带SLCSLC分解炉的4 4 000000t/dt/d熟料生产线烧成系统技术优化

刘贵新，陈昌华，陶从喜，彭学平，李亮

带SLCSLC分解炉的4 4 000000t/dt/d熟料生产线烧成系统技术优化

刘贵新1，陈昌华2，陶从喜2，彭学平2，李亮3

为了降低系统能耗，提升技术装备水平，增强企业市场竞争力，华润水泥广州珠江水泥有限公司委托天津水泥工业设计研究院有限公司以EPC总承包形式对其带SLC型分解炉的4 000t/d熟料生产线烧成系统实施技术优化改造。技术优化前对烧成系统进行了热工标定和诊断分析，并对带SLC分解炉的预分解系统及窑头篦冷机系统提出了针对性的优化改进方案，优化改造后进行了72h连续生产考核，并由第三方进行了性能测试，结果表明烧成系统各项性能指标完全达到了预期效果，该项目顺利验收。

SLC型分解炉；篦冷机；节能降耗；技术优化

1　概况

华润水泥广州珠江水泥有限公司新型干法水泥生产线于1989年2月投产运行，设计产量4 000t/d，采用成套引进的丹麦史密斯公司的技术与装备，为当时国内技术及指标较先进的水泥熟料生产线之一。烧成系统工艺流程见图1，其中分解炉型式为SLC离线式分解炉，预热器系统分为两个独立的系列，即窑列和炉列，并配置两台独立的高温风机。回转窑的规格为ϕ4.75m×75m，窑头冷却机为富乐第三代篦冷机。

图1　烧成系统工艺流程图

2014年，天津水泥工业设计研究院有限公司（以下简称天津院）对该线进行了烧成系统的节能降耗技术改造，目标是进一步稳定并提高窑系统产量，降低烧成系统标准煤耗和电耗。技术改造前，由中国水泥发展中心进行热工标定，天津院技术研发中心进行诊断分析，改造后进行了72h连续生产考核，性能指标均达到合同要求，性能考核测试后由南京化工大学进行第三方标定验收。

2　技术改造前生产线存在的主要问题

技术改造前，生产线平均产量为4 800～5 000t/d，吨熟料标准煤耗为112kg左右，烧成工序电耗（不含煤磨）约26.8kWh/t熟料。为了实现节能降耗的目的，天津院配合厂方进行了热工标定、技术交流、初步调试等前期工作，认为生产线存在的主要问题如下。

（1）预热器系统分离效率低，出预热器含尘浓度高。

改造前的热工标定显示窑列C1旋风筒出口含尘浓度为104.83g/m3（标），炉列C1旋风筒出口含尘浓度为139.65g/m3（标）。经计算，窑列预热器的收尘效率为90.34%，炉列预热器的收尘效率为87.85%，预热器系统的总分离效率较低、回灰多。据厂方实物统计，正常产量下预热器的出口飞灰量约50t/h。预热器系统总分离效率通常设计为94%以上，出C1旋风筒烟气粉尘浓度低于70g/m3（标），该生产线预热器系统分离效率低于正常水平。

（2）分解炉内煤粉燃烧不充分，燃尽度低。

根据标定测试，炉列C5旋风筒出口的氧含量低于分解炉出口的氧含量，且分解炉出口CO含量平均为0.21%，煤粉在分解炉内没有充分燃烧，部分煤粉出炉后继续燃烧，炉列C5出口温度高于分解炉出口的温度，产生了温度“倒挂”现象。分解炉内煤粉燃烧不充分，烧成系统煤耗偏高。

（3）篦冷机热回收效率低，三次风温低，出篦冷机红料多。

窑头冷却机为富乐早期第三代篦冷机，技术比较落后，投产以来虽然进行过几次局部优化改造，但整体性能仍然较差。标定测试结果：冷却机的总鼓风量为2.03m3（标）/kg熟料，在一般篦冷机的正常用风范围内，但出篦冷机熟料温度平均为225℃，红料较多，同时三次风温较低，仅仅800℃左右。根据标定测试数据计算，该篦冷机热回收效率仅64.9%，远低于近年来广泛应用的第四代篦冷机的水平（热回收效率一般在74%左右）。

