高固气比技术在2500t/d水泥熟料线的改造案例介绍*

姚艳飞，陈延信，丁松雄，田俊琪（西安建筑科技大学材料科学与工程学院，陕西 西安 710055）

0 前言

水泥是国民经济建设最重要的基础性原材料之一[1]。水泥的生产流程决定了其高资源依赖性、高能耗、高污染的特性[2]。随着资源的消耗及国家对环保的不断重视，水泥熟料生产的节能、减排已经成为水泥工业最重要的发展方向之一。水泥工业的节能减排可通过工艺优化[3-5]、设备升级[6-7]、参数优化[8]、稳定控制等多种方式实现，其中的工艺优化指在原料粉磨、熟料烧成、污染物治理等环节利用先进工艺替换现有工艺，从而达到节能、减排的效果。

2018年，英德宝江2500t/d水泥熟料生产线采用高固气比悬浮预热分解技术对其烧成系统工艺进行技术改造，改造后熟料烧成煤耗降低至100.8 kg/t，熟料产能提高至3840t/d，上述指标在同规格生产线汇总均属先进水平。本文结合热工标定，对该生产线技改前后主要参数进行分析，以期为同行提供参考。

1 生产线情况介绍

英德市宝江水泥材料有限公司拥有一条2500t/d新型干法旋窑水泥熟料生产线，该生产线于2006年4月底建成投产，采用五级单系列预热预分解系统，其中分解炉采用CDC-R形式，回转窑规格为Φ4m×60m，配套BTF2500三代篦式冷却机。

2017年，我们对生产线进行热工标定，系统主要运行参数见表1。

表1 英德宝江2500t/d生产线系统主要运行参数

结合标定数据，该生产线存在问题及原因分析如下：

（1）尾煤燃烧效果差。检测得到分解炉出口O2含量1.0%左右，但其CO含量高达3500×10-6，同时C4出口温度达到803℃，高于775℃左右的平均值；综合以上，判断当前尾煤燃烧效果差，存在煤粉后燃现象，造成化学不完全燃烧损失热量多。

（2）预热系统出口废气携带热量较多。单位熟料配风量达到1.54m3/kg，高于1.35m3/kg的均值，距先进指标差距更大；同时预热系统出口废气温度高达高到351℃，较同规格生产线均值（320℃）偏高31℃。以上两种原因造成当前预热系统出口废气携带热量高达821.62kJ/kg。表2为所统计部分2500t/d水泥企业出口废气携带热汇总，可以看出，该生产线出口废气携带热量较多，直接造成了熟料烧成热耗的大幅增加。

表2 部分2500t/d生产线出口废气携带热量统计 kJ/kg

（3）系统分离效率偏低。检测得预热系统出口飞灰含量高达151.6g/m3，较设计指标75g/m3偏高一倍以上。计算得当前系统分离效率仅为88.12%，未达到95%设计指标。分离效率偏高也是造成预热系统烟气温度较高的原因之一，同时大量的飞灰直接造成了72.03kJ/kg，折合2.46kg/t的热量损失。

（4）入窑生料分解率偏低。当前入窑生料分解率仅为90.5%，低于平均95%的控制指标。较低的分解率增大了回转窑的热负荷，限制了系统产能的发挥。造成生料分解率偏低的原因主要为分解炉炉容较小，物料停留时间短；同时炉容小亦造成煤粉燃烧效果差，炉内温度不稳定，进一步影响了碳酸钙的分解。

（5）系统阻力损失较大。产量2744t/d时，高温风机入口负压已达到-7413Pa，高温风机接近满负荷运行。

（6）篦冷机热回收效率低。经计算，当前篦冷机热回收效率只有65.22%，低于72%的设计指标，被三次风及二次风回收至烧成系统的热量较少，造成了熟料烧成热耗的增加。

综合以上，原生产线预热预分解系统存在炉容小、系统阻力损失大、换热效果差、系统分离效率偏低、篦冷机运行效果差等一系列问题，以上问题直接影响了生产线运行指标。测定期间，系统平均运行产量仅为2744 t/d，熟料烧成热耗则高达119.4kg/t，均落后于同规格生产线。

