7500t/d熟料水泥生产线的设计研发

杨耀东

7500t/d熟料水泥生产线的设计研发

Technology R&D of 7500t/d Clinker System

杨耀东

1 项目概况

黔南州惠水泰安水泥有限公司7500t/d熟料水泥生产线，2009年8月委托天津水泥工业设计研究院有限公司进行设计，经过近两年的设计和开发、设备采购、施工、安装、调试，于2011年8月顺利投料并达标，是目前全部主机设备国产化且单线产能最大的水泥生产线。

该项目是从石灰石进厂到水泥成品发运的一条完整的生产线（包括矿山），位于贵州省惠水县长田工业园区D区内，厂区海拔标高在1022～1083m之间，地势起伏较大，地形比较复杂。

原料采用石灰石、粘土、砂岩和硫酸渣四种原料配料，贵州黔南无烟煤作为熟料烧成燃料。原、燃料的粒度、水分和来料方式见表1。

表1 原、燃料的粒度、水分和来料方式

2 设计原则

（1）以“生产可靠、技术先进、节省投资、提高效益”为原则。设备选型中充分考虑水泥技术与装备发展水平，并着重于设备运行的可靠性，兼顾先进、节能、投资省及大件运输方便等因素，同时要满足国家和地方对环保、安全的要求。

（2）设计上考虑采用高硫劣质煤煅烧，水泥中掺加煤粉灰、炉渣等废渣，采用水泥厂低温余热发电技术，以达到“三废”综合利用。

（3）烧成系统采用天津水泥工业设计研究院有限公司研发、制造的具有先进技术的第三代双系列预热器系统、窑尾端扩大回转窑、第四代行进式稳流熟料冷却机。原料粉磨采用辊式磨，煤粉制备 采用管磨，水泥粉磨采用辊压机加管磨机系统。

（4）采用先进、可靠的集散型计算机控制系统，达到高效、节能、稳定生产、优化控制的目的，最大程度地减少操作岗位定员，以降低生产成本。

（5）厂区海拔标高在1022～1083m之间，系统设计需进行高原校正。

3 设计主要技术指标（表2）

表2 设计主要技术指标

4 项目的设计与开发

4.1 总图、物料储存及设备能力

总图布置（图1）在满足工艺系统要求的同时，根据地势设置多个台段，主生产线由南向北呈“一”字形布置。

物料的储存方式及主要生产车间设备能力见表3、4。

4.2 原、燃料的均化

设计考虑到干法生产对原料的均匀性要求和来料的多样性，石灰石、煤、辅助原料均设置预均化堆场，石灰石均化堆场考虑了扩建熟料线的储量。煤、辅助原料均化堆场预留了扩建的空间，生料设置生料均化库，以保证物料的均化和生产的稳定，规格见表3。

表3 物料的储存方式

表4 主要生产车间设备能力

4.3 粉磨系统的设计

4.3.1 原料粉磨

原料的水分、硬度、磨蚀性、设计能力见表5。

由表5可知，原料的磨蚀性较低、易磨。设计采用辊磨系统，系统工艺流程简单，集粉磨、烘干、选粉等工序于一体；烘干能力大，对原料的水分、粒度的适应性强；粉磨电耗低，节约能源；占地面积小，布置紧凑，土建投资低。

选型时若采用一台国产辊磨，磨机规格大，设备运输困难，该规格设备无使用记录，减速机需引进，制造周期长，造价高等。故此设计采用两套成熟的TRM42.4辊磨，每套系统产量为300t/h。该设备由天津水泥工业设计研究院有限公司制造。

4.3.2 煤粉制备

原煤的水分、硬度、设计能力见表6。

表6中煤的易磨性很差，考虑到煤来源的多变性、无烟煤的特性、对煤的细度要求较高等因素，设计采用球磨系统，具有适应性强、维修费用低、稳定性高的特点。

选型时若采用一台球磨，设备规格需ϕ5m×10+3m的磨机，国内没有成型设备，设备运输也困难。故此设计采用两套ϕ3m×7.75+3.5m球磨系统，每套系统产量为30t/h。

