采用新型干法生产技术改造干湿混合法水泥生产线

一.概况

    湖北宝石水泥集团有限公司（原湖北光化水泥厂）4号窑于1993年开始建设，1995年投产，是原国家建材局干湿混合法技术改造示范项目。本项目为一条Ø3.5×54m 回转窑生产线，窑尾为带破碎烘干机和RSP型分解炉的二级预热分解系统，生产能力为日产熟料1000t。干湿混合法技术工艺流程简单，属较先进的半干法水泥生产技术，为国内首创。

    投产至今，由于国内水泥行业对干湿混合法生产技术了解较少，生产线设计、生产操作经验不足，致使4号窑一直存在设备非计划故障多，运转不正常，台时产量低，仅为500～700t/d，运转率很低，消耗高，熟料质量不稳定等问题。1997年全年熟料产量55000t，年运转率为27%，1998年全年熟料产量85000t，年运转率为37%。由于熟料产量和窑运转率一直不能达标，公司负担沉重，面临困境，举步为艰。

    1998年9月宝石集团公司委托天津水泥工业设计研究院对4号窑进行改造，改造内容包括烧成系统、立磨系统、喂料系统和自动化控制系统。改造工程从1999年2月8日至4月4日，仅用时55天，共投入资金1100万元，预计2年收回全部投资。

    1999年4月28日至5月1日实现3天达标后。烧成系统设备故障率明显降低，台时产量、运转率和熟料质量均大幅度提高，水泥强度由改造前的54MPa升高至改造后的60MPa以上，熟料热耗由1200kcal/kg熟料降至1050kcal/kg熟料，电耗由108度/吨熟料降至78度/吨熟料，经济效益明显好转。

    以下仅对改造前后烧成系统有关情况作进一步论述。

二.烧成系统改造

（一）. 改造前烧成系统存在的问题

    宝石集团4号窑改造前，生产一直不正常，原因很多，窑产量和运转率始终无法提高。经过现场调研分析，认为除原煤质量不稳定，干生料和料浆成分不统一稳定等人为因素外，原熟料烧成系统主要存在以下问题：

    1.破碎烘干机破碎烘干效果差，故障多，经常堵塞甚至压死，造成窑系统停运；

    2.破碎烘干机后旋风收尘器下的回转下料器锁风效果差，收尘器收尘效率低，仅70%，造成废气处理系统回灰量大，严重影响入窑生料质量及窑尾预热分解效能的发挥，使回转窑难以正常运转；

    3.分解炉内气体、物料和煤粉分布不均，物料换热效果差，煤粉燃尽率低，后燃烧现象严重，SC炉结皮堵塞现象经常发生，造成炉筒体，旋风筒内筒严重变形，预燃室和混合室连接处筒体开裂掉砖，维修量大，影响运转率；

    4.篦冷机热效率低，故障多，热端篦板经常烧坏，主梁变形，活动梁跑偏，漏料严重，致使拉链机链节多次烧坏，虽采用耐热钢也无法解决上述问题；

    5.三次风从冷却机抽取，温度低，仅500～600℃，且风量不足；

    6.旋风筒下锁风阀锁风效果不好，内漏风较大，影响系统换热。

    7.喂煤系统工艺落后，分解炉喂煤不稳定，直接影响烧成系统热工制度的稳定。

（二）. 烧成系统改造措施

    根据上述分析，结合宝石集团4号窑实际生产情况，同时考虑生料磨和煤磨的实际生产能力，决定对4号窑暂不实施全干法改造，而是保留目前的混合法生产方式，对烧成系统的关键设备进行改造，其特点是改造工程量少，原有设备利用率高，改造工期短，改造费用低。图1为改造前后烧成系统工艺流程图（略），表1列出了改造所采取的有关措施。

表1 改造采取的措施

改造方案简介：

    1.烘干破碎机改造

    烘干破碎机改造设计原则是尽量扩大干生料用量，以降低系统热耗，同时确保烘干破碎机操作稳定，使其不成为限制窑系统正常运转的瓶颈。

    由于生料浆喂料不稳且分布不均，造成破碎烘干机负荷波动大，机内浓度场和温度场分布不均，部分湿料浆在破碎烘干机内未经烘干就被热气流带到出口粘结，破碎烘干机经常被堵塞压死，有时甚至两三天即须清料一次，每次清料十多吨，严重影响窑的运转。

    为改善破碎烘干机内物料分布场，破碎烘干机喂料系统作了以下调整：

    —调整干生料入料位置，改一点喂料为三点喂料，使干生料在破碎烘干机入口管道内分布均匀；

    —调整湿料浆喂料系统，改善湿料浆喂料的稳定性；

    —调整三个湿料浆喂料喷嘴的喂料量，中间喷嘴料浆多两边喷嘴料浆少；

    —调整湿料浆喂料喷嘴喷入机内的角度，使湿料浆与干生料相匹配。

    采取以上措施后，破碎烘干机内温度场和浓度场均匀稳定，破碎烘干效果明显，运行状况得到根本改善，自99年4月份投料以来，破碎烘干机从未出现堵塞压死现象。

    2.取消原有RSP型分解炉的预燃室，改为TDF型分解炉，简化了分解炉本体结构，使窑尾系统操作简单、顺畅、可靠。

    由于原有RSP型分解炉结构复杂，三次风布置复杂，调节困难，炉内偏风严重，预燃室内流场和浓度场分布不均，预燃室不能很好地发挥作用。加之预燃室体积较小，热负荷较大，筒体严重变形开裂，掉砖事故经常发生。同时由于预燃室内流场旋流后效作用对混合室内流场和浓度场的影响很大，混合室上部又无缩口，使混合室的作用也得不到充分发挥，尽管RSP分解炉炉容很大，仍存在严重的不完全燃烧现象，二级旋风筒内筒也经常变形烧坏，经常需要停窑检修。

