水泥熟料线烧成系统节能降耗技术的研究与应用

杨晓锋

摘要：该文针对某5000t/d水泥熟料生产线热耗和煤耗偏高的问题，通过生产工艺的改进、旋风筒的结构改造、下料管的重新布置、换热管道的优化设计、新型耐火材料的使用，生料立磨改为棍压机终粉磨系统等技改措施对该生产线进行综合节能技术改造。对比技改前后系统煤耗和电耗等关键性技术指标， 分析评价该生产线在技术改造后的实施效果。各项技术指标均得到改善提升，综合节能技改效果显著。

关键词：水泥熟料;烧成系统;节能降耗

近几十年来，水泥工业经历了多次变革，其生产工艺与设备不断改进， 并且产量逐年提高。目前，全球水泥产量约为 40 亿 t，预计到 2050 年，全球水泥产量将超过 50 亿 t。新型干法水泥生产技术是一种以预分解和悬浮预热技术为核心的水泥生产技术，可以实现系统集成化和生产过程自动 化，且具有高效、环保、节能等一系列优点。尽管如此，水泥生产能耗仍非常高，占工业能耗总量的 12%～15%。在我国，水泥行业的能耗约占全国建材行业总能耗的 35%。随着化石燃料日益紧缺，且燃料价格不断上涨， 降低水泥熟料烧成热耗已经迫在眉睫，这对于水泥行业的可持续发展具有 重要的战略意义。

1运行中存在的问题

结合生产运行中的实际情况，发现烧成系统主要存在如下问题：

人窑生料的易烧性较差：正常运行期间投料量为 370 吨 / 小时，当均化库下料波动或者生料率值略有提高就出现游离钙跑大点、窑头火焰发黑的情况，同时伴随有熟料结粒细小，窑前飞砂料增多;投料量不具备提产空间，加料 5 吨 / 小时就会出现窑内煅烧吃力，窑况恶化，窑尾漏料进而被动大幅减产，无法连续稳定操作。我们按照《水泥生料易烧性试验标准》进行生料易烧性试验，结果为温度 1400℃的 e-C_0 是 2.96%、温度 1450℃的 e-C_0 是 2.01%，确定易烧性属于较差范围。

窑尾煤粉存在后燃问题：运行中分解炉中部和出口的温度波动较 大，在 870℃ -930℃之间，说明炉内燃烧不稳定，预热器 C4 出口温度达到 800℃以上，明显通过多种途径来调节改善易烧性，调整中发现硅石的si02 接近 90%，现场物料的结晶度高，易磨性差，难于粉磨，所磨制的生料中有较粗的硅石粒度，而生料反应速率取决于 si02 的粒度和比表面积，在熟料煅烧过程中，生料中 si02 颗粒的结晶度高，对 Cs 和 C_0 转换率较低.易使熟料中的 e-C_0 值偏高。为核实判断的准确性，对硅石配料进行调整，因为当地物料暂没有替代品，只能降低硅率来抵消高结晶度硅石对煅烧的影响。结合原料粉磨及煅烧情况，熟料率值逐步调整到 HM=2.11、 sM=2.35、IM=1.26，通过提高铝含量和铁含量来降低硅率（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 含量合计提升 0.92%，熟料液相量由 24.04% 提升到 27.10%，调整后的生料易烧性明显改善，回转窑煅烧状况好转，能够适应窑况波动造成的影响， 窑台时逐步提升，同时未对熟料强度造成影响

2综合节能技改措施

2.1合理选择水泥熟料生产所用原材料

水泥熟料生产所用原材料主要包括石灰质原料和硅铝质原料，这些原材料的组成与特性对熟料理论形成热有着显著的影响。研究发现不同成因品位的石灰石直接与热耗相关，低品位石灰石热耗比高品位石灰石低10%～15%。随着天然矿石资源日益紧缺，工业废渣在水泥熟料生产中的应 用越来越普遍。通过物理化学理论计算，研究了粉煤灰、钢渣、电石渣等工业废渣对水泥熟料形成热的影响。结果表明，采用工业废渣替代传统的原材料，可以降低水泥熟料的理论形成热。在原料中引人适量矿化剂，也 可以促进熟料烧结，降低熟料形成温度。在经济成本允许的情况下，优先 选用工业废渣等作为水泥熟料生产原材料，有利于降低熟料烧成热耗。

