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技术 | 降低熟料生产能耗的技改案例

来源:《尧柏特种水泥集团有限公司》 发布日期:2019/8/9 编辑:林晓慧
核心提示:降低熟料生产能耗的技改案例

某公司一条5000t/d的水泥熟料生产线于2005年6月建成投产,由于局部设计不合理,生料磨、回转窑长期处于设计台产及设计能耗指标的低位水平运行。生料磨产量、窑产量、生料电耗、熟料电耗、标准煤耗等经济指标和行业同型号同规格生产线相比较,有明显的差距。降低熟料生产能耗成本,减少碳排放,提高熟料及水泥产品市场竞争力成为企业发展的迫切需求。本文就围绕烧成系统节能降耗目标实施的一系列改造措施进行介绍,以资参考


存在的问题


该条5000t/d的水泥熟料生产线回转窑规格西4.8 m×72m,配套双系列五级预热器带内径7400mm双喷腾TDF型窑外分解炉,篦冷机采用TC一12102型第三代篦冷机,篦床实际面积119.3㎡,配备PCF系列冷却风机,窑尾高温风机采用W6—2X4014N031.5F型双吸口式风机,生料粉磨配置德国非凡公司生产的MPS5000B型立式辊磨。技改前生料磨产量473.9t/h,窑产量208.3t/h,生料电耗20.84kWh/t,熟料电耗32.92kWh/t,标准煤耗115.19kg/t。对回转窑主电机电流、C1筒出口温度、C5筒锥体温度、篦冷机二段压力、分解炉出口温度以及原料磨主机电流、出磨风温等生产运行参数进行分析,公司认为,限制生产线产能发挥的因素主要是:


回转窑煅烧能力不足、篦冷机高温区风机风压小、分解炉煤粉燃烧效果差、大型风机及循环风机效率低、煤粉秤下煤不稳、人料生料秤波动大等六个方面。


充分论证制定方案,确定了更换燃烧器提高窑的煅烧能力;改造篦冷机高温区风机改善熟料急冷效果;分解炉增加撒料板改善燃烧状况;改造高温风机、循环风机集风口来提高风机效率;改造生料秤稳定入窑喂料量;煤粉仓内增加消风锥体及管道解决转子秤断煤;控制入磨石灰石粒度及调整立磨挡料圈高度进而降低生料制备电耗等技改内容及目标。


改造实施


2.1更换燃烧器


原燃烧器设计为圆柱形三通道燃烧器,燃料燃烧火焰为柱形长焰,热力分散,煅烧温度不足,窑头火焰温度为1600~1750℃,延缓C₃S形成和发育的时间,熟料矿物C₃S与正常内控要求55.0%±5%对比降低7.0%~10.0%,fCaO与公司内控标准≤1.2%相比升高0.6%~2.0%,窑加产时物料严重欠烧,出现跑生料等问题。将圆柱形三通道燃烧器更换为新型四通道燃烧器(见图1)。

图1更换新型四通道燃烧器


新型四通道燃烧器可实现高速螺旋前进的旋流风与高速射出的轴流风碰撞叠加,可调节火焰发散程度以及可调火焰长短、粗细,进而使风、煤}昆合更加充分,燃烧非常迅速且完善,同时中心风促使中心部分煤粉和CO的燃烧更为充分,并起到稳流作用,窑的煅烧力明显提高。生料配料成分及熟料三率值控制KH:0.90±0.02、SM:2.45±0.1、上M:1.4±0.1基本不变,更换新型四通道燃烧器后窑头火焰温度(图1c)为1750~1950℃,缩短C₃s形成和发育的时间,加速熟料的烧成,熟料矿物C₃S为52.0%一57.0%,fCaO为0.6%一1.2%,均符合公司过程质量内控标准要求,熟料质量提高,性能稳定窑头用煤量由15.0t/h下降至13.5t/h。


2.2改造篦冷机高温区风机


篦冷机用风原则是用最少的风量冷却更多的熟料,但要确保冷风有一定的穿透力,必须给以适当的风量和足够的风压,才能保证篦冷机的热交换效率。熟料结粒均齐料层可适当加厚,结粒细小能可适当减薄,但总的调整方向就是合理加厚料层。一段时间以来,篦冷机运行期间,料层厚度增加10~20mm时,高温区风机运行达到全压状态,电流下降60~80A,电机长期70%负荷运行,高温风机能力发挥不够,导致窑前供风能力不足,二次风温度仅为960℃。对比同规模生产线的风机配置,该生产线明显偏小(见表1),为提高一风室   风机和固定篦板风机的风压和风量,重新购置了2台F1A风机的叶轮进行更换;对F1C风机则整体更换,具体参数如表2。


表1同规模生产线风机配置表


表2 F1A1、F1A2叶轮改造、F1C风机更换前后性能指标对比


改造后高温区料层厚度可以正常控制,二风室压力5500Pa,二次风温、三次风温比以前提高约50℃,熟料急冷效果得以改善。


2.3分解炉增设撒料装置


分解炉燃烧效果差,当煤质发生变化,或者喂料量增加,出现分解炉出口温度徘徊在850℃左右,增加用煤也不能达到标准温度870~880℃范围,反而导致分解炉出口的CO由700ppm急剧上升到350ppm,C5筒下料锥体温度偏高(930℃),提高预热器通风量,虽然燃烧状况好转,但是引起高温风机电耗增加200kWh/h。利用错峰生产停机时机,增设了分解炉撒料装置(图2)。

