烧成系统节能降耗措施及应用_汪勇刚.pdf

-36-2023.No.60引言水泥企业是能源消耗大户，在“碳中和和碳达峰”的政策引导下，水泥企业的节能减排是一项长远战略方针和社会责任，也是企业在行业内保持竞争力和可持续发展的关键。我公司建有三台4.8 m72 m回转窑，配五级旋风预热器和TC-12108型篦冷机，篦床冷却面积为128.6 m2。我公司结合自身的工艺和用能特点，不断发掘节能减排、资源综合利用等方面的潜力，能耗水平逐年下降，2021年通过优化配料与工艺操作，在没有经过大的设备改造前提下，回转窑产量达到6 500 t/d，吨熟料标准煤耗降至100 kg/t以内，吨熟料综合电耗降至50 kWh/t以内。本文就具体措施进行介绍。1优化配料我公司在2020年以前熟料KH控制在0.900左右，SM控制在2.8左右，IM一般控制在1.4左右，再加上生料0.2 mm筛筛余比较高，生料的易烧性不好，只能通过提高入窑分解率和烧成带温度控制出窑熟料f-CaO含量，生料入窑分解率基本控制在95%以上，窑主电机电流不低于730 A，尤其是二线回转窑的电流经常控制在800 A以上，但台时产量提升幅度不大，煤耗偏高。2021年初通过多方论证，优化调整熟料率值，同时使用磷石膏作为矿化剂大幅提高了生料的易烧性。我公司一直使用石灰石、硅石、煤矸石和铁尾矿粉四种原材料进行生料配料。为降低配料成本，综合利用资源，同时响应政府节能减排的号召，决定对生料配料方案进行优化，生料配料成本下降了1.5元/t。（1）我公司外购硅石主要提供熟料中的SiO2，其价格高、易磨性差、易烧性差；外购铁尾矿粉主要提供熟料中的Fe2O3和SiO2，其价格低廉、资源丰富、易磨性好。为此，在配料中逐步减少硅石掺加量，最终完全停止使用，同时减少煤矸石配比，大幅增加铁尾矿粉掺加量。将熟料KH提高至0.905左右，SM降低至2.3左右，IM降低至1.10左右，采用高KH值、高铁、低SM值、低IM值的配料方案。同时为进一步提高熟料易烧性，生料中加入0.5%的磷石膏做矿化剂，配合本配料方案使用。（2）配料方案调整前后熟料化学分析对比见表1。虽然使用高饱和比进行配料可以增加熟料强度，但是其易烧性降低，使用磷石膏作熟料矿化剂进行配料生产后，改善了熟料易烧性。当熟料中P2O5含量较低时（P2O50.5%），P2O5进入C3S晶格内，置换出SiO2，形成改性的C3S，由于是异质取代，必然要求电价补偿，使得改性的C3S与普通的C3S相比，晶细胞扭曲，尺寸变小，呈立方晶格结构，有较高的水硬活性。同时被置换出的活性SiO2又与f-CaO作用形成更多的C3S，这样就更能引起C3S晶格的畸变和熟料某些物化性能的改善。表1配料方案调整前后熟料化学分析对比%项目LOISiO2Al2O3Fe2O3CaOMgOSO3R2O优化前0.2422.214.623.3064.753.270.450.71优化后0.2021.454.894.4564.203.160.300.65对比-0.04-0.760.271.15-0.55-0.11-0.15-0.06（3）优化的配料方案可以增加高强度的C3S和C4AF的含量，减少低强度的C3A和C2S含量，采用该方案后熟料中C3S含量增加了1.5%，C2S含量下降了1.8%。同时配合使用少量磷石膏作矿化剂进行配料生产，既能降低物料共融温度提高易烧性，又能调整硫碱比，提高水泥熟料流动度，提高熟料强度。配料方案调整前后生产情况对比见表2。烧成系统节能降耗措施及应用汪勇刚，李海军，牛晓锁，高勇，袁启亮，郭艳秋（大连天瑞水泥有限公司，辽宁大连116318）摘要：水泥企业结合自身的工艺和用能特点，不断发掘公司在节能减排、资源综合利用等方面的潜力，通过优化配料与工艺操作，在没有经过大的设备改造前提下，4.8 m72 m回转窑产量达到6 500 t/d，吨熟料标准煤耗降至100 kg/t以内，吨熟料综合电耗降至50 kWh/t以内。