口 C0 濃度高，在 480ppm-2000ppm 之間波動;原煤立磨是從窯尾高溫風(fēng)機(jī)出口取風(fēng)，煤磨熱風(fēng)的 C0 濃度達(dá)到報警值 800ppm，處于危險運行狀態(tài)。綜合氣體檢測數(shù)據(jù)和溫度顯示來看，分解爐內(nèi)的煤粉燃燒不好，存在嚴(yán)重后燃情況。

2.4減少系統(tǒng)的表面散熱

系統(tǒng)表面散熱主要歸因于回轉(zhuǎn)窯筒體表面散熱和預(yù)分解系統(tǒng)表面散熱，分別占系統(tǒng)表面散熱的 60% 和 25% 左右。通過降低回轉(zhuǎn)窯筒體表面散熱和預(yù)分解系統(tǒng)表面散熱，熟料形成過程中的熱損失。采取的主要措施是根據(jù)回轉(zhuǎn)窯不同帶的特征，合理設(shè)計和使用相應(yīng)的耐火材料，同時預(yù)分 解窯系統(tǒng)表面也應(yīng)該采用合適的隔熱保溫材料，以減少系統(tǒng)的表面散熱。此外，也有科研人員發(fā)現(xiàn)，用短窯替代長窯，可以降低系統(tǒng)表面散熱帶來的熱損失。

結(jié)束語

通過對該項目采用節(jié)煤和節(jié)電的綜合節(jié)能技改措施，生產(chǎn)線的熱耗指標(biāo)和電耗指標(biāo)均得到一定程度的改善，技改效果總結(jié)如下：（1）熱耗指標(biāo)降低：技改后預(yù)熱器出口溫度降低了 20℃左右;燒成系統(tǒng)表面散熱量約降低 10kb_l/t.bl;燒成系統(tǒng)總熱耗較改造前降低了 8% 左右。（2）電耗指標(biāo)降低：技改后生料制備電耗降低了 3kwh/t.bl;熟料綜合電耗降低了 8kwh/t.bl 左右。

參考文獻(xiàn)

[1]龔先政.周麗瑋.李承洋.水泥單位產(chǎn)品能耗限額標(biāo)準(zhǔn)實施效果評價研究[J].中國水泥 .2019（08）：116-121.

[2]陳德敏.陸彪.李智虎.水泥行業(yè)能耗系統(tǒng)分析及診斷[J].廣東化工 .2018.45（11）：161-162.