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(1.太原理工大學 材料科學與工程學院，山西 太原 030024；2.山西職業(yè)技術學院，山西 太原 030006)

引言

高平市維高水泥制造有限公司(以下簡稱“維高水泥”)始建于2009年4月，于2010年9月正式投入試生產(chǎn)，現(xiàn)擁有1條2 500 t/d熟料的新型干法水泥生產(chǎn)線及裝機容量5 MW的純低溫余熱發(fā)電工程。為全面核實燒成系統(tǒng)實際能耗指標及設備運行情況，以便進一步優(yōu)化系統(tǒng)操作參數(shù)，進而挖掘燒成系統(tǒng)增產(chǎn)降耗空間，維高水泥與山西職業(yè)技術學院材料測試中心合作，對該生產(chǎn)線燒成系統(tǒng)進行了熱工標定。標定日期為2013年3月21日至24日。

1 燒成系統(tǒng)主機設備

維高水泥燒成系統(tǒng)主機設備見表1。

表1 燒成系統(tǒng)主機設備

2 燒成系統(tǒng)主要參數(shù)標定情況

測試期間，維高水泥燒成系統(tǒng)生產(chǎn)穩(wěn)定，測量數(shù)據(jù)與結果均處于正常波動范圍?，F(xiàn)場熱工檢測方法與數(shù)據(jù)處理均按照GB/T 26282—2010《水泥回轉窯熱平衡測定方法》和GB/T 26281—2010《水泥回轉窯熱平衡、熱效率、綜合能耗計算方法》規(guī)定進行。燒成系統(tǒng)基本參數(shù)及主要測定結果見表2。

表2 維高水泥燒成系統(tǒng)基本參數(shù)及主要測定結果

3 主機設備運行情況

從現(xiàn)場檢測和計算結果來看，標定已達到預期目的，并能反映系統(tǒng)目前的實際水平，現(xiàn)結合維高水泥生產(chǎn)實際對主機設備運行情況進行評價與分析。

3.1 預熱器運行情況分析

維高水泥燒成系統(tǒng)中預熱器為單系列5級旋風式，旋風筒數(shù)為2-1-1-1-1配置。該預熱器各級旋風筒出口廢氣參數(shù)測量結果見表3。

表3 維高水泥窯尾系統(tǒng)廢氣參數(shù)

從測定情況來看，窯尾煙室到C1出口廢氣溫度呈下降趨勢，窯尾負壓到預熱器出口負壓呈增大趨勢，此與預熱器工作狀況相符。預熱器C1出口廢氣溫度為312 ℃，在國內帶5級預熱器的分解窯系統(tǒng)中處于中上游水平；窯尾系統(tǒng)總壓力損失為6 110 Pa，遠大于水泥工廠節(jié)能設計規(guī)范中應<5 500 Pa的規(guī)定[1]，這說明該窯尾系統(tǒng)總壓損偏大。建議進行適當調整，降低窯尾壓力損失，不僅可為系統(tǒng)節(jié)省用電量，而且能降低預熱器出口廢氣的含塵濃度，減小了窯尾收塵設備的工作負荷。

3.2 分解爐運行情況分析

維高水泥燒成系統(tǒng)采用管道噴騰式分解爐，筒體結構較高，其目的是延長物料在爐內的滯留時間，提高碳酸鹽分解率。各級旋風筒下料口物料溫度及分解率見表4。

表4 維高水泥窯尾系統(tǒng)物料參數(shù)

該分解爐喂煤量為11 143.28 kg/h，按照測定的三次風量59 886.38 m3/h(標態(tài)下)計算，分解爐過?？諝庀禂?shù)僅為1.01，與測量結果1.02相近，說明分解爐的三次風風量略顯不足，即分解爐內煤粉燃燒不充分，即使三次風溫高達923 ℃，入窯物料的表觀分解率僅為88.67%。建議一方面適當增加三次風量，以便入爐煤粉盡快燃燒，使物料在有限的時間與空間內盡快吸熱分解；另一方面，調整燃料、生料入爐位置，可在分解爐中部設置一個縮口，加強噴騰效應，使爐內氣固兩相的運動更加合理[2]，以利于物料分解和煤粉燃燒。

3.3 回轉窯運行情況分析

在測試期間，維高水泥燒成系統(tǒng)的生料投料量為4 363.5 t/d，熟料產(chǎn)量為2 727.19 t/d，與系統(tǒng)設計能力2 500 t/d相比，超過設計產(chǎn)量9.1%?；剞D窯的單位有效容積產(chǎn)量為186.16 kg/(m3·h)，合4.47 t/(m3·d)。與預分解窯單位容積產(chǎn)量的統(tǒng)計數(shù)值145～240 kg/(m3·h)[3]相比較，容積產(chǎn)量處于國內中等水平。另外，回轉窯工作基本正常，偶有正壓現(xiàn)象；在距窯尾13～26 m范圍內，窯筒體表面溫度在300 ℃以上，可能是窯內耐火磚侵蝕嚴重變薄所致。建議關注窯皮的變化及表面溫度變化，適時調整火焰位置。

3.4 冷卻機運行情況分析

維高水泥燒成系統(tǒng)采用往復推動篦式冷卻機，冷卻機有效冷卻面積為66.6 m2。冷卻機系統(tǒng)主要操作參數(shù)見表5和表6。

表5 冷卻機主要操作參數(shù)