关键词：水泥企业；节能降耗；措施；应用中图分类号：TQ172.622.26文献标志码：B文章编号：1002-9877（2023）06-0036-04DOI：10.13739/11-1899/tq.2023.06.0092023.No.6-37-汪勇刚，等：烧成系统节能降耗措施及应用表2配料方案调整前后生产情况对比项目KHSMIM熟料f-CaO含量/%熟料3 d抗压强度/MPa熟料28 d抗压强度/MPa熟料中C3S含量/%配料成本/（元/t）入窑生料分解率/%优化前0.8952.801.401.5032.051.352.532.7895优化后0.9052.301.101.3133.853.454.031.2893对比0.01-0.5-0.3-0.191.82.11.5-1.5-22优化生产操作根据配料调整方案，及时调整了一些生产工艺参数，在中控操作上做了指导性规定。（1）将 三 次 风 闸 板 开 度 从 800 mm提 高 至1 400 mm以 上，头 尾 煤 比 例 由 40%60%调 整 为34%66%，充分发挥分解炉的功能，减轻窑内热负荷，为提产打好基础，同时把窑尾烟室的负压降低到-250 Pa以内。（2）燃烧器冷态定位在原点中心偏上3050 mm，处于Y轴之上，使火焰略偏向窑皮，不产生长厚窑皮，可以扩大烧成带有效内径，降低窑内物料填充率。通过激光笔在窑头燃烧器中心油管处打点，确保光点到达窑尾烟室下料溜板上沿，可以使回转窑烧成带长度、温度、热力分布更加适宜，窑皮厚度适中，加强了窑内通风，煤灰沉降更加均匀，提高熟料产量和回转窑内衬使用寿命。（3）调整燃烧器内外风比例和截面积，把窑皮长度控制在20 m左右，薄料快烧，降低大球形成概率，加强了窑内通风。（4）降低分解炉出口温度，控制在875，保持入窑生料表观分解率在94%95%。（5）薄料快烧，降低窑皮厚度，窑况正常的情况下，回转窑主电机电流控制在550700 A。（6）降低煤粉细度，提高燃尽率和烧成带温度，尤其是一线立磨，以前煤粉细度控制在12%左右，2021年对煤磨喷口环和压风板进行改造，降低磨内风速和风向，煤粉细度控制到4%左右，调整后窑内烧成带煅烧温度更为集中，窑皮长度、厚度均匀稳定，虽然造成煤磨台时产量降低、工序电耗升高，但从细度降低后烧成系统取得的效果来看，利大于弊。（7）在篦冷机操作上坚持厚料层操作，料层厚度由600 mm增加到1 000 mm，二次风温和三次风温提高50100。经过以上调整，三次风温从750 提高到850，窑尾烟室温度由1 100 左右降低到1 050，二次风温从1 050 上升至1 150 以上，彻底解决了温度倒挂的问题。同时由于硅率的降低和矿化剂的使用，生料易烧性和出窑熟料结粒情况明显改善，窑产量比2020年增加30 t/h左右，两条窑熟料标准煤耗比优化调整前降低8.0 kg/t左右。3工艺技术改造3.1自制C5下料管微动阀从现场配重动作情况来看，原有锁风板阀下料时工作幅度较大，造成锁风效果不好，自主设计安装了一、二线C5双列微动板阀共4套，板阀连续动作，锁风效果较好，减少了内漏风现象。3.2C2下料管下移原下料管距离C4顶盖2.8 m，将下料管下移到0.9 m处（见图1），改造后增加了物料在上升烟道的停留时间，从而延长了预热时间，提高了物料的预热效果，热损失减少，换热效果明显。原C2下料管位置下移改造后C2下料管位置改造前改造后图1C2下料管位置3.3分解炉内撒料板加长原分解炉撒料板长度300 mm，冬季大修时将撒料板延长到500 mm。撒料板延长后，物料分散得更均匀，加强了物料与气流的热交换。3.4增湿塔旁路改造在高温风机与增湿塔底部加一管道连接，生料磨开机时，气流从旁路管道进入立磨，不需要经过增湿塔，减少了通风阻力（见图2）。2020年8月11月一线尾排风机主机单耗2.3 kWh/t，二线尾排风机主机单耗2.4 kWh/t，改造后两线尾排风机主机单耗2.1 kWh/t，分别下降0.2 kWh/t、0.3 kWh/t。