鲁南水泥有限公司2000t/d分解炉预热器系统改造
近年来，我院对多条600～2000t/d新型干法生产线进行了不同程度的改造，均取得了明显的效果。实践证明，应用现代窑外分解技术对早期的新型干法生产线进行改造投资省，按新增产量计算投资费用在200～300元/t；改造工期短，在充分地作好准备工作的前提下，可利用工厂正常大修期间分阶段完成，对生产的影响小；无须进行生产培训，工厂都有多年的生产经验，改造后很快就能适应生产需要；增产、节能效果明显，改造后短期内即可达到目标。
近期我院对山东鲁南水泥有限公司2条2000t/d生产线进行全系统改造，总费用为2500万元。目前，2号窑烧成系统已基本改造完毕，达到了预期的目的，本文仅对烧成系统的改造进行简要介绍。
1 技改前的生产状况
该公司2条生产线始建于1987年4月，1994年通过验收，1996年实现年达产，回转窑运转率为82.46%，日产熟料4166t，年产熟料125.4万t，超过了设计能力。近几年生产基本正常，但熟料烧成热耗高，水泥综合电耗也高，生产成本居高不下。
1.1 烧成系统主机设备见表1
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设备名称 |
规格、型号 |
性能参数 |
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篦式冷却机 |
富勒型609S－819S/809S－1019S，装机功率：2×22kW |
能力：2000t/d；篦床有效面积：46.8m2；入料温度：1371℃；出料温度：环温＋65℃ |
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回转窑 |
Φ4.0m×60m装机功率：2×125kW |
能力：2000t/d；转速：0.6～3.2r/min；斜度：3.5% |
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预热器 |
4级布置方式：2－1－2－1 |
C1：Φ4900mm；C2：Φ7100mm；C3：Φ5500mm；C4：Φ7500mm |
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分解炉 |
RSP |
预燃室(SC室)：Φ3800mm；混合室(MC室)：4700mm×4700mm |
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三次风管 |
内径：Φ2200mm；有效内径：Φ1800mm | |
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高温风机 |
BB24型装机功率：1600kW |
风量：480000m3/h；压头：8330Pa；工作温度：350℃；含尘浓度：35g/m3 |
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增湿塔 |
Φ9.0m×22m |
处理烟气量：458000m3/h；喷水量：20t/h |
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窑尾电除尘器 |
158m2 |
处理烟气量：420000m3/h |
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后排风机 |
Y4－73－11装机功率：880kW |
风量：446000m3/h；压头：1185.8Pa |
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煤磨 |
Φ2.8m×(5＋3)m装机功率：480kW |
能力：16～17t/h；煤粉细度：88μm筛余8%～10% |
1.2 烧成系统主要存在问题
1)窑尾为2-1-2-1布置的4级预热器，且带低温余热发电，C1筒出口温度高达400℃以上；旋风筒结构形式较老，系统阻力5500～6000Pa；
2)系统漏风严重，高温风机转速高达880r/min，根据标定结果，高温风机进口风量480000m3/h；
3)入炉三次风温较低(650～700℃)，分解炉结构不合理，炉容偏小，燃料在炉内存在不完全燃烧的问题，入窑生料分解率85%～90%；
4)冷却机热效率较低，根据标定结果仅达到48%，入库熟料温度高达150℃以上，尤其是夏季更影响水泥粉磨系统正常运行；
5)分解炉煤粉燃烧不完全，入窑后使窑内液相量过早出现，加之熟料KH值偏低(0.85～0.88)，1450℃时液相量偏高(达26%)，使窑内结蛋频繁，熟料结粒不均齐，既影响窑的产量，也影响熟料质量；
6)高温风机(1600kW)等设备配套的电动机功率过大，入窑生料采用气力输送等，都增加了烧成系统电耗。
1.3 操作参数简介
中央控制室记录的改造前2号窑运行参数见表2～4。
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生料喂料量/(t/h) |
窑速/(r/min) |
高温风机转速/(r/min) |
窑头喂煤量/(t/h) |
分解炉喂煤量/(t/h) |
入窑分解率/% |
|
140 |
2.6 |
880 |
4.9 |
9.3 |
～88 |
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窑尾 |
二次风 |
三次风 |
C1出口 |
C2出口 |
C3出口 |
C4出口 |
SC室内 |
SB室内 |
MC室出口 |
