水泥窑燃煤热值贫化原因分析及解决技术措施

郭明全

三门峡腾跃同力水泥有限公司（472411）

0 序言

目前，我国大部分新型干法水泥生产线通常采用立磨进行煤粉制备，此工艺通常从窑头篦冷机中温段或窑尾高温风机出口处取热风。从窑头取热风时，由于热风的温度较高，所以粉磨效率高，出磨煤粉的水分易控制，但容易发生煤粉燃烧等事故；从窑尾取热风时，由于烟气中氧气含量低、二氧化碳含量高，煤粉制备系统运行相对安全，但废气中含有生料粉。这些物料混入到煤粉中，致使煤粉的灰分通常比进厂原煤的灰分高。如果进煤磨系统的热气体经过了除尘处理，混入到煤粉中的物料会少些。正常情况下，出磨煤粉灰分比进厂原煤灰分高1%～2%。如果相差太大，说明煤质贫化严重，此时生产工艺设备或除尘设施可能出现了问题。

1 存在问题以及原因分析

我公司5 000 t/d熟料生产线煤磨系统置于窑尾，采用窑尾废气作为烘干热源。窑尾废气中的生料粉含量较高，约为80 g/Nm3。废气在进煤磨前是采用旋风筒除尘，除尘效率不到70%，所以一部分窑灰会随着窑尾热风进入煤磨。加入窑灰后的煤粉的含灰量比理论上煤粉的含灰量高出3.5%。根据灰分对煤粉发热值的经验公式计算，每1%的灰分会使煤粉热值降低约0.4 MJ/kg，此生产线出磨煤粉热值实际降低了1.5 MJ/kg左右，造成煤热值损耗增大。

表1 改造前后燃煤热值的对比情况

煤热值贫化还给熟料煅烧带来不利影响，主要表现在三个方面:①直接导致煤粉热值降低，造成热值浪费，不利于烧成带温度的提高，给生产高质量熟料造成困难；②掺入煤粉的窑灰大部分为未分解的生料粉，生料粉掺入到煤粉中在喷出燃烧器后进行分解，吸收大量的热，不利于煤粉的完全燃烧。窑尾煤粉燃烧不完全时，会产生大量结皮，造成预热器堵塞等工艺事故；③生料粉的黏性较大，混入煤粉后，在煤粉仓内堆积，流动性变差，会造成煤粉秤下煤不畅，进而引起煅烧工况的大幅波动，在影响煤耗指标的同时，也降低了熟料的质量[1]。

2 采取的改进技术措施

2.1 提高旋风筒收尘效率

1）在高温风机还有富余能力的情况下，通过提高预热器C1旋风筒的收尘效率的方式来减少预热器的飞灰含量。有关研究表明，当下料管处的漏风率为2.0%～2.5%时，分离效率降低20%～40%[1]。可采取以下措施:①把C1旋风筒下料管上的单翻板阀拆除，改成两台串联安装的微动双板锁风阀；②将C1旋风筒的内筒由3 550 mm加长到4 150 mm。

图1 预热器加装的微动双板锁风阀

2）可将入煤磨热风管道旋风收尘内筒由原来的3 000 mm加长到3 500 mm，同时在旋风筒下料管原有双翻板锁风阀的基础上增设一台回转下料器，以提高其锁风效果。通过一段时间的运行，对煤的热值贫化指标进行统计，其由原来的1.55 MJ/kg左右降低至1.17 MJ/kg左右，说明改造取得了一定效果。

2.2 为了彻底解决该问题，再次进行改造

为了彻底解决热风中的粉尘问题，综合参考了电改袋收尘器的技术方案经验，计划采用高温袋式收尘器替代原入煤磨热风管道上的旋风收尘器。经仔细核算，在原旋风收尘器的位置，增大支承面积，重新设计、安装1台高温袋式收尘器。整套收尘系统的设计收尘效率可以达到99.9%。袋式收尘器有很高的收灰效率，采用高温滤袋后，其适用温度可高达250℃。

改造后，袋式收尘器收集的窑尾灰利用原输送机、回转卸料器输送到生料库中。收尘器的设计风量为100 000 m3/h，正常温度为225℃。袋式收尘器由原旋风收尘器的建筑框架基础及新增加的钢框架支撑，并对原热风管道进行局部调整而不影响其它工艺管道。收尘器系统采用独立的PLC控制系统，控制系统包括就地控制柜、PLC控制柜、接线箱等。PLC控制柜对整个系统进行控制，包括远程信号控制系统。

为保障收尘器的安全运行，在收尘器入口加装了冷风阀门、温度传感器、火花捕捉器等设备，以消除因高温而引起的安全运行隐患。为了降低热损失，充分利用高温热风，收尘器及管道的保温材料选用新型纳米高效节能岩棉，与普通岩棉相比，其导热系数低、耐高温，保温效果更好，从而将热风自收尘器入口到煤磨热风入口的温降控制在10℃以内，有效利用了热风资源。

图2 改造后的耐高温收尘器

3 改造效果

系统改造后，由于原煤粉磨过程中带入的窑灰被充分去除，在同样的原煤质量情况下，出磨煤粉的热值提高了1.5 MJ/kg。煤粉热值提高后，煅烧系统改善显著，节煤效果明显，根据2019年至2020年的煤耗统计数据，吨熟料实物煤耗降低3.1 kg，按照全年生产110万t熟料计算，可节约原煤3 410 t，按1 t原煤600元计算，全年可节约费用204.6万元。由于回转窑煅烧温度的提高，熟料质量得到明显提升，熟料的3 d强度提高了1.5 MPa，28 d强度提高了2.1 MPa，为降低水泥生产成本创造了条件。

此次改造，不仅取得了一定的经济效益，而且取得了较好的环境效益。按节约3 410 t煤炭、收到基原煤发热量23.9 MJ/kg来计算，年减少NOx排放约44 t、CO2排放7 092 t、SO2排放68.2 t，响应了国家节能减排、绿色发展的号召。