燒成系統(tǒng)能效提升的措施及應(yīng)用

水泥企業(yè)在“碳達(dá)峰和碳中和”的政策引導(dǎo)下，積極采取節(jié)能降耗措施，提高預(yù)熱器系統(tǒng)的能源利用效率是當(dāng)前較為有效的措施之一。我公司熟料燒成系統(tǒng)由Φ4.8m×72m回轉(zhuǎn)窯、雙系列5級(jí)低壓損旋風(fēng)預(yù)熱器和TDF分解爐組成，配套建設(shè)洪堡PYROCLON?REDOX深度脫硝治理工程。2022年通過對(duì)分解爐燃燒器、撒料板、C1旋風(fēng)筒等進(jìn)行小規(guī)模技改，同時(shí)對(duì)系統(tǒng)漏風(fēng)進(jìn)行全面治理，降低窯尾煙囪氧含量，減小環(huán)保壓力，實(shí)現(xiàn)了節(jié)能降耗，本文對(duì)燒成系統(tǒng)能效提升的具體措施進(jìn)行介紹。1、降低分解爐出口CO濃度水泥熟料燒成系統(tǒng)中煤粉的不完全燃燒生成CO，CO濃度較高時(shí)有三種危害，一是熟料必須在氧化氣氛下煅燒，當(dāng)生產(chǎn)中出現(xiàn)還原氣氛時(shí)，預(yù)熱器系統(tǒng)易造成黏結(jié)堵塞，窯內(nèi)結(jié)球的同時(shí)熟料易產(chǎn)生黃心料，導(dǎo)致A礦分解，影響熟料質(zhì)量；二是熟料熱耗升高，煤粉的不完全燃燒，造成煤粉燃盡率降低，噸熟料標(biāo)準(zhǔn)煤耗升高；三是分解爐出口的CO主要來源于PYROCLON?REDOX汽化爐脫硝后未參與反應(yīng)的部分和分解爐內(nèi)煤粉不完全燃燒，其濃度的高低會(huì)影響SNCR系統(tǒng)的脫硝效率，究其原因在于CO氧化成CO2的反應(yīng)需要OH基元參與，而NH3還原NOx的反應(yīng)也需要OH基元，CO對(duì)OH基元的爭奪會(huì)降低SNCR噴氨系統(tǒng)的脫硝效率。所以降低分解爐系統(tǒng)CO濃度對(duì)燒成系統(tǒng)降低能耗和能效提升有著至關(guān)重要的作用。1.1分解爐燃燒器技改煤粉的燃燒速度取決于煤粉的擴(kuò)散速度，在送煤風(fēng)機(jī)壓力一定的情況下，對(duì)分解爐燃燒器進(jìn)行技改，見圖1。改變煤粉的噴入方式，分解爐原有燃燒器在C4撒料箱撒料板下300mm位置，新燃燒器安裝位置與原燃燒器在同一水平面，新燃燒器插入深度在分解爐中心位置，前端有24個(gè)煤嘴，呈圓周雙層均勻分布，各噴嘴總面積之和不低于主管面積，煤粉噴入位置和擴(kuò)散方式的改進(jìn)，使煤粉燃燒速度加快，燃盡率提高，避免大量煤粉在生料稀相區(qū)燃燒，降低分解爐內(nèi)局部高溫。技改后分解爐出口CO濃度由1?051ppm降低到500ppm以下，氨水用量由790L/h降低到595L/h。圖1分解爐燃燒器改造1.2全開三次風(fēng)閘板我公司采用史密斯CB18×56第四代冷卻機(jī)，由于篦冷機(jī)配置是按7?200t/d設(shè)計(jì)，相較實(shí)際產(chǎn)量6?700t/d配置較大，為提高二、三次風(fēng)溫，適當(dāng)增加了篦冷機(jī)內(nèi)料層厚度，由原來的600mm增加到800mm。料層增厚后K31風(fēng)機(jī)電流下降30A，低于額定電流值的70%，通過加長葉輪葉片50mm，提高風(fēng)機(jī)性能，篦冷機(jī)一段壓力由6?000Pa提高到6?500Pa，二次風(fēng)溫升高30℃。通過調(diào)整配料方案，熟料中Al2O3含量由5.1%降低到4.7%，硅酸率由2.65±0.1降低到2.5±0.1，調(diào)整后熟料結(jié)粒均齊，飛砂料減少，篦冷機(jī)兩側(cè)紅河消除，同時(shí)把窯尾煙室的壓力降低到-250Pa以內(nèi)，調(diào)整后頭煤用量降低0.3~0.5t/h。配合調(diào)整窯頭燃燒器內(nèi)外風(fēng)比例和截面積，把燒成帶主窯皮長度控制在19~21m（原來窯皮長度在23~25m），操作上適當(dāng)提高窯速，采用薄料快燒，加強(qiáng)了窯內(nèi)通風(fēng)，降低大塊熟料形成概率，改善了熟料結(jié)粒。通過采取以上措施，三次風(fēng)閘板開度從70%提高至100%，充分發(fā)揮了分解爐的功效，減輕窯內(nèi)熱負(fù)荷，同時(shí)降低了分解爐出口CO濃度。2、撒料箱及撒料板的優(yōu)化預(yù)熱器中物料換熱80%在旋風(fēng)筒上升煙道中進(jìn)行，且主要換熱形式為對(duì)流換熱，對(duì)流換熱的速率取決于物料的分散程度，要提高管道中物料的分散程度主要靠撒料板和撒料箱來實(shí)現(xiàn)。本次技改撒料板采用開口較大、前端鏤空的結(jié)構(gòu)，并加裝弧型導(dǎo)料板（見圖2），這種結(jié)構(gòu)能夠使物料分散得更加均勻，可取得良好的換熱效果。