3.5更换窑头、窑尾高润滑耐磨槽鱼鳞密封更换窑头、窑尾高润滑耐磨槽鱼鳞密封后，提高了窑头、窑尾密封性能，系统漏风减少，提高了烧成带温度，同时石墨块的润滑作用降低了回转窑运行摩擦力。-38-2023.No.6增湿塔旁路管道图2增湿塔旁路管道改造3.6立磨粗粉下料口改造在ATOX立磨中心锥体下方圆柱筒底部新增回粉装置管道（见图3），以此来引导中心锥体内的粗粒径物料回至磨盘上与磨辊的工作研磨区域进料侧的中心，减少了磨内粉料的内循环，有利于稳定物料料层厚度，避免了磨机振动，提高运转率、研磨效率和立磨台时产量。下料方向立磨粗粉下料口更改位置立磨下料锥体立磨磨盘图3立磨粗粉下料口改造3.7鹅颈管改造由于原鹅颈管上方有一根1.8 m长的平行管道，积灰现象严重，每个班都会出现塌料情况。年底大修时，将平行管道改成尖顶，同时鹅颈管容积增加了15 m3，分解炉出口负压由-1 200-1 300 Pa降至-1 000-1 100 Pa，C1出口负压从-5 800-6 000 Pa降至-5 400-5 500 Pa，高温风机转速不变的情况下风量可以增加。由于风煤料三平衡，窑尾用风量增加后，头排风机转速下降，电流下降23 A，降低系统阻力后，可以降低系统电耗。4提高余热发电量公司熟料生产线配套的9 MW纯低温余热发电 系 统，发 电 量 一 直 徘 徊 在 8 0008 500 kWh/h，通过改变操作思路，优化操作方法，发电量达到9 500 kWh/h。4.1平衡窑系统与余热发电系统用风关系将三次风管阀门开大后，分解炉的用风量和温度增加，可以加快煤粉的燃烧，提高燃尽率。降低煤粉的化学不完全燃烧，有利于提升预热器内废气温度，同时由于预热器系统风量的增加，进入窑尾锅炉风量增加，有利于窑尾锅炉发电量的提升。4.2更换撒料板检修期间，对各级筒撒料板进行细致检查，尤其是C5、C4出口管道上方撒料板和分解炉内撒料板，对于长度不够、角度不合理的撒料板进行更换。保证高温物料分散效果，避免预热器内结团情况的发生，从而避免结团高温物料入窑后形成球核，在窑内滚雪球，越滚越大，或在窑内结蛋、形成大块料。由于大块料的减少，熟料结粒相对均齐，篦冷机内冷却效果增强，热交换较好，烟风温度从390 提高到450，AQC锅炉蒸汽量提高2 t/h。4.3篦冷机优化（1）检修期间加强篦缝调节和篦下窜风治理，专人监控维修人员对篦冷机篦缝的调整，控制篦冷机篦板间缝隙，篦板结构缝和安装缝的处理，篦缝一定要均匀，篦板横向排与排之间的垂直间隙控制在23 mm范围内。活动篦板与侧墙盲板之间的侧面间隙控制在33.5 mm范围内，并逐排从风室底部向上观察活动篦板、活动梁局部与侧盲板之间间隙是否符合要求。（2）在中控操作上，加强中控员对篦冷机料层的优化调整，改善熟料结粒，合理控制篦床料层厚度和篦下压力，在篦床推力允许的情况下，重点强调厚料层控制，达到固定篦床、一段和二段的篦冷机风机群满负荷运行，不但提高了二次风温和三次风温，同时烟风温度也有效提高，熟料冷却效率提高，出篦冷机熟料温度由190 降低到110。5效果我公司从配料方案、工艺设备技改、中控操作优化方面着手，在节能降碳方面取得了较好成绩。目前两条窑运行稳定，吨生料配料成本可下降1.5元/t；由于易烧性提高，熟料f-CaO含量下降，熟料3 d抗压强度提高1.8 MPa，28 d抗压强度提高2.1 MPa；窑日产量由5 780 t/d提升到6 500 t/d；标准煤耗由2020年的107 kg/t下降到99 kg/t；熟料综合电耗由53 kWh/t下降到49.2 kWh/t，发电量在9 500 kWh/h左右。优化前后生产参数对比见表3。2023.No.6-39-表3窑系统优化前后参数对比项目窑台时产量/（t/h）标准煤耗/（kg/t）窑尾烟室温度/二次风温/三次风温/篦冷机料层厚度/mm三次风闸板开度/mm发电量/（kWh/h）烟风温度/AQC锅炉蒸汽量/（t/h）出篦冷机熟料温度/窑主机电流/A优化前2411071 1001