高海拔地區水泥窯節能降耗的技改實踐

鄭青宏 余安定

華潤水泥控股有限公司，廣東 深圳 518001

高海拔地區水泥窯節能降耗的技改實踐

鄭青宏 余安定

華潤水泥控股有限公司，廣東 深圳 518001

華潤水泥（鶴慶）有限公司1號窯改造前噸熟料標準煤耗年平均達123.03 kg，噸熟料工序電耗高；熟料冷卻效果差；表面散熱高。實施技改措施后噸熟料標準煤耗降低到112 kg以下，熟料冷卻效果大幅改善，系統表面散熱明顯降低。

高海拔 技改 節能降耗

0 引言

華潤水泥（鶴慶）有限公司位于云南省大理州鶴慶縣辛屯鎮，地處云貴高原，海拔2 300 m左右，屬高海拔地區。公司1號窯2 500 t/d 生產線主機設備均采用國產設備，于2007年3月開工建設，2008年5月正式點火投產。系統基本配置為CDC分解爐、五級旋風預熱器、四通道煤粉燃燒器、Φ4.3 m×62 m回轉窯以及第三代空氣梁篦式冷卻機。

近年來，國家對包括水泥在內的高能耗行業進行嚴格控制，其中《水泥單位產品能源消耗限額GB16780-2012》明確規定了水泥窯可比熟料綜合煤耗≤112 kg·ce/t。而鶴慶公司1號窯噸熟料標準煤耗年平均達123.03 kg/t，導致生產成本居高不下。產品在市場上無價格優勢，企業生存空間受到擠壓，迫切需要對1號窯燒成系統進行節能降耗改造。

本文就技改過程及效果進行總結分析。

1 原因分析

（1）標準煤耗高，噸熟料工序電耗高。

截止2014年9月，鶴慶公司1號窯噸熟料標準煤耗年平均為123.03 kg/t，而同規模低海拔地區生產線約108 kg/t左右；噸熟料工序電耗年平均為37.15 kWh/t，較同規模低海拔地區生產線明顯偏高。

（2）熟料冷卻效果差。

出冷卻機熟料溫度一直偏高，達130～200 ℃。一段冷卻效果較差，2012年熱工標定測量入窯二次風溫度僅為710 ℃，入分解爐三次風溫度為703 ℃。

（3）燒成系統壓損大。

預熱器壓損較大，在現有產量下C1出口負壓高達5 500 Pa，分解爐溫度難以穩定控制，導致尾煤加減幅度大，生料分解率波動大。

技改前典型中控操作畫面見圖1。

（4）系統熱支出分析。

圖1 技改前典型中控操作畫面

預分解窯熟料生產線的運行過程同時受到眾多因素的影響，而且預熱器、分解爐、回轉窯、冷卻機各部分之間的熱量、物料、風量又相互銜接、相互影響，對回轉窯系統產量、質量、熱耗、電耗有著直接的影響。找出問題根本所在，重點是對各設備進行有針對性的定量分析，提出具體優化或改進措施。系統熱支出對比見表1。

從標定數據看，鶴慶1號窯噸熟料燒成熱耗是最高的，但其熟料形成熱所占百分比并不高（1 662 kJ/kgcl），低于大多數窯平均值；但是與其他生產線相比，其C1廢氣帶走熱與表面散熱所占百分比是最高的。