    分解炉改造通常采用加高炉体，延长分解炉至最下一级旋风筒间管道的方法，取得了明显的效果，但这势必增加投资。此次宝石集团4号窑分解炉改造过程中，在借鉴以往成熟的改造经验和充分调研分析的基础上，把改造重点放在改进分解炉本体结构充分发挥分解炉本身效能上。为此取消了原有预燃室，混合室下部锥体稍下移并在混合室中部增加一缩口，改造成为TDF型分解炉，炉容由320m³降至约290m³ ，炉内气体停留时间约3秒钟。

    由于从根本上改变了分解炉结构，从而使分解炉内流场和浓度场得到了明显改善，煤粉和物料在炉内停留时间延长，煤粉燃烧燃尽状况显著提高，彻底解决了结皮堵塞等难题。同时降低了设备设计、安装和土建工程的设计与施工难度，为缩短施工及停产周期创造了条件。

    3.冷却机改造

    冷却机改造为第三代充气梁篦冷机，改善了熟料的冷却效率，提高了热回收效率，降低了冷却用风量，使系统电耗降低。

    4.大窑头罩改造

    在改造冷却机的同时，窑头罩改为大窑头罩，三次风从大窑头罩顶部抽取，提高了入炉三次风温，使入炉煤粉迅速燃烧，提高了煤粉的燃尽率。

    5.采用新型锁风阀，减少了旋风收尘器和各级旋风筒下料管道的内漏风，提高了收尘器的收尘效率和各级旋风筒的分离效率，使系统换热效率提高，同时降低了废气处理系统的回灰量和废气温度，使入窑生料质量稳定，为窑系统正常运转创造了条件。

    6.由于改造时受资金限制，喂煤系统未能同步彻底改造，喂煤系统工艺落后，导致窑头窑尾喂煤不稳定，烧成系统的正常运转也受到一定程度的影响。并且限制了三次风温度的进一步提高，目前仅达750℃左右。

三.烧成系统改造后运转情况

    1. 通过上述改造，烧成系统运行状况大为改善，在宝石集团和天津水泥院的共同努力下，4月28日至5月1日顺利完成72小时达标考核。改造至今烧成系统运转平稳，消除了分解炉系统的结皮堵塞，壳体变形掉砖等问题对烧成系统的困扰。改造后烧成系统主要生产操作参数如表2所示。

表2 改造后烧成系统主要生产操作参数

四. 烧成系统改造前后效果

    烧成系统改造后，熟料质量、台时产量和窑系统运转率均大幅度提高，改造后熟料热耗由1200kcal/kg熟料降至1050kcal/kg熟料，电耗由108度/吨熟料降至78度/吨熟料，生熟料化学成分、矿物组成、水泥凝结时间和水泥强度等见表3、4。

表3 熟料化学成分和矿物组成

表4 改造前后水泥凝结时间和水泥强度

    按2000年生产熟料156800吨计算，仅煤耗与电耗降低节约支出估计可达300万元。加上熟料产量提高和水泥质量提高所带来的效益。足以证明此次改造的经济效益相当明显。

五.结论

    宝石集团4号窑的改造实践，为干湿混合法水泥熟料生产线建设提供了经验：

    1.改造工程要以烧成系统为中心实施。在确定烧成系统能力时应兼顾生料磨系统和煤粉制备系统能力的发掘和匹配，使生产线形成有效的生产能力。

    2.烧成系统窑尾改造重点应放在调整现有分解炉的结构和烘干破碎机的堵塞问题上。此次改造分解炉由RSP型改为TDF型，解决了因SC炉小，热负荷高，导致SC炉经常结皮堵塞，壳体变形掉砖等难题，使烧成系统工艺流程顺畅，操作方便。

    3.改造过程中尽可能采用成熟可靠的新技术和新装备。如大窑头罩、第三代充气梁篦冷机等。

    4.作为烧成系统的重要组成部分，应同时改造完善窑头窑尾喂煤系统，采用成熟可靠的技术提高喂煤的准确性和稳定性，以使烧成系统不受喂煤系统的波动所限制。宝石集团改造时由于受资金限制，喂煤系统没有改造，喂煤准确性和稳定性较差，影响了烧成系统的正常运转和烧成系统产量的进一步提高。

    5.改造工程应同时考虑设备安装和土建工程的设计与施工难度，以降低整个改造工程的投资，缩短施工及停产周期，尽快收回投资，为水泥厂增效。