技术丨浅谈降低水泥厂预分解系统电耗的改造措施

前言

国家的碳中和、碳达峰的“双碳”政策和实行能源消耗总量和强度的“能耗双控”政策对高耗能的水泥行业造成了较大影响，水泥行业在环保节能方面需遵循更高的标准要求。根据2021年发布的GB16780《水泥单位产品能源消耗限额》，单位熟料产品综合电耗的水泥熟料能耗限额3级≤61kWh/t，2级≤57kWh/t，1级≤48kWh/t，可以看出对高能耗水泥企业进行更高的规范要求，能耗控制力度不断加大，水泥企业也同时面临限电停产等情况。目前现有的水泥生产线，经过多年的运行，普遍存在设备老化、系统不稳定、烧成热耗高、系统电耗高等问题。为此需对现有生产线实施技术改造，以达到节能降耗的目的。通过节能降耗可以为水泥企业提高经济效益，具有广阔的市场和环保、社会效益。

烧成工序的电耗范围从生料出库到熟料入库，原煤入磨到煤粉入煤粉仓，包括燃料制备及生料预热分解、熟料煅烧、熟料冷却和废气处理消耗的电量。某5000t/d生产线烧成工序主要设备电耗数据见表1。

表1 5000t/d生产线烧成工序主要设备电耗

由表1可以看出，烧成工序电能消耗主要来源于高温风机、窑主传、篦冷机冷却风机、窑头排风机。若想降低烧成工序电耗，可从这几个主要设备着手。

影响烧成工序电耗的主要因素有以下几方面：

(1)海拔的影响。在高海拔地区，配置相同的系统，产量有所降低，系统工况风量增加，导致系统电耗增加。电机在高海拔下运行，由于气压低，散热条件差，损耗增加，运行效率降低，导致电耗增加。

(2)烧成系统局部规格偏小，系统阻力增加。

(3)风机选型不合理，高温风机、窑头排风机存在大马拉小车现象。

(4)风机效率低。

(5)产量及运转率对电耗的影响。当产量高、运转率低或产量低、运转率低的情况下，导致系统电耗上升。

(6)生料易烧性的影响。若熟料f-Cao含量偏高，熟料KH值偏低，生料易烧性不好，导致产量降低，系统单位熟料电耗增加。

其他因素如系统漏风、系统操作不合理、阀门故障，阀门无法正常开启关闭，导致局部阻力大也会影响烧成工序的电耗。

2.1 降低预热器系统的阻力

在保证旋风筒分离效率前提下，采取以下措施来进一步降低系统阻力：

(1)对旋风筒结构进行优化改造。核实旋风筒结构尺寸，根据生产线实际运行情况，C1旋风筒可采取整体更换并放大C1旋风筒规格或局部加大其进出口尺寸；C2-C5旋风筒采取扩大蜗壳方式，降低其进口风速，降低系统阻力；调整内筒尺寸等措施来降低系统阻力。

(2)在旋风筒出口与连接风管处选取合理的的结构型式，旋风筒进风口设置斜板，消除水平段，减少积料，减少局部阻力损失。

(3)分解炉鹅颈管改造。分解炉鹅颈管圆弧弯头改造成尖顶形式，以减少积灰，降低阻力，见图2。

(4)三次风管改造。可将两路对冲的三次风管改成一路旋切人炉方式，减少三次风管本身阻力，从而降低系统电耗。

(5)窑尾烟室及窑缩口改造。原有窑尾缩口直径偏小，窑尾斜坡处截面积偏小，窑内阻力偏大，改造采取更换整个烟室，扩大烟室斜坡处截面和窑尾缩口尺寸，必要时更换窑尾密封。改造后可改善窑内通风不畅，窑尾密封处冒灰现象，利于系统操作，并降低系统阻力。

2.2 进入系统冷风量的控制

(1)窑尾、窑头密封。更换为新型窑尾、窑头密封，减少系统漏风量。

(2)煤粉输送及一次风机改造。提高煤粉输送固气比，采用高风压、低一次风窑头燃烧器，改造一次风机和送煤风机，减少冷风进入系统，降低电耗。

2.3 风机效率控制

工艺风机高温风机、窑头排风机根据生产线实际运行情况，核实最佳工况点运行参数，风机采用高效节能变频风机，从而提高风机效率，降低电耗。

2.4 系统漏风

严格把控系统各个漏风点，减小系统漏风，减轻风机运行负荷，降低系统阻力。

2.5 操控优化

(1)测定烟室、分解炉出口、C1出口氧含量来判定系统是否存在窑尾拉风过大现象，合理匹配分解炉内三次风、煤、料的关系。建议分解炉出口氧含量在1.5％左右，C1出口氧含量控制在2％以下。

(2)检测预热器出口含尘浓度判断是否因C1筒分离效率低、出口含尘浓度过高导致高温风机负载增大。

(3)在保证出熟料温度的前提下，减少不必要的供风，建议最后两台风机改变频调速。

(4)调整原料配料及配比，改善生料的易烧性。

(5)优化窑头燃烧器的结构与操作，提高系统产量。

通过分解炉扩容，三次风管改造，烟室和窑尾密封改造，更换撒料箱和局部料管改造，分解炉送煤系统改造，冷却风机改造等降低电耗的改造措施，实际运行三年以上的中国水泥厂#3线改造前后主要性能指标情况见表2。

表2 中国水泥厂#3线技改前后技术经济指标对比

由表2可以看出，改造后窑的产量提高了100t/d；废气温度下降20℃；出口负压下降了400Pa；综合电耗下降1.68kWh/t。通过节能降耗技改后，整体运行质量得到进一步提升，技改前存在的系统热回收效率低、C1出口温度高、系统阻力大、系统电耗高的问题得到明显改善，熟料质量稳定，产量得到进一步提升，各项主要经济指标得到不同程度的优化。

基于碳排放、能源配额制度下的现实需求，通过对水泥厂预分解系统电耗的改造措施分析，不断探索绿色、节能、高效烧成技术，不仅有助于企业提高产量、节能降耗、提高经济效益和社会效益、推动企业的技术进步，而且也为以后其它类似的工程项目的技术升级改造提供了参考。

作者：于欢

来源：《中国中材国际工程股份有限公司(南京)》

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