高平维高水泥2 500 t/d预分解窑系统的热工标定与分析

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(1.太原理工大学 材料科学与工程学院，山西 太原 030024；2.山西职业技术学院，山西 太原 030006)

引言

高平市维高水泥制造有限公司(以下简称“维高水泥”)始建于2009年4月，于2010年9月正式投入试生产，现拥有1条2 500 t/d熟料的新型干法水泥生产线及装机容量5 MW的纯低温余热发电工程。为全面核实烧成系统实际能耗指标及设备运行情况，以便进一步优化系统操作参数，进而挖掘烧成系统增产降耗空间，维高水泥与山西职业技术学院材料测试中心合作，对该生产线烧成系统进行了热工标定。标定日期为2013年3月21日至24日。

1 烧成系统主机设备

维高水泥烧成系统主机设备见表1。

表1 烧成系统主机设备

2 烧成系统主要参数标定情况

测试期间，维高水泥烧成系统生产稳定，测量数据与结果均处于正常波动范围。现场热工检测方法与数据处理均按照GB/T 26282—2010《水泥回转窑热平衡测定方法》和GB/T 26281—2010《水泥回转窑热平衡、热效率、综合能耗计算方法》规定进行。烧成系统基本参数及主要测定结果见表2。

表2 维高水泥烧成系统基本参数及主要测定结果

3 主机设备运行情况

从现场检测和计算结果来看，标定已达到预期目的，并能反映系统目前的实际水平，现结合维高水泥生产实际对主机设备运行情况进行评价与分析。

3.1 预热器运行情况分析

维高水泥烧成系统中预热器为单系列5级旋风式，旋风筒数为2-1-1-1-1配置。该预热器各级旋风筒出口废气参数测量结果见表3。

表3 维高水泥窑尾系统废气参数

从测定情况来看，窑尾烟室到C1出口废气温度呈下降趋势，窑尾负压到预热器出口负压呈增大趋势，此与预热器工作状况相符。预热器C1出口废气温度为312 ℃，在国内带5级预热器的分解窑系统中处于中上游水平；窑尾系统总压力损失为6 110 Pa，远大于水泥工厂节能设计规范中应<5 500 Pa的规定[1]，这说明该窑尾系统总压损偏大。建议进行适当调整，降低窑尾压力损失，不仅可为系统节省用电量，而且能降低预热器出口废气的含尘浓度，减小了窑尾收尘设备的工作负荷。

3.2 分解炉运行情况分析

维高水泥烧成系统采用管道喷腾式分解炉，筒体结构较高，其目的是延长物料在炉内的滞留时间，提高碳酸盐分解率。各级旋风筒下料口物料温度及分解率见表4。

表4 维高水泥窑尾系统物料参数

该分解炉喂煤量为11 143.28 kg/h，按照测定的三次风量59 886.38 m3/h(标态下)计算，分解炉过剩空气系数仅为1.01，与测量结果1.02相近，说明分解炉的三次风风量略显不足，即分解炉内煤粉燃烧不充分，即使三次风温高达923 ℃，入窑物料的表观分解率仅为88.67%。建议一方面适当增加三次风量，以便入炉煤粉尽快燃烧，使物料在有限的时间与空间内尽快吸热分解；另一方面，调整燃料、生料入炉位置，可在分解炉中部设置一个缩口，加强喷腾效应，使炉内气固两相的运动更加合理[2]，以利于物料分解和煤粉燃烧。

3.3 回转窑运行情况分析

在测试期间，维高水泥烧成系统的生料投料量为4 363.5 t/d，熟料产量为2 727.19 t/d，与系统设计能力2 500 t/d相比，超过设计产量9.1%。回转窑的单位有效容积产量为186.16 kg/(m3·h)，合4.47 t/(m3·d)。与预分解窑单位容积产量的统计数值145～240 kg/(m3·h)[3]相比较，容积产量处于国内中等水平。另外，回转窑工作基本正常，偶有正压现象；在距窑尾13～26 m范围内，窑筒体表面温度在300 ℃以上，可能是窑内耐火砖侵蚀严重变薄所致。建议关注窑皮的变化及表面温度变化，适时调整火焰位置。

