新型干法水泥熟料节能减排技术集成示范应用研究

聂苍印 李胜保（鹿泉金隅鼎鑫水泥有限公司三分公司，河北 鹿泉050200）

日产5500t/d熟料生产线，以国内首条Ф5×60m两档支撑短窑[1]为核心，配套TRM53.4大型生料辊式磨、第三代窑尾预分解系统、TCFC5500无漏料行进式冷却机、高效燃烧器、高效收尘器、纯低温余热发电等节能减排新工艺、新装备。该生产线被中国建筑材料联合会评定为国家新型干法水泥熟料生产节能减排示范线。

φ5×60m两档支撑短窑由天津水泥设计研究院首次设计、应用，没有国产两档短窑的使用经验，2009年4月投产后，回转窑产量一直徘徊在5300-5500t/d，熟料3天强度25-28MPa，冷却带窑砖寿命短，3个月更换一次窑砖，分别在2.7m、5m处红窑；同时回转窑电流居高不下，经常在1200-1300A之间波动，(回转窑功率710KW、额定电流1140A）最高时超额定电流160A，为了保护电机被迫减产。针对存在的问题，通过调整生产工艺、设备参数等措施，提高了窑产量，降低了熟料能耗，利用废渣，降低生产成本，取得了较好的经济效益和社会效益，充分发挥了示范线综合节能减排的作用。

1 存在的主要技术问题

1）工艺参数不匹配，窑主电流居高不下，生产线的能力不能发挥。

2）设计的燃烧器与窑的煅烧工况不匹配，造成窑砖寿命缩短，生产线不能稳定生产。

3）生料立磨结构与原燃材料不适应，造成生料质量、能耗、产量无法满足正常生产的要求。

2 问题的原因分析及采取的措施

2.1 降低回转窑电流

1）分析：经过多次停窑后对工艺检查，发现造成窑电流高的主要原因：一是窑皮长且成倒喇叭状，主窑皮长27-28m,冷却带窑皮薄仅有100mm厚，窑皮尾部偏厚达600mm;二是操作上有误区，认为短窑缩短了物料在窑内的停留时间，为了能烧成合格的熟料，避免跑黄料，窑速控制的偏低，最高窑速为3.5rpm，从而造成回转窑填充率偏高，影响了窑系统的通风。

2）措施：（1）把燃烧器在窑内的位置从（-30、-30）逐渐调整到（10、10），轴向位置从入窑250mm调整到0mm;（2）对窑系统总风量、窑炉配风进行调整，高温风机转速由原来的880rpm降到820rpm,三次风阀开度由25%调整到35%，缩短烧成带长度由27-28m调整到24-25m，消除了烧成带窑皮倒喇叭状态;(3)根据窑的热工制度大胆提窑速，最高提到3.9rpm;(4)燃烧器内流风风压由15KPa调整到16.5KPa，旋流风风压由66KPa调整到68.5KPa;(5)对窑头二次风温的控制，通过对篦冷机篦速的调整，稳定泵压在180bar以内，二风室篦下压力7000Pa,二风室两台风机电流和控制在400A左右，二次风温度稳定在1150±20℃;(6)对窑头负压的控制，在保证窑头不冒灰的情况下尽力降低窑头负压，基本稳定在-20±10Pa；(7)对配料进行调整，调整熟料三率值由原来的KH=0.90±0.01、n=2.5±0.1、p=1.5±0.1 调整为 KH=0.89±0.01、n=2.55±0.1、p=1.5±0.1。通过以上各种措施后，使窑电流由原来的1200-1300A降低到900-1000A。

