水泥窑烧成系统节能技术改造

       1 背景

       某水泥厂1#生产线为早期设计的2 500 t/d窑外预分解系统，尽管多年来不断的进行优化改造，但烧成系统设备能力经常出现生产波动，主要问题表现如下：

       （1）C1出口负压5 800～6 000 Pa，出口温度330 ℃～340 ℃，C1筒分离效率偏低。

       （2）三次风水平加竖直布置，弯头较多，阻力偏大；三次风管温降偏大，散热较多；三次风温低，影响了炉内煤粉的燃烧。

       （3）篦冷机的热回收效率低（<65%），出冷却机熟料温度较高（160 ℃～180 ℃）。

       （4）标准煤耗偏高。

       （5）对煤的适应性较差，只能使用质量好的烟煤，否则对窑炉系统运行影响很大。

       （6）喷煤管热力强度不够。

       针对现有烧成系统存在的生产瓶颈，企业对窑系统进行技术改造。

       2 节能改造措施

       节能改造方案主要针对稳定窑产量，降低烧成系统热耗，加大煤质的适应范围，提出如下改造目标：

       熟料标煤耗：≤107 kg/t.cl；

       熟料产量：≥3 300 t/d；

       熟料工序电耗：≤29 kW·h/t.cl；

       出篦冷机熟料温度≤130℃；

       三次风温≥950℃，二次风温≥1 100 ℃；

       C1出口含尘浓度：≤55g/N m3；

       熟料强度：≥60.5 MPa。

       2.1 预分解系统

       （1）现有的RSP型分解炉结构上有两大缺陷：一是预燃室；二是方形混合室。

       预燃室有以下缺陷：①只使用三次风，没有窑尾烟气加入，风温较低，不利于煤粉燃烧；②直径较分解炉小，燃烧空间不充分；③气流与窑尾烟气逆流汇合，气体阻力较大。

       方形混合室有以下缺陷：①不利于气流形成旋转流场；②混合室高度（15.7 m）小，有效容积（400 m3）小，气体停留时间（-2 s）短。

       技改拟更换新分解炉，三次风、煤粉从分解炉下部进入，C4预热器下料管入分解炉下部，设2台分解炉燃烧器。新分解炉（?6.4×32 m）采用在线喷旋圆形结构，按现有分解炉混合室的中心线布置，向上穿过38.520 m平面，與现有鹅颈管连接。新分解炉有效容积900 m3，产量3 300 t/d时，分解炉内风速5.7 m/s，气体停留时间-4.5 s，比目前增加125%。

       为了布置新分解炉，需要对24.020 m和38.520 m平面的相关钢梁进行加固和调整。

       （2）现有的烟室缩口截面积偏大、高度偏大，技改拟重新设计缩口使之与分解炉配套。

       （3）现有的撒料箱安装位置偏高，物料进入风管后的运动距离较短、气料换热时间不充足。技改拟换用新型扩散式撒料箱，并尽可能降低撒料箱的位置，使物料分散更均匀，运动距离更长，增加混合换热时间。现有的下料管锁风阀使用年限较长，拟更换新锁风阀，减少系统内漏风，提高旋风筒分离效率。

       （4）现有的C1旋风筒收尘效率偏低，拟增加内筒高度以提高收尘效率。

       2.2 三次风管

       现有的三次风管设计不合理，有多处直角弯头，增加系统阻力。技改拟从窑门罩取风，直接送至分解炉锥体。

       2.3 窑门罩

       现有的窑门罩只提供入窑二次风，三次风从篦冷机一段中前部抽取，温度偏低。为了提高三次风温，技改拟更换成大窑门罩。

       2.4 篦冷机

       （1）将固定端篦床重新划分供风区域，分成中心区供风和周边区域供风的结构形式，重新制作供风管道。

       （2）拆除一段篦床所有篦板梁，一室篦板梁全部更换为充气梁结构，二、三室固定篦板梁更换为充气梁结构，活动篦板梁更换为风室供风结构；充气梁篦板采用合NCFG篦板形式，与篦板梁采用三点螺栓连接方式，风室供风篦板更换为NCAG槽型篦板结构，与篦板梁采用三点螺栓连接方式。侧护板采用原有结构不变。NCFG篦板及NCAG篦板优点包括：①具有良好的穿透性，进入料层的冷却风更均匀，有利于厚料层操作，热交换充分，冷却效果好；②篦板缝隙无漏料，不会堵塞充气梁及供风管道，无需经常清理管道积灰；③连接方式可靠，杜绝掉篦板现象。