2 技改方案

2.1 窯尾系統技改方案

2.1.1 預熱器

針對預熱器阻力偏大、C1旋風筒出口廢氣帶走熱偏高的問題，核算系統在不同產量與熱耗情況下，預熱器各級旋風筒進出口風速核算結果見表2。

由表2可以看出，當系統產量提高到2 800 t/d時，考慮到高海拔因素，各級旋風筒的出口風速屬正常偏高范圍，進口風速偏大，C1旋風筒截面風速偏大。

表1 熱工標定報告熱量支出分布百分比

表2 預熱器各級旋風筒進出口風速

為降低預熱器系統阻力，并提高C1旋風筒分離效率，以減少C1出口飛灰量，對預熱器系統提出如下進行技改措施：

（1）C1錐部不動，采用高效低阻結構形式，加大C1本體直徑至Φ5.6 m。

（2）根據現有旋風筒的結構，在盡量少改動的情況下，加大旋風筒的進口面積，以減少阻力。最終確定除C5進風口保持不變外，C2～C4的進風口均適當加大。

（3）此次改造中，C4、C5內部的耐火材料整體更換。

改造后的預熱器各級旋風筒結構參數、工藝參數見表3。

2.1.2 分解爐

現有分解爐結構參數、現有產量下及提產后的工藝參數如表4所示。

由表4可以看出，當系統熟料產量在2 600 t/d和2 800 t/d時，氣體在現有分解爐的停留時間均偏短，需對分解爐進行擴容改造，以保證煤粉在爐內的充分燃燒，提高入窯物料分解率。

表3 改造后的預熱器各級旋風筒結構參數、工藝參數

分解爐的改造充分利用窯尾框架內空間，以方管代替圓管，可使分解爐容積得以最大程度地增加。爐體增加部分置于框架內，不僅利于土建結構強度，土建框架改動量小，而且比較美觀。分解爐本體至C5進口，合理設置支座及膨脹節。

表4 現有分解爐的結構參數及在提產前后的工藝參數

分解爐改造示意如圖2所示，改造后分解爐結構參數、工藝參數見表5。

由表5中的數據可以看出，改造后的分解爐爐容增加了30%以上，利于提產、降耗。

2.1.3 煙室

現有分解爐錐部縮口處有效凈尺寸為1 440 mm ×1 440 mm，當產量為2 600 t/d時，計算可得此縮口風速約45 m/s。該風速明顯偏大，不僅導致阻力大，而且不利于窯內通風及系統操作，因此需修改此縮口，將有效面積擴大至3.06 m2左右，控制此處風速約30～32 m/s。

煙室改造示意如圖3所示。

圖2 分解爐改造示意圖

表5 改造后分解爐結構參數、工藝參數

圖3 煙室技改剖面圖

2.1.4 技改后預熱器系統參數

技改后窯尾預熱器系統各點參數如表6所示。

2.2 窯頭冷卻機技改方案

鶴慶公司1號生產線熟料冷卻系統采用第三代充氣梁篦式冷卻機，篦床有效面積為70.092 m2。運行數據表明，二、三次風溫偏低，出冷卻機熟料溫度偏高，篦床料層阻力大。為提高冷卻機換熱效率，降低出冷卻機熟料溫度，提高二、三次風溫，達到節能降耗的目的，將原有冷卻機整體更換為Sinowalk步進式篦冷機。

技改后的Sinowalk步進式篦冷機運行效果畫面見圖4。

3 技改效果

2016年4月，鶴慶公司委托第三方對1號窯系統進行了熱工標定，標定結果見表7，技改后燒成系統典型中控畫面見圖5。

表6 改造后預熱器系統參數

圖4 技改后的Sinowalk步進式篦冷機運行效果

表7 技改后燒成系統運行效果

4 結束語

對技改后的情況進行分析，我們認為篦冷機一段高壓風機選型偏小，電機溫度高；篦冷機易長“雪人”。

盡管在技改之前，與設計院進行了充分的溝通及現場核實，但還是出現煙室技改圖紙與實際出現偏差、篦冷機煤磨取風口與現場實際位置偏差。因此，在項目前期要與設計院進行充分溝通及現場核實真實尺寸，設計圖紙出來后，公司相關技術人員應根據圖紙到現場進一步核實。

圖5 技改后燒成系統典型中控畫面

通過本次技改，熟料產量提高，燒成系統煤耗大幅下降，電耗也有所下降，篦冷機熱回收效率及熟料急冷效果提高，改善了熟料易磨性，生產成本明顯下降，總體達到預期效果。

2016-10-08）

TQ172.622.26

B

1008-0473(2016)06-0048-05

10.16008/j.cnki.1008-0473.2016.06.010