煤粉制备系统设计采用了周全的安全措施，如防爆阀、CO2灭火系统、消防水系统等。

4.3.3 水泥粉磨

考虑到水泥品种需适应不同客户的要求、设备运输和投资等情况，水泥粉磨系统采用常规GYJ180-100辊压机、ϕ4.2m×13m球磨机组成的联合粉磨系统，每套系统生产能力为170t/h（P.O42.5）、180t/h（P.C32.5）。

该系统可利用辊压机的粉碎节能，利用磨机来调水泥品质。可实现多种操作模式，如辊压机和球磨机联合操作、球磨单独操作、辊压机单独操作，适应不同状态的要求；取消了旋风筒及V形选粉机循环风机，降低磨损，提高运转率；圈流粉磨避免了磨机过粉磨，产品温度可以得到有效控制，可提高系统产量，降低水泥电耗。

表5 原料的水分、硬度、磨蚀性、设计能力

表6 原料的水分、硬度、磨蚀性、设计能力

4.4 烧成系统的设计开发

日产熟料7500t的水泥烧成系统，国产化还是空白，为此天津水泥工业设计研究院有限公司专门为该项目研发了烧成系统及设备：预热器、回转窑、冷却机、燃烧器。

熟料煅烧采用一套窑尾带双系列五级旋风预热器和TTF型分解炉，一台ϕ5.4/5.8m×78m的回转窑系统。窑和分解炉用煤比例为40%～45%和60%～55%，入窑物料的碳酸钙分解率大于90%。回转窑采用三挡支撑，斜度为3.5%，转速为0.4～4.0r/min，双侧传动。窑头配有多通道燃烧器，系统配置双高温风机。

分解炉用三次风从冷却机抽取，通过三次风管直接送至分解炉。

熟料冷却采用第四代行进式稳流篦冷机，冷却机中部设有辊式破碎机。

熟料烧成系统热耗3009.6kJ/kg(720kcal/kg)。

4.4.1 预热器和分解炉

双系列五级旋风预热器、TTF分解炉有如下优点：

（1）一级旋风筒分离效率高，排出系统粉尘量少，提高了系统热效率；四级旋风筒下料两级分料的设计，很好地解决了因燃烧高硫煤而造成的烟室结皮问题；五级旋风筒分离效率高，减少了高温料粉的再循环，从而降低了热耗，同时减少了高温粘性物料对旋风筒的堵塞。

（2）采用新型锁风阀，减少了系统的内外漏风，有利于降低热耗。

（3）物料分散采用撒料盒装置，提高了固气之间的热交换速率。

（4）分解炉直接安装在窑尾烟室上面，窑气直接进入分解炉，所以不存在上升烟道结皮问题，保证了窑系统的稳定操作。

（5）气体、物料和燃料在炉内混合均匀，形成一稳定的燃烧区，避免了炉内局部过热，所以分解炉很少结皮。由于炉子底部与窑尾烟室直接相连，开口大，不易发生堵塞。

（6）低压损五级旋风预热器，系统压损小，热交换效率高，排出的废气中NOX低，物料的适应性强。

4.4.2 回转窑

规格：ϕ5.4/5.8m×78m回转窑为ϕ5.4m×78m，同时回转窑尾端直径扩大至5.8m。双侧传动。

回转窑有如下优点：

（1）通过尾端直径扩大，可以有效把烟室的最小断面面积扩大，从而有效降低回转窑和烟室的阻力，大大改善窑内通风，减少烟室飞灰损失，进而对回转窑产量的发挥创造有利条件，可以最大限度地发挥回转窑的潜能；

（2）本项目燃煤中硫含量偏高，回转窑内可能出现长厚窑皮或结后圈以及烟室结皮，设计中采取了烟室料幕等适应高硫煤技术，同时采用回转窑尾端扩大技术，也可有效缓解燃煤中硫含量偏高带来的不利影响，为将来生产线的稳定运行提供基础；