2 技改方案介绍

根据生产线存在问题及宝江水泥实际情况，决定对宝江生产线进行技术改造，改造范围主要针对熟料烧成系统，包括预热预分解系统、篦冷机、三次风管及高温风机、煤秤等配套主辅机设备。

（1）窑尾系统。保留窑尾框架，将预热预分解系统整体更换为高固气比预热分解系统，其工艺流程见图1。高固气比预热分解系统主要由高固气比预热器和外循环式分解炉构成，其中高固气比预热器由两列并行排列的旋风预热单元组成。高温烟气从分解炉排出后，均分两路进入预热系统A、B两列；物料经预热器顶部喂料系统喂入后，依次经C1、C2A、C2B、C3A、C3B、C4A、C4B换热单元完成7次换热后进入分解炉内，换热次数与常规双系列预热系统相比提高了3次；同时，单个换热单元内，气固之间的换热是在全部的物料与一半的气体之间进行进行，固气比较常规系统增加了一倍以上，从而提高了单次换热效率。更多的换热次数和更高的单次换热效率使得预热系统的预热效果更加充分[9-10]，出预热系统烟气温度大幅降低。

图1 改造后宝江预热分解系统流程图

高固气比外循环式分解炉在出口处增设分离装置，部分粗颗粒物料及燃煤可经收集重新进入分解炉。在不改变分解炉外形尺寸的情况下，提高了物料在分解炉内的停留时间，保证物料的高分解率，同时提高分解炉内煤粉的燃尽率；且大量高温物料与煤粉的进入，提高了分解炉的热稳定性，入窑物料的表观分解率显著提高。

（2）更换篦冷机。改造后熟料产量增加，现有篦冷机篦床面积偏小，本次改造将篦冷机更换为四代篦冷机，篦床面积增加至83m2。

（3）烧成窑中系统。三次风管改造，高温闸板阀、窑主传改造等。

（4）配套主辅机设备。将窑头窑尾煤粉秤更换为申克秤，对三次风管进行扩径，原高温风机配风较小，本次一并进行改造，对其余配套设备进行相应改造或更换。

3 技改后生产线运行效果

本次改造停窑工期106天，实际工期95天，改造前后生产线预热系统外观如图2所示。

图2 改造前后预热系统外观

生产线于2018年11月底重新点火生产，系统运行稳定，产能、煤耗等指标较改造前均有大幅提高。具体如表3所示。

表3 宝江技改前后指标对比

改造后，生产线煤耗指标从落后同规格均值一跃成为行业领先；原料性质稳定时，熟料产量高达30840 t/d（连续10天均值），创Φ4m×60m窑型最高纪录。现结合生产线运行参数（见表4），对技改后的节煤效果进行计算说明。

表4 宝江2500t/d生产线运行参数

根据热工标定数据，改造前后，生产线主要支出热量对比如表5所示。

表5 宝江技改前后指标对比

根据计算，改造后熟料烧成热耗大幅降低的原因主要是预热系统出口热量的减少，烟气及粉尘带走的热量降低了246.16kJ/kg；同时篦冷机热回收效率从65.22%提高至72.89%，冷却后的熟料及去往煤磨、AQC锅炉中温风及低温余风损失的热量降低了123.62 kJ/kg；另外，得益于外循环式分解炉的贡献，煤粉燃烧更充分，同时入窑生料分解炉提高至98%，系统产量可以提高至3840t/d，均摊到单位熟料的表面散热损失减小了91.11kJ/kg。以上，使改造后生产线的熟料烧成热耗降低至100.80 kg/t。

4 结论

采用高固气比悬浮预热分解技术对宝江2500t/d生产线烧成系统进行技改后，生产线熟料烧成煤耗从119.4kg/t降低至100.80kg/t，熟料产量从2744 t/d提高至3840t/d，技改效果突出。改造后，预热系统出口温度从351℃降低至279℃，粉尘浓度从151.6g/m3减少至43.9g/m3，系统分离效率大幅提高；入窑生料分解率从90.5%提高至98%，煤粉燃烧充分，后燃现象彻底消失，各指标均属领先水平，同时改造后系统操作更稳定。