窑系统节能降耗技术改造

王继升，独传新，刘清元，武浩

某公司5 000t/d水泥熟料生产线窑系统配备五级旋风预热器+喷腾式在线管道分解炉+φ4.8m×74m回转窑，自2008年建成投产以来，窑系统运行稳定，但存在预分解系统阻力高、一级出口温度高、熟料标准煤耗偏高的问题。根据生产记录统计，在窑系统投料量410t/h时，预热器一级出口压力达到-5 300Pa左右，一级出口温度320℃～330℃，高温风机转速给定840～850r/min，标煤耗110kg/t熟料以上。为降低预分解系统阻力、出口温度，节约电耗、煤耗，公司利用2019年大修时间，组织实施了窑系统的一系列节能技术改造。

1 问题原因分析

针对我公司窑系统存在的阻力高、煤耗高等问题，经排查，主要由以下几方面原因造成：

（1）分解炉鹅颈管处设计不合理。鹅颈管底部壳体为半圆形，较平滑，正常生产时鹅颈管处易积料，造成通风面积减小，系统阻力增大。

（2）分解炉出口与五级旋风筒连接处管道角度小。正常生产时，物料易在分解炉出口与五级旋风筒连接处管道内堆积，造成通风面积减小，系统阻力增大。

（3）烟室容积小，烟室内风速过高。五级下料管内物料进入烟室后产生二次扬尘，增大了进入分解炉气体的粉尘浓度，空气阻力增大。

（4）一级预热器分离效率低。一级预热器分离效率的高低直接决定了一级气体的温度和粉尘含量，分离效率低使部分热量被带走。

（5）煤粉输送过程中采用的固气比小。大量的冷风进入窑内，增加了热耗。

图1 鹅颈管和分解炉出口与五级旋风筒连接处管道改造前后示意图

（6）缩口面积过大，造成窑内风速过快，加之二次风温偏低，造成火焰偏长，火焰温度不集中，增加了热耗。

（7）为确保缩口不发生塌料现象，被迫降低三次风阀门高度以减少三次风量，但造成分解炉内煤粉燃烧不完全，煤粉的燃尽率下降。

2 技改措施

针对窑系统阻力高、煤耗高的原因，2019年，大修期间，公司进行了以下技术改造。

（1）分解炉鹅颈管底部壳体由半圆形改为直角形，彻底解决了鹅颈管底部积料问题，保证了鹅颈管处的通风面积，降低了因物料积存及通风面积减少产生的阻力。

（2）分解炉出口与五级旋风筒连接处管道降低1.7m，同时，连接管道由两个斜坡相连改为一个斜坡，减少了水平连接段，物料不会在分解炉出口与五级旋风筒连接管道内堆积，增大了分解炉出口与五级旋风筒连接处的通风面积，有效减少了通风阻力。鹅颈管和分解炉出口与五级旋风筒连接处管道改造前后示意图见图1。

（3）增大烟室容积，同时，下料方式由原来的两侧下料改为中间单点下料，物料通过中心的下料导料槽直接进入窑内，不仅避免了风速高造成的扬尘，而且改变下料方式后物料被吹散产生二次扬尘的概率也降低了，有效降低了气体粉尘浓度大产生的气体阻力。烟室改造示意图见图2。

（4）各级下料管、撒料箱下移，其中，入一级旋风筒的撒料箱下移1.5m，一、二、三级下料管及撒料箱下移1m。撒料箱下移延长了生料在各级旋风筒上升管道内的停留时间，延长了生料与高温气流的换热时间，提高了生料预热效率。

（5）为提高一级预热器的分离效率，延长物料在预热器内的停留时间，将原来一级预热器内的内筒长度由原来的2.45m增加到5.0m。

（6）窑尾烟室缩口由方形2.45m×2.45m改为圆形φ2.45m，相应的通风面积由原来的6m2减小为4.71m2。缩口通风面积减小，不仅增大了缩口风速，增大了分解炉内煤粉和物料喷腾效应及分散效果，提高了煤粉燃尽率，同时由于缩口面积的减少，避免了部分生料短路直接入窑。

（7）为降低入窑系统的冷风量，克服原有风机配置过大的弊端，将原有分解炉及窑头送煤风机风量分别由原来的163m3/h改为84m3/h、84m3/h改为45m3/h，窑头一次风机也由原来的145m3/h改为88m3/h。通过改造，不仅节约了电费，而且减少了冷风的进入，降低了煤耗。

（8）为保证熟料冷却效果，根据熟料的粒度特征，将原来的固定篦床分为单独的六个冷却区，避免了因料层厚度和粒度不同造成的阻力不均、通风量不平衡的现象。在不增加固定篦床长度的情况下，减少篦板尺寸，增加篦板数量，采用低阻流篦板，降低了压损，增大了通风冷却面积。将篦冷机固定篦床的冷却风量由原来的3.8×104m3/h增加到8.0×104m3/h，不仅保证了熟料急冷的效果，而且保证了窑内用风和氧含量，稳定了二次风温，为窑头煤粉完全燃烧提供了必要条件。篦冷机固定篦床和充气梁风机布置示意图见图3。

（9）为减少预热器内漏风，采用了高效锁风阀，既稳定了下料流量又克服了内漏风，为系统热工稳定创造了条件。

图2 烟室改造示意图

图3 篦冷机固定篦床和充气梁风机布置示意图

图4 改造前回转窑中控操作画面

图5 改造后回转窑中控操作画面

3 技改效果

改造前回转窑中控操作画面见图4，改造后回转窑中控操作画面见图5。通过对窑系统进行节能降耗改造，我公司预热器一级出口负压、一级出口温度、熟料工序电耗、标煤耗均有明显降低。技改后的具体工艺参数变化和经济效果如下：

（1）在投料410t/h时，预热器一级出口负压由5 300Pa降低至4 500Pa左右，高温风机转速由840～850r/min降低至800～810r/min。

（2）在投料410t/h时，预热器一级出口温度由330℃降低至270℃。

（3）二次风温稳定在1 150℃以上。

（4）熟料工序电耗由28.07kW·h/t降低至25.78 kW·h/t，降低2.29kW·h/t。预计每年可节约电费：179.8万吨×2.29kW·h/t×0.63kW·h/元≈259.4万元。

（5）标煤耗由改造前110.99kg/t熟料降低至104.43kg/t熟料，降低6.56kg/t熟料。全年可为公司节约原煤：1 798 000t×6.56kg/t熟料×7 000kcal÷5 400kcal÷1 000≈15 289.66t。

原煤价格按照2019年全年平均单价720元/吨计算，全年为公司节约成本：15 289.66t×720元/吨=1 100.86万元。

综上所述，窑系统节能降耗改造后，预计全年可节约成本259.39+1 100.86=1 360.25万元。

通过对窑系统进行节能降耗技术改造，我公司经济技术指标大幅提高，经济效益和社会效益显著提升。