矿粉磨利用篦冷机余热为热源的热工分析及技改措施

我公司水泥粉磨系统采用的是“分别粉磨”的生产工艺，矿粉磨为成都建材设计院的CRM4622型立磨，由燃煤沸腾炉提供热源，随着环保要求的日趋严格，矿粉磨系统的排放浓度不能满足国家标准GB4915—2013《水泥工业大气污染物排放标准》的要求，沸腾炉被淘汰，矿粉磨热源需重新选择。我公司经过热工标定计算，从窑头AQC锅炉进口引高温废气入矿粉磨，达到了节能减排、保护环境的目的。1、矿粉磨原生产工艺介绍矿粉磨用于粉磨矿渣、脱硫石膏与钢渣按一定比例组成的混合料，系统用风主要由热风炉热风和循环风组成。热风炉热风为原煤燃烧后产生的高温烟气，循环风为矿粉收尘器出口的部分气体。入磨后对物料进行烘干，物料水分汽化后与入磨风一起入收尘器，一部分气体作为循环风使用，其余气体经磨尾风机，由烟囱排入大气。2、矿粉磨系统及篦冷机余热分布的热工标定为核实烧成系统篦冷机余热分布和矿粉磨热量消耗情况，我公司对矿粉磨及篦冷机余热利用进行热工标定。标定的范围为从矿粉磨热风炉至烟囱的气体，出篦冷机空气除去二次空气、三次空气外的其他空气，在测定期间，窑及矿粉磨系统运行基本平稳，标定结果具有代表性和可靠性。标定及计算方法按照GB/T26282—2021《水泥回转窑热平衡测定方法》和GB/T26281—2021《水泥回转窑热平衡、热效率、综合能耗计算方法》的要求进行。出篦冷机的热风除了提供二次风和三次风外，还用于煤磨和余热发电系统的AQC锅炉，剩余热风经窑头收尘器除尘后，再由烟囱排出。当煤磨停机时，仅有AQC锅炉抽取热风进行余热发电。为了掌握出篦冷机热风除用于二次风、三次风之外的余热分布及利用情况，分别测量在煤磨正常运行状况下，余热发电AQC锅炉进口空气的温度、流量及其显热，同时考虑在窑系统开机而矿粉磨停机的状况下，除去AQC锅炉利用余热外，篦冷机排出空气的余热情况。2.1各测点气体显热结果各测点气体显热及相关热量结果见表1。表1各测点气体显热2.2矿粉磨运行所需热量分析原矿粉磨入磨风由热风炉产生的高温风和磨机收尘器出口的低温循环风组成。在煤磨正常运行情况下，矿粉磨对热风需求主要体现在以下几方面。2.2.1矿粉磨正常运行时所需热量分析原热风炉的供风是与循环风一起进入磨机，若利用余热发电用风代替热风炉作为磨机热源，则余热发电从篦冷机抽的热量应大于热风炉的热量供给量。现场测试是从AQC锅炉抽取高温空气，将热风炉供热量与余热发电抽取空气显热进行对比。热风炉供热量：Qrfl=33 274 678.46kJ/h；余热发电抽取空气显热：Qdk=84 375 125.58kJ/h。Qdk＞Qrfl，说明利用篦冷机余热可以满足矿粉磨正常运行时的热量需求。2.2.2矿粉磨重启后所需热量分析在矿粉磨长时间停机后重启至稳定运行过程中，在缺少循环风热量的情况下，热风炉是唯一的热源。当然，随着磨机喂料量的不断增加，可利用的循环风量、风温及其显热也在不断增加。综合考虑认为，矿粉磨所需热量应为热风炉供热量与循环风显热之和，现场测试后得到进入磨机的所有热风显热为：单位时间进磨风（南）显热：QR1=24 514 795.48kJ/h；单位时间进磨风（北）显热：QR2=27 257 979.40kJ/h；进入磨机的所有热风显热：QR=QR1+QR2=51 772 774.88kJ/h；Qdk＞QR，说明利用篦冷机余热可以满足矿粉磨启动至稳定运行状况下的热量需求。2.3磨机运行所需风量分析矿粉磨入磨热风不仅要完成物料烘干工作，还应完成物料的选粉和输送任务，为此，需要分析物料选粉和输送的风量需求。（1）热风炉运行状况下，矿粉磨入磨用风为：进磨风管道（南）：工况风量为160 284.97m3/h，标况风量为70 935.55m3/h，风温为263℃。