（3）采用尾端扩大技术，三次风管阀门开度可适当加大，从而可降低系统阻力，避免由于三次风管阀门开度太小而造成的阀体较快磨损；

（4）双传动装置和双液压挡轮装置同步运行设计为大型回转窑可靠、平稳运行提供了有力保障。

4.4.3 篦冷机

规格：TC7500，篦床面积189.11m2，冲程次数6次。

篦冷机有如下优点：

（1）高冷却效率，中置辊式熟料破碎机，进一步提升了二段篦床的冷却效果，熟料出冷却机温度70～90℃。

（2）高热回收率，二三次风温度较高，二次风温一般1100℃以上，三次风温900～950℃，使得回转窑和分解炉内的煤粉处于相对较高的温度环境，迅速起燃，给无烟煤燃烧创造了有利的环境。

表7 泰安水泥12月5日8个小时的运行数据

表8 泰安水泥12月5日至12月19日半个月的运行统计数据

（3）高运转率，设备带自动润滑系统，提高了设备运转率。

（4）无漏料冷却机，篦床下不再设漏料锁风装置和拉链机。

4.4.4 燃烧器

燃烧器采用TCNB型大推力窑头燃烧器。

燃烧器有如下优点：

一次风使用量低（～8%），能适应低挥发分（7%～9%）低热值煤（18810～20900kJ/kg，火力集中、窑头升温快的特性，很好地保证了二次风温（～1200℃）。

4.5 系统环保、节能上的措施

4.5.1 环境保护

在物料扬尘点及生产系统的废气排放点均设置有收尘器，以保证扬尘点及废气排放点的废气粉尘排放浓度达到国家环保标准要求。对产生噪音较大的设备和场所，均采用消音或封闭隔离的办法，以达到降低噪音等级保护生产人员身心健康的目的。

设计中采用的措施有：

（1）选用国内高效的除尘设备，确保净化后的废气含尘量达到国家环保标准要求。

（2）各种物料预均化堆场均采用封闭式堆场。

（3）减少生产中扬尘环节，减少物料转运点，降低物料落差，选择密闭性好的输送设备，减少粉尘外逸。

（4）控制生产噪音，选用低噪音设备和加消声器，对强噪声源车间及单体设备均采用封闭式厂房。

（5）在生产线周围种树绿化，特别在强噪声源车间周围多种树木，以其屏蔽作用使噪声受到不同程度的隔绝与吸收。

4.5.2 节能措施

（1）利用窑尾废气的余热（或余热发电后）烘干原料，利用窑头废气的余热烘干原煤，合理地利用和回收了能源。

（2）熟料冷却采用篦冷机，提高了入窑的二次风温及入分解炉的三次风温，从而改善了窑炉燃烧条件，提高了煅烧效果，降低了烧成热耗。

（3）采用多通道喷煤管和计量准确的煤粉计量系统，提高了燃烧效率，精确地控制了燃煤量，保证了喂煤均匀，调整及时准确。

（4）预热器及分解炉选用低压损系统，减少了系统阻力，降低了电耗。

（5）生产工艺上采用的各种风机，采用变频器传动来改变电机转速可收到非常好的节能效果。主要有原料磨循环风机、窑尾废气处理排风机、窑尾高温风机、篦冷机冷却风机、冷却机排风机、煤磨系统风机、水泥磨系统风机等。

4.6 电气自动化控制

为使工艺生产线处于最佳运行状态，保证产品质量，节约能源，提高劳动生产率，设计采用技术性能可靠且先进的集散型计算机控制系统，对主要工艺流程的各车间进行集中监控管理，分散控制。

系统由操作站、现场控制站、系统通讯网络组成。操作站设置于中央控制室，除完成对电气设备的监控外，还完成生产过程参数的显示、设定、报警、记录和自动控制，故障报警及各工艺参数亦定期或随时可打印报表。现场控制站设置于各电力室，完成顺序逻辑控制，开关量和模拟量的数据采集、处理，PID回路的控制等。

5 结论

运行数据（表7、8）显示，该烧成系统日产熟料达到7540t（料耗1.60kg生料/kg熟料），熟料热耗在2967.8～3080.7kJ/kg熟料（煤平均热值在20147.6～20900kJ/kg）之间，电耗57.4kWh/t熟料，达到了设计指标，各项指标均达到国际先进水平。该生产线的稳定运行，标志着系统设计和设备开发的成功，为水泥生产线设备国产大型化的开发应用奠定了坚实基础。

TQ172.622.29

A

1001-6171（2012）03-0028-05

2011-11-11；编辑：沈颖