表6 省內部分企業(yè)篦冷機主要技術參數(shù)

從測定結果看，入窯二次風溫達1 004 ℃，入爐三次風溫為923 ℃(窯頭端)，與其他廠家相近；當窯產(chǎn)量在2 700 t/d時，冷卻機用風量為1.646 m3/kg，明顯低于其他企業(yè)篦式冷卻機用風量。經(jīng)現(xiàn)場觀察，發(fā)現(xiàn)冷卻機出口紅料較多，且熟料平均溫度為286.1 ℃，溫度明顯偏高，嚴重影響著輸送設備的使用壽命和水泥質量。分析其原因為：一是冷卻機鼓風量略顯不足，風量分配不合理；二是物料在篦床上分布不均勻，或者是燒成系統(tǒng)操作不穩(wěn)定。

建議將篦冷機鼓入風量增大至1.9～2.0 m3/kg，滿足熟料冷卻用風量，并留有一定富余量，為系統(tǒng)增產(chǎn)創(chuàng)造條件，使出冷卻機熟料溫度在100 ℃左右；合理調整風量及分布，進一步優(yōu)化操作，強化熟料冷卻，以改善熟料質量，并提高二次風和三次風溫度。

4 熟料熱耗分析

測定期間，維高水泥燒成系統(tǒng)窯頭實際喂煤量為5.777 t/h，分解爐實際喂煤量為11.14 t/h，窯、爐用煤量比例為33.36∶66.64，熟料燒成熱耗為3 297.49 kJ/kg。各企業(yè)的熟料燒成單位熱耗對比情況見表7，維高水泥燒成系統(tǒng)的主要熱量支出項目見表8。

表7 各企業(yè)熟料單位熱耗對比

表8 維高水泥燒成系統(tǒng)主要熱量支出項目

由表7和表8可以看出，維高水泥的燒成系統(tǒng)存在以下問題：

(1)熟料形成熱略高。由于采用石灰石、砂巖、鐵粉、頁巖進行配料，生料的易燒性稍差，熟料形成熱略高，為1 755 kJ/kg，而普通原料配料時的熟料形成熱約為1 730～1 750 kJ/kg[4]。

(2)預熱器出口廢氣熱損失偏高。預熱器出口廢氣與廢氣中粉塵共帶走熱量720.80 kJ/kg，為燒成系統(tǒng)的最大熱損失。

(3)出冷卻機熟料溫度偏高。

(4)余熱發(fā)電系統(tǒng)利用熱量較高。出冷卻機至余熱發(fā)電的風帶走的熱量為264.10 kJ/kg，與出冷卻機熟料帶走的熱量相當，對于燒成系統(tǒng)來講是較大的一部分熱量支出。

(5)燒成系統(tǒng)表面散熱較大。系統(tǒng)表面散熱量為332.18 kJ/kg，占總熱量的9.69%，而國內先進生產(chǎn)線燒成系統(tǒng)的表面散熱只占5.5%[1]。

建議從以下幾個方面進行改進：

(1)優(yōu)化生料配料方案，改善生料易燒性，降低熟料形成熱。

(2)適當調整冷卻機風機的風量及分布，降低出冷卻機熟料溫度，提高冷卻機熱效率。

(3)加強燒成系統(tǒng)主機設備的保溫，降低燒成系統(tǒng)表面散熱。

5 結語

對高平市維高水泥制造有限公司2 500 t/d熟料生產(chǎn)線預分解窯系統(tǒng)熱工標定的結果表明，燒成系統(tǒng)主機設備運行情況正常，但也存在一定的不足，系統(tǒng)產(chǎn)量具有較大的提升潛力；熟料單位熱耗相對較高，部分設備與操作參數(shù)有待改進，存有一定的降耗空間。具體改進措施為：

(1)適當調整配料方案，降低熟料形成熱，逐步實現(xiàn)水泥生產(chǎn)生態(tài)化。

(2)優(yōu)化窯尾系統(tǒng)操作參數(shù)，減少窯尾負壓損失，使預熱器出口廢氣熱損失和出口含塵濃度下降，降低窯尾收塵設備工作負荷。

(3)加強對主機設備的保溫，降低燒成系統(tǒng)表面熱損失，適當提高回轉窯轉速，提升系統(tǒng)產(chǎn)量。

(4)合理調整冷卻風量與分布，降低出冷卻機熟料溫度，提高三次風比例，改善分解爐內燃料的燃燒，加速傳熱，提高入窯物料分解率。

參考文獻：

[1] 曾學敏.水泥工業(yè)能源消耗現(xiàn)狀與節(jié)能潛力[J].中國水泥，2006(3)：16-21.

[2] 陳全德.水泥預分解窯熱工系統(tǒng)工程研究與實踐(三)[J].新世紀水泥導報，1996(1)：17-20.

[3] 嚴峻，葉越華.江西上高南方 4 500 t/d 預分解窯系統(tǒng)的熱工標定與分析[J].江西建材，2011(4)：15-17.

[4] 公磊，盛潔，李昌勇.赤峰遠航 2 500 t/d 生產(chǎn)線熱工檢測與節(jié)能分析[J].水泥，2009(12)：27-29.