（4）烧成系统阻力大。

根据改造前的热工标定，在5 000t/d产量下，窑列预热器出口负压为-7 319Pa，炉列预热器出口负压为-7 826Pa，高于一般运行指标，烧成系统阻力偏大。同时，测试了烧成系统各部位的压力分布，认为阻力损失偏大的部位主要是各级旋风筒和三次风管。另外，该线回转窑采用了窑头收缩的结构型式，窑头段直径收缩较多，窑头缩口和窑门罩的尺寸相应偏小，不利于窑内通风。

表1　生产线改造前后的主要配置及参数

3　主要技改目标

结合生产线的原、燃料特点以及改造前的生产运行状况，同时考虑技术指标的先进性和可实现性，本次技改的保证指标为：

（1）熟料产量≥5 200t/d；

（2）标准煤耗≤106kg/t熟料；（3）烧成系统电耗≤25kWh/t熟料；

（4）熟料28d强度平均值≥59MPa；

（5）出篦冷机熟料温度≤环境温度+65℃；

（6）余热发电量≥29kWh/t熟料。

4　烧成系统主要技改方案

烧成系统技术改造方案主要针对稳定窑系统产量，降低熟料标准煤耗和电耗，提高煤质适应性。结合技改前问题的诊断分析，对回转窑、分解炉、预热器、冷却机、三次风管等进行了技术优化。生产线改造前后的主要配置和参数见表1。

4.1分解炉

图2为分解炉改造前后的示意图。为了促进分解炉内的煤粉充分燃尽，同时适应燃用劣质煤的需求，改造方案主要思路为增大分解炉容积、延长炉内气体停留时间和煤粉燃烧时间，从而提升分解炉内煤粉的燃尽度。综合考虑窑尾塔架内分解炉和预热器的布置情况，改造方案将分解炉进行加高，即向上增加一钵，分解炉容积由560m3提高至1 180m3左右。

4.2预热器

根据改造前的诊断分析结果，该线预热器系统存在的问题主要有两点，即出预热器粉尘浓度高和预热器系统阻力损失大。为了解决以上问题，C1旋风筒的改造考虑整体更换为天津院最新结构型式，提高预热器系统的分离效率；对C2～C5旋风筒进行优化降阻改造，在保证分离效率不降低的前提下降低压损。

（1）C1旋风筒柱体及蜗壳整体更换

图2　SLC分解炉改造前后示意图

C1旋风筒是预热器系统中窑尾烟气经过的最后一级分离设备，对整个预热器系统的分离效率影响最大。提高C1旋风筒分离效率，有利于降低出预热器烟气粉尘浓度，减少出预热器高温粉尘带走的热量，降低高温风机的磨损及窑尾收尘器的负荷。该线预热器系统分离效率较低，出预热器含尘浓度高，因此将C1旋风筒柱体及蜗壳整体更换为天津院最新设计型式，以提高分离效率至95%以上，出预热器含尘浓度降低至70g/m3（标）以下。

（2）C2～C5旋风筒局部改造降低压损

旋风筒的压损主要由三部分组成：进口阻力损失、旋涡流场的阻力损失以及出口阻力损失。这三项阻力损失，有些对粉尘的分离起有效作用，有些则对粉尘分离不起作用。C2～C5旋风筒的改造在保证分离效率不降低的前提下，通过结构的优化降低旋风筒无效阻力损失。结合原有旋风筒的设计特点以及天津院对旋风筒的冷模试验和数值模拟相关研究成果，具体改造方案为：加高旋风筒蜗壳高度，扩大进口面积，即增加图3中黄色区域，同时内筒适当加长，使旋风筒的结构更合理。通过降低进口风速来减少进口局部阻力损失，适当加长内筒以提高旋风筒的分离效率，从而实现在分离效率不降低的前提下降低旋风筒压损。