图2增设分解炉撒料装置


撒料板使物料和气流分布更加均匀,一方面变了分解炉内温度的分布,煤粉不完全燃烧情况得到改善,分解炉用煤量降低了1~2t/h,高温风机转速降低50r/rain,吨熟料用电降低0.8kwh;分解炉出口负压降低200Pa,高温风机用电降低200kWh/h,煤耗、电耗改善效果明显。


2.4改造高温风机及循环风机集风口


风机集风口与叶轮吸风口之间一静一动,为了避免碰撞、摩擦,间隙一般为10~15mm,实际因变形、磨损等,间隙更大,导致涡流回流,影响风机效率。对集风口进行包边处理(见图3),加强密封防止漏风,将回流内漏风减到最低。改造后,高温风机、循环风机效率提高,电流下降15~25A,有效降低了熟料综合电耗。


图3高温风机、循环风机集风121改造


2.5稳定入窑喂料量


入窑生料喂料秤说明书及厂家提供设备参数显示,喂料秤的计量精度为±2%,但经过对喂料量反馈的实时跟踪和对采集的数据分析,发现喂料量累计偏差达到近5.0%,瞬时偏差最高达10.5%,远远高于目标值。进一步观察发现,当喂料秤反馈值与中控给定值出现偏差后,喂料秤自控系统响应时间滞后,从而造成喂料量瞬时大幅波动。


沟通生料秤厂家,调整PLC控制器,增加配重;改造收尘风机叶轮,提高风量,保证秤体负压状态。改逅后生料秤波动差值由15t缩小到8t(见图4),为回转窑稳定运行创造了条件。


图4稳定入窑喂料量改造效果


2.6煤粉仓内增加消风锥体及管道


窑头窑尾采用菲斯特DRW转子秤,改前头煤秤断煤现象频繁发生。为解决这一问题,公司自行设计加工、增设煤粉仓内消风锥体及管道,并将秤体消风管道联接到负压更大的煤磨出磨风管(见图5)。


图5消风锥体及管道改造示意图


煤粉仓内增加消风锥体及管道的主要作用是消减煤粉仓内多余空气。煤粉仓内增加消风管道的直径为300mm,同时增设直径150mm一段内管作为变径,径缩后增加风速,出风口连接袋收尘器进风口管道,确保煤粉秤内的消风效果。另外安装有可调蝶阀,磨机运行时,打开该蝶阀,利用磨机系统通风为转子秤消风,煤磨停机时,关闭消风管道阀,用煤仓顶袋收尘器为转子秤消风,确保煤粉不会反流到出磨风管内。改造后煤粉仓内、秤内空气阻力明显改善,煤秤断煤现象得到控制。


2.7控制入磨石灰石粒度和调整立磨挡料圈高度


生料立磨挡料圈高度是影响生料电耗的关键因素之一,挡料圈的高度要根据不同物料特I生选取。原设计挡料圈高度为90mm,利用避峰停机,挡料圈割了3次,每次割10mm,又加高补焊了一次,通过4次反复试验,终于找到高度和磨电流最佳结合点, 有效地降低了生料电耗。目前石灰石粒度小,挡料圈高度为65mm,台时提高到510t/h,磨主电机电流由改造前230A下降到190A,磨机运行平稳。


3改造效果


通过上述改造方案的实施,各项经济指标明显改善,系统在节能降耗、降本增效上迈出了一大步(见表3)。改造投入42.9万元(燃烧器31.8万元,分解炉撒料板4.8万元,篦冷机风机改造4.1万元,煤粉仓消风改造1.6万元,大风机改造0.6万元),经测算生料、熟料台时产量提高,电耗煤耗降低,年仅煤电成本下降近千万元,系统产量从4999t/d提高到5750t/d,达到同规格生产线较好水平。


表3改造方案实施前后指标对比表


结束语


我们清楚地看到,技改后我公司的窑磨台时增产显著,相关能耗指标改善明显,但是这些能耗蝶指标距离水泥企业水泥分布能耗先进值还尚有一定差距,例如生料制备工段还有约3.0kWh/t降耗的空 间,熟料烧成工段标煤耗还有约4.5kg/t降耗空间,这些都是我们今后进一步改造的方向。


当然,降低熟料相关能耗指标的其他途径还很多,需要在实践中不断总结,譬如从设备性能方面,系统用风不当热器出口废气量偏大,导致过多废气带走的热损失问题,预热器旋风筒下料管翻板阀的轴向漏风和内漏风问题,设备大修后的系统密封不彻底问题,以及修复磨损的浇注料减少散热损失问题等等;从物料特性方面,需要不断优化生料配料管理措施,控制熟料KH、SM过高造成生料易烧性变差,进而增加用煤量来确保熟料煅烧温度问题。应在确保熟预料早、后期强度和性能的前提下,优化配料,控制熟料饱和比、硅酸率适当范围,提高生料易烧性,降低熟料烧成煅烧温度,减少窑内煤粉用量方面继续改进。


来源:《尧柏特种水泥集团有限公司》


作者:贾兆义


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