斜坡 |
|
1000 |
980 |
650 |
400/400 |
630 |
790/790 |
850 |
560 |
840 |
820 |
640 |
|
窑头 |
窑尾 |
三次风 |
C1出口 |
C2出口 |
C3出口 |
C4出口 |
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－10 |
－150 |
－370/－380 |
－5600/－5600 |
－4200 |
－2500/－2700 |
－1900 |
2 改造方案
1)扩大窑门罩，增加下料口截面使风速由原来的10m/s降至5m/s，将三次风由篦冷机改为从窑门罩侧面抽取。
2)将窑头、窑尾均改为新式鱼鳞片式密封，对各级旋风预热器下料翻板阀进行改造和修复，以减少系统的漏风。
3)对窑尾烟室的斜坡和后窑圈进行综合改造，使斜坡处的截面风速由原来的13m/s降至8.6m/s。
4)经计算提高产量后，各级旋风筒的截面风速在3.5～4.5m/s，尚在允许范围内。但上升管道内风速达到20.2～22.5m/s，已属偏高，不利于系统阻力的降低。为此，采用新型耐热保温材料取代原有耐火材料，扩大管内有效内经，使风速降低为18～19m/s，从而降低系统阻力。
5)由于原分解炉总容积较小，仅为340m3，煤粉燃烧时间不足，炉内风速偏高，流场不合理。根据现场的具体情况，SC室基本保持不变，增加MC室宽度和改变斜坡尺寸，使总容积扩大至510m3，停留时间由原来的2.07s提高至3.93s，确保煤粉在炉内的燃尽率和生料碳酸钙的分解率。分解炉改造后结构如图1所示。
图1 分解炉扩容示意图
注:1.图中粗实线部分为改造后形状，双点划线部分为改造前形状；
2.图中尺寸均为有效尺寸
6)原篦冷机为复合式两段篦床冷却机(本项工作由设备制造厂家完成)，本次改造重点是采用控制流技术对第一段进行改造。主要方案为:
①在熟料骤冷区和热回收区(高温区)采用充气梁篦板，其中前5排采用固定式充气梁篦板，倾斜面15°，配备2台高压风机和1台平衡风机；后续15排固定式充气梁篦板与装有高阻力、低漏料篦板的活动梁相间排列，倾斜3°，配备2台高压风机和1台中压风机。
②在中温区:考虑到熟料结粒不均，为提高冷却效果，第一段篦床的21～28排全部改为高阻力、低漏料篦板，这有利于熟料的进一步冷却和热回收。
③由于窑下料口区域的篦床采用固定式充气梁篦板，出窑熟料易于堆积，即“堆雪人”，故在端部壳体上加装了5个空气炮，适时清理过多的积料，以保证篦冷机安全稳定的运行。
④改造冷却机篦下锁风装置。
7)改变配料方案，将熟料KH提高至0.89±0.01，减少液相量。
8)检修回转窑托轮和轮带，将窑速提高至3.1r/min。
9)将窑尾生料气力提升泵改为斗式提升机。
3 改造效果
综合改造后从2001年4月28日开始点火烘窑，自5月4日7时生料喂料量提高到气力泵所能达到的最高喂料量160t/h(折合熟料2330t/d)，连续稳定运转到5月13日7时，操作参数几乎没有变化。2001年7月，将入窑喂料系统由气力输送改造为斗式提升机输送，生料喂料量在170t/h(折合熟料2470t/d)，系统稳定运行，7月月平均台时产量达96.3t/h，创历史新高。改造后，窑内煅烧压力减轻，熟料结粒变小且均齐，系统产量明显提高，而燃料用量增加的幅度较小，C1出口温度和高温风机的转速都有所下降，具体操作参数和改造目标见表5～7。
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生料喂料量/(t/h) |
窑速/(r/min) |
高温风机转速/(r/min) |
窑头喂煤量/(t/h) |
分解炉喂煤量/(t/h) |
入窑分解率/% |
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160 |
3.1 |
840 |
5.0 |
9.6 |
～93 |
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窑尾 |
二次风 |
三次风 |
C1出口 |
C2出口 |
C3出口 |
C4出口 |
SC室内部 |
SB室内部 |
MC室出口 |
斜坡 |
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1000 |
1050 |
870 |
380/380 |
520 |
760/790 |
860 |
840 |
600 |
900 |
800 |
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窑头 |
窑尾 |
三次风压 |
C1出口 |
C2出口 |
C3出口 |
C4出口 |
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－10 |
－250 |
－450/－470 |
－5400/－5400 |
－4000 |
－2200/－2200 |
－1500 |
2号窑系统改造收到了良好的效果，窑台时产量由原来2080t/d提高到2470t/d；熟料质量没有下降，fCaO合格率月均96.3%，熟料强度月均53MPa(新标准)；根据现场3d记录测算，熟料烧成热耗小于3340kJ/kg；由于没有取得电耗测量数据，目前无法得知烧成分步电耗确切值，但由于系统改造后，系统装机容量没有增加，而熟料产量大幅提高，可以肯定单位熟料烧成电耗是降低的。
4 结语
随着科学技术的发展，国内10年前设计投产的新型干法生产线已不适应现代化生产的需要，通过技术改造有利于水泥产品的结构调整和产质量的提高。
