水泥熟料線燒成系統節能降耗技術的研究與應用

楊曉鋒

摘要：該文針對某5000t/d水泥熟料生產線熱耗和煤耗偏高的問題，通過生產工藝的改進、旋風筒的結構改造、下料管的重新布置、換熱管道的優化設計、新型耐火材料的使用，生料立磨改為棍壓機終粉磨系統等技改措施對該生產線進行綜合節能技術改造。對比技改前后系統煤耗和電耗等關鍵性技術指標， 分析評價該生產線在技術改造后的實施效果。各項技術指標均得到改善提升，綜合節能技改效果顯著。

關鍵詞：水泥熟料;燒成系統;節能降耗

近幾十年來，水泥工業經歷了多次變革，其生產工藝與設備不斷改進， 并且產量逐年提高。目前，全球水泥產量約為 40 億 t，預計到 2050 年，全球水泥產量將超過 50 億 t。新型干法水泥生產技術是一種以預分解和懸浮預熱技術為核心的水泥生產技術，可以實現系統集成化和生產過程自動 化，且具有高效、環保、節能等一系列優點。盡管如此，水泥生產能耗仍非常高，占工業能耗總量的 12%～15%。在我國，水泥行業的能耗約占全國建材行業總能耗的 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迫在眉睫，這對于水泥行業的可持續發展具有 重要的戰略意義。

1運行中存在的問題

結合生產運行中的實際情況，發現燒成系統主要存在如下問題：

人窯生料的易燒性較差：正常運行期間投料量為 370 噸 / 小時，當均化庫下料波動或者生料率值略有提高就出現游離鈣跑大點、窯頭火焰發黑的情況，同時伴隨有熟料結粒細小，窯前飛砂料增多;投料量不具備提產空間，加料 5 噸 / 小時就會出現窯內煅燒吃力，窯況惡化，窯尾漏料進而被動大幅減產，無法連續穩定操作。我們按照《水泥生料易燒性試驗標準》進行生料易燒性試驗，結果為溫度 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，說明爐內燃燒不穩定，預熱器 C4 出口溫度達到 800℃以上，明顯通過多種途徑來調節改善易燒性，調整中發現硅石的si02 接近 90%，現場物料的結晶度高，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 顆粒的結晶度高，對 Cs 和 C_0 轉換率較低.易使熟料中的 e-C_0 值偏高。為核實判斷的準確性，對硅石配料進行調整，因為當地物料暫沒有替代品，只能降低硅率來抵消高結晶度硅石對煅燒的影響。結合原料粉磨及煅燒情況，熟料率值逐步調整到 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%，Fd203 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%，調整后的生料易燒性明顯改善，回轉窯煅燒狀況好轉，能夠適應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綜合節能技改措施

2.1合理選擇水泥熟料生產所用原材料

水泥熟料生產所用原材料主要包括石灰質原料和硅鋁質原料，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。研究發現不同成因品位的石灰石直接與熱耗相關，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，工業廢渣在水泥熟料生產中的應 用越來越普遍。通過物理化學理論計算，研究了粉煤灰、鋼渣、電石渣等工業廢渣對水泥熟料形成熱的影響。結果表明，采用工業廢渣替代傳統的原材料，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 可以促進熟料燒結，降低熟料形成溫度。在經濟成本允許的情況下，優先 選用工業廢渣等作為水泥熟料生產原材料，有利于降低熟料燒成熱耗。

2.2降低預熱器出口廢氣帶走的熱損失

預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， 降低預熱器出口廢氣帶走的熱損失應從降低預熱器出口廢氣量和廢氣溫度考慮。預熱器出口廢氣由 3 部分構成，即煤燃燒產生的理論煙氣、生料水分蒸發和碳酸鹽分解產生的水蒸氣和二氧化碳，以及過?？諝?。煤燃燒產生的理論煙氣量、生料水分蒸發產生的水蒸氣量和碳酸鹽分解產生的二氧化碳量與原燃料本身的性質及消耗量有關，相同規格和類型生產線之間的差異較小。水泥窯系統漏風和系統操作會影響預熱器出口廢氣中的過?？諝饬?。系統漏風風量占廢氣量的比例較小，但其造成的熱損失卻非常大。水泥回轉窯系統漏風會增大預熱器出口的廢氣量，從而增加廢氣帶走的熱損失。系統漏風也會擾亂系統的正常運行，增加熟料燒成熱耗。窯頭漏風會降低火焰和燒成帶溫度，窯尾漏風會影響預熱器和分解爐內物料分解， 這些都會導致熟料燒成熱耗增加。因此，在系統用風合理的條件下，要降低預熱器出口的廢氣量，就需要保證系統具有良好的密封性。預熱器出口廢氣溫度與各級旋風筒換熱效率和分離效率密切相關。一般而言，氣體與物料之間的換熱效率和分離效率越高，預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熱器系統本身的性能。采用多級低阻高效旋風預熱系統，能提高氣料之間換熱效率和分離效率，降低預熱器出口廢氣溫度。

2.3針對窯尾煤粉后燃采取措施

分解爐內的尾煤存在不充分燃燒，致使爐中和出口的溫度波動和倒掛， 造成系統內的 C0 濃度超高，主要原因是分解爐內的風、煤、料匹配不合理， 從人爐煤管位置、爐內供風不足、煤粉質量控制等方面調整。1）現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， 對煤粉穩定燃燒有一定影響;人爐煤管位于三次風管的上方，沒有布置在下方或者錐體位置，缺少預燃空間，加劇還原氣氛，造成明顯后燃。按照煤粉燃燒特性，改變人爐煤管的位置，與生料人爐位置錯開，留出煤粉的預燃空間，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上方，比之前位置降低 3 米，按照風速計算可以延長尾煤的預燃時間 0.2s，同時存在后燃情況?，F場標定結果是分解爐出口 C0 濃度高，在 480ppm-2000ppm 之間波動;原煤立磨是從窯尾高溫風機出口取風，煤磨熱風的 C0 濃度達到報警值 800ppm，處于危險運行狀態。綜合氣體檢測數據和溫度顯示來看，分解爐內的煤粉燃燒不好，存在嚴重后燃情況。

2.4減少系統的表面散熱

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

結束語

通過對該項目采用節煤和節電的綜合節能技改措施，生產線的熱耗指標和電耗指標均得到一定程度的改善，技改效果總結如下：（1）熱耗指標降低：技改后預熱器出口溫度降低了 20℃左右;燒成系統表面散熱量約降低 10kb_l/t.bl;燒成系統總熱耗較改造前降低了 8% 左右。（2）電耗指標降低：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

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