预热器系统的节能降耗改造

2017-05-14姜兵

中国水泥 2017年11期

姜兵

（中国中材国际工程股份有限公司（南京），南京 211100）

1 东北某水泥企业烧成系统综述

东北某水泥企业于2005年6月建成投产。设计规模为5 000t/d，熟料烧成系统采用了带TDF分解炉的双系列5级旋风预热器、四通道燃烧器（窑头）、φ4.8m×72m回转窑以及第三代空气梁篦式冷却机（篦床面积119.3m2）等。投产10余年来，熟料产量已能长期稳定在6 000t/d左右，还存在问题。（1）系统阻力大，吨熟料工序电耗高。（2）烧成热耗高。（3）预热器烟室结皮频繁。（4）三级料管塌料。（5）窑后易结圈。

针对上述问题，需对该生产线烧成系统实施技术改造，从而达到节能降耗、稳定运行的目标。

2 改造前烧成系统状况及存在问题

烧成系统结构参数、运行参数见表1；主要技术经济指标见表2。

表1 现有烧成系统结构参数、目前产量下的运行参数

表2 主要经济技术指标

由表1、2数据以及业主反馈的情况来看，烧成系统存在以下主要问题：

（1）C5出口温度高于分解炉出口温度，存在温度倒挂现象；C1出口废气CO含量为0.05%～0.3%，分解炉内煤粉燃烧不完全。

（2）C1出口废气温度高，达到360℃～390℃。

（3）预热器出口负压为6 400Pa ～6 600Pa，系统阻力大；C3、C4、C5旋风筒表观截面风速、进口风速均偏高。

（4）年运转率低，造成系统煤耗及电耗增加。

3 改造原则和思路

改造原则是充分利用现有可靠设备和设施，对烧成系统作适当改造，以降低单位熟料热耗和电耗。在实施过程中，尽量节省投资、缩短技改周期。

3.1 从现有的数据来分析，造成系统煤耗高的原因

（1）三次风分两路入炉且两路分风不均，缺少适当的旋流，导致分解炉内流场、浓度场及温度场不均匀，加上分解炉的炉容偏小，煤粉在分解炉内燃烧不充分，出现温度倒挂现象。

（2）预热器热效率偏低，C1出口废气温度高。

（3）年运转率低。

3.2 造成系统阻力大的原因

（1）在产量为6 000t/d情况下，各级旋风筒本体直径均偏小，表观截面风速及进口风速均偏大。

（2）三次风管和窑尾烟室处阻力偏大。

（3）各级旋风筒温度均比正常偏高，C1旋风筒由于配料中加入了少量煤矸石，温度比正常偏高更多，导致各级旋风筒工况风速增加，系统阻力增大。

（4）年运转率低。

3.3 烟室结皮的原因

（1）煤粉的不完全燃烧导致未烧尽的煤粉被带至烟室斜坡，造成斜坡处结皮。

（2）窑内通风不畅。

（3）窑头火焰软弱无力，头煤量偏大，加剧窑内还原气氛，导致烟室结皮的产生。

3.4 C3塌料的原因

（1）由于少量煤矸石参与配料，物料在C3进风口或撒料箱有发粘、积料现象。

（2）翻板阀锁风效果不好，旋风筒分离效率低，物料内循环增加造成塌料。

3.5 窑后结圈的原因

（1）煤粉细度偏粗，再加之分解炉炉容偏小，炉内通风不足，造成煤粉的不完全燃烧，易致窑后结圈。

（2）窑内通风不畅，窑头燃烧器内外风比例不合理，火焰细而长易造成窑后结圈现象。

在操作中，可适当降低煤粉细度，确保煤粉充分燃烧；调整燃烧器控制火焰形状及火焰长度来改善窑后结圈现象。

针对上述问题，本次改造着重从提高预热器热效率、减小系统阻力、改善分解炉内煤粉燃烧、减小C3塌料这几方面来考虑。

4 烧成系统改造方案

4.1 分解炉

为尽量减小土建的改造工作量及节省改造时间，分解炉采用了多种灵活的布置方法，以保持窑尾结构框架各层平面的主梁及框架的斜撑均不改动。在原有分解炉基础上增加鹅颈管，分解炉出口连接管道设计为方形管道，既保证风管截面积而又不影响框架主梁。进C5筒的风管从分解炉出口鹅颈管分两路至C5旋风筒。增加部分的鹅颈管充分利用了原有的窑尾框架内部的有效空间，炉体全部布置于框架内部，并尽可能增加了分解炉的容积。改造后的分解炉炉容由原有的约880m3增加至1 390m3，气体在炉内的停留时间由原先的2.3s增加至3.4s，可有效改善煤粉在炉内充分燃烧。分解炉改造方案见图1。

图1 分解炉改造方案示意图

4.2 三次风管

现有三次风管规格为φ3.1m，有效内径φ2.7m，现三次风分两路对冲入炉，阻力达1 000Pa以上，为降低阻力及改善炉内燃烧状况，三次风拟改为利用原有三次风管（筒体），在分解炉锥部单股旋切入炉方式，且更换高温阀。改造后，炉体压力损失小，有利于窑炉两路风的平衡，易于操作控制；气体在炉内停留时间长；可保证煤粉在炉内能充分燃烧，入窑生料表观分解率达95%以上，以利于系统稳定运行。

三次风管改造前后见图2a、2b。