2.2降低预热器出口废气带走的热损失

预热器出口废气带走的热损失主要取决于废气量和废气温度。因此， 降低预热器出口废气带走的热损失应从降低预热器出口废气量和废气温度考虑。预热器出口废气由 3 部分构成，即煤燃烧产生的理论烟气、生料水分蒸发和碳酸盐分解产生的水蒸气和二氧化碳，以及过剩空气。煤燃烧产生的理论烟气量、生料水分蒸发产生的水蒸气量和碳酸盐分解产生的二氧化碳量与原燃料本身的性质及消耗量有关，相同规格和类型生产线之间的差异较小。水泥窑系统漏风和系统操作会影响预热器出口废气中的过剩空气量。系统漏风风量占废气量的比例较小，但其造成的热损失却非常大。水泥回转窑系统漏风会增大预热器出口的废气量，从而增加废气带走的热损失。系统漏风也会扰乱系统的正常运行，增加熟料烧成热耗。窑头漏风会降低火焰和烧成带温度，窑尾漏风会影响预热器和分解炉内物料分解， 这些都会导致熟料烧成热耗增加。因此，在系统用风合理的条件下，要降低预热器出口的废气量，就需要保证系统具有良好的密封性。预热器出口废气温度与各级旋风筒换热效率和分离效率密切相关。一般而言，气体与物料之间的换热效率和分离效率越高，预热器出口废气温度越低。物料在气体中均匀分布，可以增加气料间的接触面积，从而提高换热效率。换热效率和分离效率很大程度上取决于预热器系统本身的性能。采用多级低阻高效旋风预热系统，能提高气料之间换热效率和分离效率，降低预热器出口废气温度。

2.3针对窑尾煤粉后燃采取措施

分解炉内的尾煤存在不充分燃烧，致使炉中和出口的温度波动和倒挂， 造成系统内的 C0 浓度超高，主要原因是分解炉内的风、煤、料匹配不合理， 从人炉煤管位置、炉内供风不足、煤粉质量控制等方面调整。1）现场工艺布置中的人炉煤管与人炉料管距离过近，生料分解吸热影响煤粉起燃， 对煤粉稳定燃烧有一定影响;人炉煤管位于三次风管的上方，没有布置在下方或者锥体位置，缺少预燃空间，加剧还原气氛，造成明显后燃。按照煤粉燃烧特性，改变人炉煤管的位置，与生料人炉位置错开，留出煤粉的预燃空间，利于煤粉的充分燃烧。

针对人炉煤管位置采取措施：在检修期间将人炉煤管下移到分解炉缩口膨胀节上方，比之前位置降低 3 米，按照风速计算可以延长尾煤的预燃时间 0.2s，同时存在后燃情况。现场标定结果是分解炉出口 C0 浓度高，在 480ppm-2000ppm 之間波动;原煤立磨是从窑尾高温风机出口取风，煤磨热风的 C0 浓度达到报警值 800ppm，处于危险运行状态。综合气体检测数据和温度显示来看，分解炉内的煤粉燃烧不好，存在严重后燃情况。

2.4减少系统的表面散热

系统表面散热主要归因于回转窑筒体表面散热和预分解系统表面散热，分别占系统表面散热的 60% 和 25% 左右。通过降低回转窑筒体表面散热和预分解系统表面散热，熟料形成过程中的热损失。采取的主要措施是根据回转窑不同带的特征，合理设计和使用相应的耐火材料，同时预分 解窑系统表面也应该采用合适的隔热保温材料，以减少系统的表面散热。此外，也有科研人员发现，用短窑替代长窑，可以降低系统表面散热带来的热损失。

结束语

通过对该项目采用节煤和节电的综合节能技改措施，生产线的热耗指标和电耗指标均得到一定程度的改善，技改效果总结如下：（1）热耗指标降低：技改后预热器出口温度降低了 20℃左右;烧成系统表面散热量约降低 10kb_l/t.bl;烧成系统总热耗较改造前降低了 8% 左右。（2）电耗指标降低：技改后生料制备电耗降低了 3kwh/t.bl;熟料综合电耗降低了 8kwh/t.bl 左右。

参考文献

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