3.4 冷却机运行情况分析

维高水泥烧成系统采用往复推动篦式冷却机，冷却机有效冷却面积为66.6 m2。冷却机系统主要操作参数见表5和表6。

表5 冷却机主要操作参数

表6 省内部分企业篦冷机主要技术参数

从测定结果看，入窑二次风温达1 004 ℃，入炉三次风温为923 ℃(窑头端)，与其他厂家相近；当窑产量在2 700 t/d时，冷却机用风量为1.646 m3/kg，明显低于其他企业篦式冷却机用风量。经现场观察，发现冷却机出口红料较多，且熟料平均温度为286.1 ℃，温度明显偏高，严重影响着输送设备的使用寿命和水泥质量。分析其原因为：一是冷却机鼓风量略显不足，风量分配不合理；二是物料在篦床上分布不均匀，或者是烧成系统操作不稳定。

建议将篦冷机鼓入风量增大至1.9～2.0 m3/kg，满足熟料冷却用风量，并留有一定富余量，为系统增产创造条件，使出冷却机熟料温度在100 ℃左右；合理调整风量及分布，进一步优化操作，强化熟料冷却，以改善熟料质量，并提高二次风和三次风温度。

4 熟料热耗分析

测定期间，维高水泥烧成系统窑头实际喂煤量为5.777 t/h，分解炉实际喂煤量为11.14 t/h，窑、炉用煤量比例为33.36∶66.64，熟料烧成热耗为3 297.49 kJ/kg。各企业的熟料烧成单位热耗对比情况见表7，维高水泥烧成系统的主要热量支出项目见表8。

表7 各企业熟料单位热耗对比

表8 维高水泥烧成系统主要热量支出项目

由表7和表8可以看出，维高水泥的烧成系统存在以下问题：

(1)熟料形成热略高。由于采用石灰石、砂岩、铁粉、页岩进行配料，生料的易烧性稍差，熟料形成热略高，为1 755 kJ/kg，而普通原料配料时的熟料形成热约为1 730～1 750 kJ/kg[4]。

(2)预热器出口废气热损失偏高。预热器出口废气与废气中粉尘共带走热量720.80 kJ/kg，为烧成系统的最大热损失。

(3)出冷却机熟料温度偏高。

(4)余热发电系统利用热量较高。出冷却机至余热发电的风带走的热量为264.10 kJ/kg，与出冷却机熟料带走的热量相当，对于烧成系统来讲是较大的一部分热量支出。

(5)烧成系统表面散热较大。系统表面散热量为332.18 kJ/kg，占总热量的9.69%，而国内先进生产线烧成系统的表面散热只占5.5%[1]。

建议从以下几个方面进行改进：

(1)优化生料配料方案，改善生料易烧性，降低熟料形成热。

(2)适当调整冷却机风机的风量及分布，降低出冷却机熟料温度，提高冷却机热效率。

(3)加强烧成系统主机设备的保温，降低烧成系统表面散热。

5 结语

对高平市维高水泥制造有限公司2 500 t/d熟料生产线预分解窑系统热工标定的结果表明，烧成系统主机设备运行情况正常，但也存在一定的不足，系统产量具有较大的提升潜力；熟料单位热耗相对较高，部分设备与操作参数有待改进，存有一定的降耗空间。具体改进措施为：

(1)适当调整配料方案，降低熟料形成热，逐步实现水泥生产生态化。

(2)优化窑尾系统操作参数，减少窑尾负压损失，使预热器出口废气热损失和出口含尘浓度下降，降低窑尾收尘设备工作负荷。

(3)加强对主机设备的保温，降低烧成系统表面热损失，适当提高回转窑转速，提升系统产量。

(4)合理调整冷却风量与分布，降低出冷却机熟料温度，提高三次风比例，改善分解炉内燃料的燃烧，加速传热，提高入窑物料分解率。

参考文献：

[1] 曾学敏.水泥工业能源消耗现状与节能潜力[J].中国水泥，2006(3)：16-21.

[2] 陈全德.水泥预分解窑热工系统工程研究与实践(三)[J].新世纪水泥导报，1996(1)：17-20.

[3] 严峻，叶越华.江西上高南方 4 500 t/d 预分解窑系统的热工标定与分析[J].江西建材，2011(4)：15-17.

[4] 公磊，盛洁，李昌勇.赤峰远航 2 500 t/d 生产线热工检测与节能分析[J].水泥，2009(12)：27-29.