       （3）将二段篦床前段（四、五风室）固定篦板梁更换为“鱼刺”充气供风结构，充气篦板采用NCFG篦板形式，与篦板梁采用三点螺栓连接方式，固定梁中间部位篦板及活动梁篦板（风室供风部位）更换为NCAG槽型篦板结构，与篦板采用三点螺栓连接方式。六、七室篦床结构不变。侧护板采用原有结构不变。

       （4）将一段上壳体按改造后的窑门罩尺寸重新制作安装，并将余热发电高温取风口移至一段尾部（三室上方，重新制作，原有风管拆除），利用原有阀门及膨胀节，取消原有的上部壳体内挡风墙。

       （5）将现有Φ100/Φ63-140型号液压缸更换成Φ110/Φ70-140型号液压缸，计算得出理论最高运行速度24次/min，实际最高运行速度应不低于20次/min，不影响熟料输送，将运行压力控制在15 MPa内，解决因篦冷机运行压力高而造成的篦冷机跳停问题。更换液压缸不影响原有控制程序，可利用原有液压控制柜。

       （6）所有风机按改造后的需要重新调整配风，根据需要更换或添加新风机，原有11台风机控制柜可利用，本次改造需新增5台风机控制柜（75 kW风机1台、55 kW风机3台、30 kW风机1台），考虑到窑头电气室空间问题，该次改造仅增加3台控制柜（两台55 kW风机控制做在一个柜子里，30 kW和另一台55 kW风机控制做在一个柜子里，75 kW风机单独一个柜子）。

       2.5 燃烧器

       根据目前产量、工艺装备情况、燃料特点及要达到的技术指标，窑头确定采用性能更加先进的HP强涡流型多通道燃烧器替换现有燃烧器，分解炉采用两台HPC型燃烧器替换现用的燃烧器，详细内容如下。

       窑头采用HP强涡流型多通道燃烧器替换现用的燃烧器，利用现有移动行走装置，利用现有柴油助燃供油系统（暂定），将现有窑尾送煤风机所配电机更换为6极异步电动机（75 kW），作为窑头净风机，更换现有窑头送煤风机。

       分解炉采用两台HPC型燃烧器替换现用的燃烧器，新增2台窑尾净风机用于分解炉燃烧器，将现有窑头送煤风机作为窑尾送煤风机。

       3 项目节能效果

       项目投资主要包括设计及技术服务费用、施工管理费用、建筑工程费用、安装工程费用及设备采购费用等，总投资额为人民币1 683.64万元。

       项目改造前，熟料月平均产量为92 452 t，月消耗原煤14 974.41 t，电力278.92万kW·h；项目改造后，熟料月平均产量为113 080.5 t，月消耗原煤17 263 t，电力279.07万kW·h。由于项目改造前、改造后能源消耗均已计量且数据齐全，因此根据《节能项目节能量审核指南》，确定节能量计算方法如下。

       项目节能量=（基准单耗-改造后单耗）×基准年产量

       =（改造前熟料生产综合能耗/改造前熟料产量-改造后熟料生产综合能耗/改造后熟料产量）×（改造前熟料月平均产量×12）

       =（0.1257tce/t -0.1190tce/t）×1 109 424 t

       =7 335 tce

       其中，原煤折標系数采用0.714 3 tce/t、电力折标系数采用3.300 tce/万kW·h。

       4 结语

       水泥窑烧成系统节能改造项目可实现年节能量7 335 t标准煤，相当于减少排放18 020 tCO2、121 tSO2、114 tNOX和70 t烟尘，既降低了企业成本，又具有显著的环境效益。

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