前言

某公司#1水泥熟料生產線于1998年投產，其燒成系統采用了天津院設計的帶TD分解爐雙系列五級旋風預熱器、ф4m×60m回轉窯、第三代篦式冷卻機等設備，燃料采用煙煤。該生產線原設計熟料產量為2000t/d，投產十多年來，經過一系列的改進完善和優化操作，熟料產量達2700W，生產也基本正常，但一直存在入窯物料分解率低且不穩定、系統阻力大、燒成熱耗高等問題。為此對該生產線實施技術改造，從而達到節能降耗、穩定運行的目標。

該生產線預分解系統采用了帶TD分解爐雙系列五級預熱器，分解爐總有效容積約250m3。燃料采用煙煤，其工業分析結果見表1。

表1 煤的工業分析

改造前燒成系統熟料產量為2700t/d，單位熟料熱耗為840×4.18kJ/kg，入窯分解率為89％，出篦冷機熟料溫度為170～230℃，各級預熱器及分解爐的運行參數見表2。

表2 改造前燒成系統的結構與運行參數

由表2以及生產數據可以看出，燒成系統存在以下問題：

(1)C5出口溫度高于分解爐出口溫度，說明分解爐內煤粉燃燒不夠充分，存在一定的后燃燒現象；

(2)入窯物料分解率低(<90％)，且不穩定，不僅影響窯產量，而且影響燒成系統的運行和熟料質量的穩定性；

(3)C1出口廢氣溫度高，系統阻力大；

(4)燒成系統煤耗高，熟料標煤煤耗達120kg/t；

(5)篦冷機熱回收效率偏低。

對此，本次改造保持現有回轉窯和篦冷機規格不變，充分利用現有可靠設備和設施，對燒成系統作適當改造，以降低單位熟料熱耗和電耗。

從現有的中控數據和實際生產運行中得到的數據來分析，造成系統阻力大的主要原因在于各級旋風筒規格偏小，風速偏大。造成系統熱耗高的主要原因有：①煤粉燃燒不充分，分解爐發熱能力不足。②篦冷機熱回收效率偏低。

針對上述問題，本次改造著重從預分解爐系統和篦冷機配風兩個方面來考慮。

由表2可以看出，在現有產量為2700t/d時，各級旋風筒表觀風速、進出口風速及連接風管各部位風速均偏大，尤其是C1進口風速高達28m/s左右，C2、C3的進口風速高達25m/s左右，C3出口風速28m/s。考慮到旋風筒表觀風速仍在正常范圍內，且考慮整個改造周期和改造費用，本次技改主要對C1旋風筒、分解爐、煙室做局部改造并更換撒料箱，以降低系統阻力，提高系統熱效率，從而滿足系統節能降耗要求。

針對存在的問題，并結合生產線的實際情況，經過充分論證，確定預分解系統具體的改造措施如下。

2.1 分解爐

為盡量減小土建的改造工作量及節省改造時間，分解爐采用了多種靈活的布置方法，以保持窯尾結構框架各層平面的主梁及框架的斜撐均不改動。

在原有分解爐基礎上增加鵝頸管，分解爐出口連接管道設計為方形管道，既保證風管截面積而又不影響框架主梁。增加部分的鵝頸管充分利用了原有的窯尾框架內部的有效空間，爐體全部布置于框架內部，并盡可能增加分解爐的容積。

改造后的分解爐爐容由原有的約250m3增加至470m3，氣體在爐內的停留時間由原先的1.5S增加至2.7S。分解爐改造前后設計如圖1(a)，(b)所示。

圖1 改造前后的分解爐結構

2.2 旋風筒及連接風管

保留原有預熱器框架不變，旋風筒及連接風管部分作如下改造：

(1)考慮到原有C1筒阻力高達2000Pa，本次技改更換了整個C1旋風筒，將原有C1的4-ф3070mm筒整體更換為2-ф4900mm筒，C1進風口面積和出口直徑均擴大，以降低系統阻力，有效提高系統熱效率和分離效率，從而減小窯灰帶走的熱量損失。C1旋風筒改造前后見圖2(a)、(b)。

圖2 改造前后的預熱器C1筒設計

(2)C2至C1旋風筒進風管局部改造，改造前后風管見圖3(a)、(b)。

圖3 改造前后C2至C1旋風筒進風管結構

(3)C1出口廢氣風管局部改造，以降低氣體的流速。

(4)因分解爐出口管道位置變動，C5旋風筒(除下部歪錐部分)整體旋轉布置，待本體部分旋轉至設計角度時將下部歪錐部分與其上面的直錐割開，再按照C5料管要求的角度將歪錐與直錐焊接。改造后各級旋風筒的風速，計算結果見表3。

表3 旋風筒各部位計算風速(產量2700t/d)

2.3 料管及撒料裝置

拆除原有C1料管，根據改造后C1筒的定位重新設計C1料管。用新型擴散式撒料箱更換C2～C4料管上原有的撒料箱。撒料裝置的結構設計上采用擴散式箱體，內加凸弧型多孔導料分布板技術，該種結構既具有防堵功能又可確保系統內物料分散的均勻性，有利于提高系統的換熱效率。

2.4 窯縮口

原有窯縮口直徑為ф2800mm，窯尾斜坡處截面積偏小，窯內阻力偏大，為不影響窯尾密封裝置，本次技改僅通過局部調整襯砌的方式來盡量擴大窯尾斜坡處截面，改善窯內通風不暢的現象，以利于系統操作。

維持現有篦冷機設備不變，對篦冷機冷卻風機進行調整，以適應高產量下冷卻用風和余熱發電用風的需要。供風調整的基礎條件是2700t/d的熟料產量，更換了對冷卻貢獻大的4臺風機，其余風機作相應調整。

將原配風234688m3/h(2.09m3/kg)提高到265228m3/h(2.36m3/kg)，并提高部分風機壓頭，以保證在高阻力的情況下風能有效地進入篦床。改造前后的風機參數見表4。

表4 改造前后的風機參數

改造后該生產線已于2015年9月順利投產，改造后熟料產量為2800t/d，單位熟料熱耗為805×4.18kJ/kg，入窯分解率為90％，出篦冷機熟料溫度為160℃，其它參數見表5。

表5 改造后的預分解系統參數

改造后，C5旋風筒出口溫度低于分解爐出口溫度，顯示分解爐內煤粉燃燒較為充分；入窯物料表觀分解率較改造前有了較大提高，為窯系統穩產、高產創造了條件；熟料產量穩定在2800t/d以上，燒成熱耗較改造前的840×4.18kJ/kg降低了35×4.18kJ/kg，達到了增產降耗、穩定系統操作等技改目標。經濟效益分析如下：

(1)改造前，熟料標煤耗為120kg/t，改造后標煤耗降至115kg/t。與改造前相比，節省標煤5kg/t。以年產量熟料86.8萬t計，每年節約標煤0.434萬t，折算成實物煤每年節約實物煤0.584萬t。以原煤進廠價每噸700元計，每年減少原煤成本408.8(0.584×700=408.8)萬元。

(2)改造后噸熟料工序電耗下降1.5kWh/t，以年產量熟料86.8萬t計，每年可節電130萬kWh(1.5×86.8=130)。電價按0.6元/kWh來計，每年創造節電效益78(130×0.6=78)萬元。

(3)按此計算，每年可產生效益486.8(408.8+78=486.8)萬元，兩年左右就可以回收改造成本。

作者：李群峰1，黃巧麗2，孫俊濤1，孫德群2

來源：《1海螺水泥股份有限公司；2中國中材國際工程股份有限公司(南京)》

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