进磨风管道（北）：工况风量为159 530.89m3/h，标况风量为63 125.41m3/h，风温为327℃。进入矿粉磨标况风量为134 060.96m3/h，平均温度为295℃。（2）余热发电系统抽取篦冷机热风情况下，矿粉磨入磨用风为：AQC锅炉进风管：工况风量为411 666.84m3/h，标况风量为127 610.65m3/h，风温为493℃。对比可知，从余热发电系统抽取的热风，风温可以满足要求，只是风量略显不足，在运行过程中，可利用磨机收尘器出口的低温循环风作为补充，既能调整风温，又能满足风量要求。2.4所需余热发电热风与循环风比例分析结合现场测试结果，分析抽取余热发电热风进入矿粉磨的风温和风量情况。因入AQC锅炉风温（493℃）较高，应引入一定比例的循环风来调节入磨风温，使入磨风温控制在280~290℃。根据收尘器出口气体温度为94℃计算，得出抽取余热发电热风比例约为51%，其余为循环风，则可以满足入磨热风温度要求。验证过程如下：抽取的余热风量为127 610.65×0.51=65 081.43（Nm3/h），循环风量为134 060.96-65 081.43=68 979.53（Nm3/h），加权计算入磨热风温度为（65 081.43×493+68 979.53×94）÷（65 081.43+68 979.53）=287.70（℃）。2.5热工标定结果经过对矿粉磨系统及余热发电系统进行热工标定，结合测试数据及结果分析可知：（1）按现场测试气体温度计算，从AQC锅炉进口抽取51%的空气可满足入磨风热量需求，入磨风温达到287~290℃（气体输送过程中温降忽略不计）。（2）从AQC锅炉进口抽取51%的空气作为入磨风，风量明显不足，需要和循环风配合使用，在调节入磨风温的同时，增加物料选粉和输送任务所需风量。（3）采用干燥的篦冷机高温空气作为入磨风，烘干快，效果好。而采用热风炉时，因风量低，需加入大量的循环风，循环风中水分含量较高，不利于矿粉磨内物料烘干。3、技改过程从窑头AQC锅炉出口接一根Φ2 700mm、长度21m的热风管道至矿粉磨进口，在热风管道上设置Φ2 700mm蝶阀一个，用以调节矿粉磨进口风温，设置两个Φ2 700mm金属膨胀节，热风管道内部涂抹厚度5mm的耐磨陶瓷涂料，矿粉磨拆除沸腾炉及原煤输送系统，其他设备正常保留使用。4、效益分析4.1降低原煤成本矿粉磨沸腾炉运行时，煤耗为17.62kg/t矿粉，全年生产矿粉45万t，按照原煤价格1 400元/t计算，每年矿粉磨原煤费用为17.62×45×1 400/1 000=1 110（万元）。4.2降低余热发电量矿粉磨使用窑头热风后，余热发电量降低了20kWh/t熟料，因行业错峰，2022年全年生产熟料90万t，受矿粉磨影响的熟料产量为78.66万t（考虑矿粉磨停机时间），按照电价0.5元/kWh计算，因余热发电量降低而损失的费用20×78.66×0.5=786.6（万元）。4.3降低沸腾炉用电成本原沸腾炉风机及喂煤系统每小时用电245kWh，吨矿粉风机及喂煤系统电耗为2.45kWh/t，2022年全年生产45万t矿粉，用电110.25万kWh，按照电价0.5元/kWh计算，可节约电费成本55万元。矿粉磨技改后每年成本可降低：1 110+55-786.6=378.4（万元）。5、生产中遇到的问题及解决措施5.1选粉机轴承温度高原矿粉磨使用沸腾炉时，进口温度控制280℃，出口温度为90~95℃，接入篦冷机热风后，因热风量较热风炉大，控制相同进口温度，出口温度达103℃，造成选粉机轴承温度高。解决措施：通过调整热风阀及循环风阀，把进口温度降低至235℃，控制出口温度为90~95℃。5.2矿粉磨振动大窑系统正常时，矿粉磨运行稳定，当窑系统波动时，入矿粉磨温度就会波动，引起磨机振动。解决措施：当AQC锅炉进口温度有