2.2 提高回转窑系统产、质量

1）分析：通过走访同行相互学习交流并请教天津设计院专家，是窑头燃烧器制约熟料三天强度的提高。

2）措施：经过论证，2009年6月份把原设计窑用燃烧器由史密斯的Duoflex更换为天津设计院的TCNB-55新型燃烧器，经过对新燃烧器的调整，当月熟料3天强度有了明显的好转，最终使熟料的3天强度稳定在29-32MPa之间，月平均强度大于30MPa。新燃烧器解决了3天强度问题，但4个月后冷却带又出现了红窑事故。经过不断地摸索、攻关、论证，我们发现问题出现在燃烧器使用上和冷却带窑砖的配置上，燃烧器的中心风、旋流风、轴流风风速匹配不合理。2010年1月我们打破TCNB型燃烧器说明书的约束，大胆对燃烧器用风进行调整。中心风由20%调到40%，内风、外风阀全开，冷却风阀有10%调整到50%，内风压力调到18KPa、外风风压调到69KPa,冷却风压有1.0KPa以内调到2.0KPa以上；冷却带配砖由原设计的0-0.88m江苏恒耐的刚玉质莫来石浇注料、0.88-3.88m雷法的镁铝尖晶石砖、3.88m以后为直接结合镁铬砖调整为0-0.88m窑口用抗剥落浇注料G-17K、0.88-1.88m江苏君耀的硅莫红砖、1.88-6.48m营口青花的镁铝尖晶石砖、6.48m以后为营口青花的直接结合镁铬砖。通过以上措施使冷却带窑砖寿命到达了7个月，为回转窑提产打下了基础。通过优化工艺参数，提高窑头用煤量，由过去的11.5t/h提高到了12.5t/h，篦冷机1-3风室更换了新型自力调节阀，稳定并提高了二次、三次风温，从而使回转窑的产量稳步提高，2010年年平均日产熟料量6052吨，2011年日产熟料量达到6380吨,最高日产量达到了6456吨。

2.3 设计安装了回灰系统保证熟料质量

1）分析：两档支撑短窑技术缩短了物料在窑内的停留时间，与常规窑比较，工艺参数发生较大的变化，尤其是对入窑生料的质量波动很敏感，在生料磨停机情况下窑灰的加入就影响熟料质量。

2）措施：(1)为了避免窑灰对入窑生料质量的影响，设计安装了窑尾回灰仓系统，便于储存、使用窑灰; (2)研究回灰仓使用，我们掌握了正确的方法，生料立磨计划停车4h时，回灰全部进回灰仓，待磨正常开启时，根据入窑生料成分合理搭配；生料磨故障停车时，小于2h回灰可以直接入均化库，大于2h回灰入回灰仓。

2.4 掺加石粉研究

1）分析：公司的生料立磨为天津院设计的规格最大立磨。此磨机设计的是磨制纯石灰石，由于我公司的矿山开采量不能完全满足生产使用,只能外购石灰石，但成本较高，最后我们尝试使用部分石粉代替石灰石。经过和天津设计院沟通，其反馈此磨不能磨石粉。

2）措施：2009年7月开始尝试掺加石粉，从10%到现在的45%。尝试使用石粉的原理借鉴矿渣立磨的成功经验，随着石粉量的增加，磨机出现过多次震停，严重时把磨机拉杆、热风管道等都震坏过。通过多次事故的经验教训，我们总结出磨制石粉时，操作方法有别于一般的生料立磨操作。具体操作方法如下：

(1)把磨机挡料环适当提高，由原设计的80mm（纯石灰石）调整到115mm、120mm、125mm。2010年随着磨辊、磨盘的磨损逐渐把挡料环降低为：115mm、105mm。

(2)根据石粉水分的大小合理调整出磨温度在75-85℃之间。

(3)提高研磨压力最大到6MPa.

(4)控制合理的物料颗粒机配石灰石粒度≤80mm,砂岩粒度≤30mm,最大不超过50mm。

(5)提高循环风机转速的980rpm,增加总风量。

通过优化实际操作，使磨机的产量由设计产量430t/h提高到了现在的490t/h，而且系统稳定质量合格。但使用中还存在问题，当石粉掺加量波动大时，磨系统会产生波动，但对产、质量没有太大影响；石粉水分大时，会造成石灰石取料机取料困难，所以要合理控制石粉掺加量、水分，并使其稳定。生料立磨产量的提高为回转窑产量的提高创造了条件，并且为降低电耗奠定了基础。