2022年檢修期間將各級(jí)旋風(fēng)筒撒料箱下移，由距離旋風(fēng)筒蝸殼頂蓋2.5m處下移至0.9m處，目的是為了增加下料管物料的沖擊力和物料在風(fēng)管內(nèi)的換熱時(shí)間。對(duì)C3入C5撒料箱位置和撒料板結(jié)構(gòu)技改后，同時(shí)還解決了因上升煙道內(nèi)物料分散不均勻?qū)е碌摹敖Y(jié)團(tuán)”情況，避免了“結(jié)團(tuán)”高溫物料入窯后形成球核，球核在窯內(nèi)越滾越大，形成大塊熟料。圖2撒料板技改及撒料箱下移3、提高C1分離效率預(yù)熱器各級(jí)換熱單元的分離效率都對(duì)系統(tǒng)的熱效率有影響，但從數(shù)學(xué)推導(dǎo)來看其影響程度，從最上級(jí)開始，逐級(jí)遞減，即最上一級(jí)換熱單元的分離效率對(duì)系統(tǒng)熱效率的影響最大。根據(jù)C1出口粉塵濃度測(cè)定值，標(biāo)況下風(fēng)量306?862Nm3/h時(shí)粉塵濃度為95.02g/Nm3，計(jì)算出系統(tǒng)飛灰量為306?862×95.02/1?000?000=29.16（t/h）。技改前系統(tǒng)生料投料量為440t/h，但實(shí)際進(jìn)入預(yù)熱器的生料量僅為440-29.16=410.84（t/h），分離效率為93.37%，較理論設(shè)計(jì)分離效率（95.00%）低1.63%。通過在C1四個(gè)旋風(fēng)筒錐部增加尾渦隔離器（見圖3），減少旋風(fēng)筒內(nèi)粉塵二次飛揚(yáng)，提高分離效率，技改后同樣喂料400t/h測(cè)得C1出口粉塵含量為23.32t/h，分離效率為94.7%，比技改前提高1.33%.圖3C1錐部尾渦隔離器技改4、漏風(fēng)治理4.1預(yù)熱器系統(tǒng)漏風(fēng)的治理1）內(nèi)漏風(fēng)治理將C5下料管翻板閥更換為鎖風(fēng)效果好的微動(dòng)翻板閥（見圖4），根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況調(diào)整臂桿的角度和配重?cái)?shù)量，使得物料通過時(shí)翻板閥高頻次連續(xù)動(dòng)作，鎖風(fēng)效果良好，減少了預(yù)熱器系統(tǒng)內(nèi)漏風(fēng)現(xiàn)象。在C1下料管合適位置增加一道鎖風(fēng)閥，采用雙道翻板閥（見圖5），加強(qiáng)鎖風(fēng)效果。圖4C5微動(dòng)閥技改

圖5C1雙道翻板閥改造2）外漏風(fēng)治理每次檢修結(jié)束后，對(duì)預(yù)熱器檢修門壘磚、泡沫巖棉、石棉板等密封處理，各級(jí)旋風(fēng)筒澆筑料孔滿焊密封，對(duì)煙室清料孔進(jìn)行技改，將方形清料孔更換為圓形清料孔，其操作更便捷，密封效果更好，見圖6。圖6煙室清料孔改造4.2窯系統(tǒng)漏風(fēng)的治理我公司窯尾、窯頭密封為魚鱗片式密封，使用過程中受熱脹冷縮影響魚鱗片易變形，變形后的魚鱗片與回轉(zhuǎn)窯筒體之間間隙變大，大量冷空氣進(jìn)入造成窯尾煙室結(jié)皮和入窯二次風(fēng)溫波動(dòng)，冷風(fēng)的摻入也增加了系統(tǒng)的熱耗；熟料結(jié)粒不好時(shí)窯頭密封處大量飛砂料逸出，逸出的飛砂料散落到一檔托輪后加劇了設(shè)備的磨損；逸出的飛砂料造成一檔平臺(tái)及篦冷機(jī)前端地面積料增多，影響環(huán)境衛(wèi)生。針對(duì)以上問題決定改進(jìn)窯頭密封，采用正反向氣室復(fù)合柔性密封技術(shù)（見圖7）。圖7窯頭密封改造窯尾密封漏料會(huì)導(dǎo)致魚鱗片出現(xiàn)不可逆變形，進(jìn)一步加劇漏料和漏風(fēng)。尤其是在檢修預(yù)熱器時(shí)會(huì)有大量結(jié)皮和物料堆積在窯尾煙室斜坡處，采用輔傳轉(zhuǎn)窯時(shí)，物料帶起高度不夠，行走緩慢，進(jìn)而會(huì)有大量結(jié)皮物料從魚鱗片處漏出，致使魚鱗片破壞性損傷。這會(huì)導(dǎo)致生產(chǎn)時(shí)漏風(fēng)量進(jìn)一步加大，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使窯尾煙室溫度下降較多，影響窯系統(tǒng)熱工制度，再者大量冷空氣進(jìn)入窯尾煙室，會(huì)使入窯生料急劇降溫，導(dǎo)致煙室斜坡和下料溜板結(jié)皮，為此將窯尾密封改為重錘施壓端面接觸式摩擦密封（見圖8）。圖8窯尾密封改造4.3廢氣處理系統(tǒng)漏風(fēng)的治理窯尾煙囪的氧含量是漏風(fēng)和尾排電耗的直觀表現(xiàn)，我公司窯尾收塵器殼體銹蝕嚴(yán)重，上箱體銹蝕穿眼較多，漏風(fēng)量大，治理難度大。根據(jù)實(shí)際情況，在停窯檢修期間對(duì)上箱體采用耐磨涂層進(jìn)行修復(fù)，節(jié)約了檢修時(shí)