4.3回转窑

回转窑规格为ϕ4.75m×75m，最大转速为3.5r/min，电机功率为600kW。为促进窑内通风，提高回转窑工况的稳定性，回转窑最大转速由3.5r/min提高至4.0r/min，实现“薄料快烧”的要求。另外，由于原回转窑窑头缩口设计不合理，直径收缩过大（见图4），本次改造取消了回转窑窑头缩口，窑口直径由ϕ4 350mm扩大至ϕ 4 750mm，以降低窑口风速和局部阻力损失。窑头收缩取消后，可以相应地扩大窑门罩尺寸，从而降低窑头粉尘循环。

图3　C2～C5旋风筒改造示意图

图4　改造前的窑头缩口示意图

图5　SCLW6-CM带中间辊破的第四代篦冷机示意图

4.4篦冷机

改造前的篦冷机为IKN早期的第三代篦冷机，由于设备老旧，维修维护困难，热回收效率低，出篦冷机熟料温度高，本次改造直接更换为天津院最新型的第四代带中间辊式破碎机的行进式篦冷机（见图5），将产品升级换代。由于该线采用高铁配料，液相量大，熟料易结大块，采用中间辊破可以彻底解决出篦冷机熟料温度高的问题，同时提高出篦冷机入AQC锅炉的风温，提高窑头余热发电量。

4.5三次风管

改造前三次风管的直径为2 650mm，管道内风速偏高，压损较大。本次改造将三次风管整体更换，直径扩大至2 850mm，同时取消了原有独立的三次风沉降室，按照新的设计理念，将篦冷机抽风口扩大为沉降室，起到降低三次风含尘量的作用（见图6）。

图6　改造后的三次风管布置图

5　改造前后的热工标定数据及运行指标对比

改造前后主要部位的温度和压力测试结果对比见表2，从测试结果看：

（1）通过各级旋风筒、三次风管、回转窑缩口等部位的降阻改造，熟料产量从5 000t/d提高到5 400t/d，炉列出预热器压力由-7 826Pa下降至-6 590Pa，窑列出预热器压力由-7 319Pa下降至-5 730Pa。通过降阻改造措施，在提产的同时烧成系统的压损降低了1 400Pa左右。

（2）预热器出口温度改造前后平均值均为310～320℃，预热器的整体换热效率变化不大，可见各级旋风筒的改造在降低压损的同时没有降低分离效率。

（3）改造前炉列C5旋风筒出口温度比分解炉出口温度高，即存在“温度倒挂”现象。改造后“温度倒挂”现象消失，说明分解炉内煤粉燃尽度提高。

（4）窑头冷却机更换为第四代带中间辊式破碎机的篦冷机后，熟料温度明显下降，由225℃降低至106℃，窑尾三次风温由848℃升高至977℃，冷却机的热回收效率大幅度提高。

改造后生产线进行了72h连续运行考核，表3是改造前后主要指标和参数的对比表。技术改造后，生产运行稳定性增强，各项技术经济指标得到全面提升。

表2　改造前后主要部位温度和压力测试结果对比

表3　生产线改造前后主要指标及参数对比

6　结语

华润水泥广州珠江水泥有限公司通过技术优化实现了烧成系统主机设备的更新换代，降低了烧成系统的煤耗和电耗，提高了设备运行可靠性和生产运行稳定性。此次改造使该公司上世纪80年代投产的生产线各项指标在华润水泥各生产基地处于较好水平，有效地提高了公司的市场竞争力，为公司的可持续发展奠定了基础，也为水泥企业的节能减排提供了新的思路，对提升华润水泥各基地的技术水平意义重大。

[1]代申学，彭学平.九江南方2×2 500t/d煅烧劣质煤技术改造[J].水泥技术，2011，（3）：80-83.

[2]陶从喜，董蕊，等.2 500t/d烧成系统的改造[J].水泥技术，2014，（6）：18-19.

[3]彭学平，陶从喜.旋风预热器阻力特性机理的研究[J].水泥，2008，（6）：13-15.

Optimizationof4 000t/d Clinker Production Line＇s Burning System with SLC Calcinerr

TQ172.622.29

A

1001-6171（2016）05-0087-04

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2016-01-26；编辑：吕光