2.5 综合利用研究

系统使用低热值煤和工业废渣的综合利用研究，提高两档短窑对原燃材料的适应性，发挥其更佳的节能减排作用。

1）2010年3月生料磨开始试用赤泥。首先查阅资料了解使用赤泥后对生料粉磨、熟料煅烧的影响情况。借鉴同行经验从操作上认真体会，精心操作减少赤泥对生料粉磨、熟料煅烧的影响。其次操作员通过认真摸索，从上料方式上采取少、勤的原则，每次上料35-45吨，控制仓位在4.5m左右。经过一段时间的试用后，中控室及时反馈赤泥对粉磨、煅烧的影响情况，逐步加大赤泥的比例到1：1（赤泥：铁矿石）。加大赤泥比例后，曾多次出现赤泥断料的情况，中控生料磨操作员通过优化操作减少了出磨生料质量的波动，为熟料稳定煅烧创造了条件。同使用赤泥前比较，当月综合节省资金约32852.44元,吨熟料成本下降约0.18元。

2）2010年3月份对劣质煤进行试烧，通过工艺调整达到了优质、高产、均衡生产。

三月份原煤品质较上月偏低，波动大。煤热值降低1640千焦，灰分波动较大14%-21%，挥发份波动26%-31%,水分12%-18%。为了生产安全、稳定，对原煤进行合理搭配，工艺参数进行了调整。煤磨调整研磨压力由8.5MPa到9.5MPa，出口温度由66℃调整到68℃，降低煤粉细度、水分，使出磨煤粉质量稳定在一定的范围内（灰分：16%-17% 挥发份：27%-29%热值24000千焦左右）。

针对低热值煤回转窑操作参数进行了合理调整。控制窑头喷煤管轴流风转速在880rpm,旋流风转速450rpm,稳定一次风量，提高喷煤管动量。通过试烧劣质煤，使公司改变了短窑不能少烧劣质煤的旧观念，大胆尝试劣质煤的使用，把进厂原煤的热值从最初的5700千卡，降低到了5200千卡，结合试烧劣质煤的经验，不断优化操作参数，使公司的两档短窑适应了低热值劣质煤，从而节约了大量资金。

3 技术的创新点

1）本项目的生产能力由5500吨，提高到月平均日产6229吨，最高6456吨。熟料热耗为710千卡/千克，吨熟料耗电50.3度。国内先进能耗水平，熟料热耗760千卡/千克，吨熟料耗电69.34度。国际先进水平，熟料热耗730千卡/千克，吨熟料耗电64.9度。本项目的节能减排效果居国内领先水平，并达到国际先进水平。

2）调整立磨结构，优化磨机入料水分、温度、压力等操作参数，提高立磨的稳定性，大幅度降低了立磨能耗。

3）打破原设计的约束，更换燃烧器的位置，调整燃烧器的用风参数，改变生料配料方案，降低了窑主电流，提高了熟料产量和熟料质量。

4）通过对低热值煤和工业废渣的应用研究，提高了两档短窑对原燃材料的适应性，对节能减排起到了积极的推动作用。

通过对两档短窑从项目设计的优化、工艺参数的匹配、单体技术在生产线中的稳定性、可靠性、对工艺的调试、成果的汇总展示等方面，研究新型干法水泥熟料生产集成技术最佳的工况指标，实现最佳节能减排效果，本研究经过一年多的运行，窑生产能力已达到较好的能力，日产熟料已稳定达到6229吨，最高产量达到6456吨。窑运转率年平均可达92.5%，吨熟料耗标煤已达到100千克，吨熟料耗电以稳定在50.3度左右，仍有下降趋势，比国内先进水平耗煤下降8.5千克/吨熟料，比同规模新型干法生产线年可节约标准煤1.7万吨，吨熟料节电19.04度，年节电3800万度，取得了较好的经济效益和社会效益，节能减排效果明显，节能减排效果达到国内先进水平。

[1]包道金.5500t/d熟料的两支承超短窑设计简介[J].水泥工程.2008,(6).41-42