烧成系统能效提升的措施及应用

水泥企业在“碳达峰和碳中和”的政策引导下，积极采取节能降耗措施，提高预热器系统的能源利用效率是当前较为有效的措施之一。我公司熟料烧成系统由Φ4.8m×72m回转窑、双系列5级低压损旋风预热器和TDF分解炉组成，配套建设洪堡PYROCLON®REDOX深度脱硝治理工程。2022年通过对分解炉燃烧器、撒料板、C1旋风筒等进行小规模技改，同时对系统漏风进行全面治理，降低窑尾烟囱氧含量，减小环保压力，实现了节能降耗，本文对烧成系统能效提升的具体措施进行介绍。1、降低分解炉出口CO浓度水泥熟料烧成系统中煤粉的不完全燃烧生成CO，CO浓度较高时有三种危害，一是熟料必须在氧化气氛下煅烧，当生产中出现还原气氛时，预热器系统易造成黏结堵塞，窑内结球的同时熟料易产生黄心料，导致A矿分解，影响熟料质量；二是熟料热耗升高，煤粉的不完全燃烧，造成煤粉燃尽率降低，吨熟料标准煤耗升高；三是分解炉出口的CO主要来源于PYROCLON®REDOX汽化炉脱硝后未参与反应的部分和分解炉内煤粉不完全燃烧，其浓度的高低会影响SNCR系统的脱硝效率，究其原因在于CO氧化成CO2的反应需要OH基元参与，而NH3还原NOx的反应也需要OH基元，CO对OH基元的争夺会降低SNCR喷氨系统的脱硝效率。所以降低分解炉系统CO浓度对烧成系统降低能耗和能效提升有着至关重要的作用。1.1分解炉燃烧器技改煤粉的燃烧速度取决于煤粉的扩散速度，在送煤风机压力一定的情况下，对分解炉燃烧器进行技改，见图1。改变煤粉的喷入方式，分解炉原有燃烧器在C4撒料箱撒料板下300mm位置，新燃烧器安装位置与原燃烧器在同一水平面，新燃烧器插入深度在分解炉中心位置，前端有24个煤嘴，呈圆周双层均匀分布，各喷嘴总面积之和不低于主管面积，煤粉喷入位置和扩散方式的改进，使煤粉燃烧速度加快，燃尽率提高，避免大量煤粉在生料稀相区燃烧，降低分解炉内局部高温。技改后分解炉出口CO浓度由1 051ppm降低到500ppm以下，氨水用量由790L/h降低到595L/h。图1分解炉燃烧器改造1.2全开三次风闸板我公司采用史密斯CB18×56第四代冷却机，由于篦冷机配置是按7 200t/d设计，相较实际产量6 700t/d配置较大，为提高二、三次风温，适当增加了篦冷机内料层厚度，由原来的600mm增加到800mm。料层增厚后K31风机电流下降30A，低于额定电流值的70%，通过加长叶轮叶片50mm，提高风机性能，篦冷机一段压力由6 000Pa提高到6 500Pa，二次风温升高30℃。通过调整配料方案，熟料中Al2O3含量由5.1%降低到4.7%，硅酸率由2.65±0.1降低到2.5±0.1，调整后熟料结粒均齐，飞砂料减少，篦冷机两侧红河消除，同时把窑尾烟室的压力降低到-250Pa以内，调整后头煤用量降低0.3~0.5t/h。配合调整窑头燃烧器内外风比例和截面积，把烧成带主窑皮长度控制在19~21m（原来窑皮长度在23~25m），操作上适当提高窑速，采用薄料快烧，加强了窑内通风，降低大块熟料形成概率，改善了熟料结粒。通过采取以上措施，三次风闸板开度从70%提高至100%，充分发挥了分解炉的功效，减轻窑内热负荷，同时降低了分解炉出口CO浓度。2、撒料箱及撒料板的优化预热器中物料换热80%在旋风筒上升烟道中进行，且主要换热形式为对流换热，对流换热的速率取决于物料的分散程度，要提高管道中物料的分散程度主要靠撒料板和撒料箱来实现。本次技改撒料板采用开口较大、前端镂空的结构，并加装弧型导料板（见图2），这种结构能够使物料分散得更加均匀，可取得良好的换热效果。2022年检修期间将各级旋风筒撒料箱下移，由距离旋风筒蜗壳顶盖2.5m处下移至0.9m处，目的是为了增加下料管物料的冲击力和物料在风管内的换热时间。对C3入C5撒料箱位置和撒料板结构技改后，同时还解决了因上升烟道内物料分散不均匀导致的“结团”情况，避免了“结团”高温物料入窑后形成球核，球核在窑内越滚越大，形成大块熟料。图2撒料板技改及撒料箱下移3、提高C1分离效率预热器各级换热单元的分离效率都对系统的热效率有影响，但从数学推导来看其影响程度，从最上级开始，逐级递减，即最上一级换热单元的分离效率对系统热效率的影响最大。根据C1出口粉尘浓度测定值，标况下风量306 862Nm3/h时粉尘浓度为95.02g/Nm3，计算出系统飞灰量为306 862×95.02/1 000 000=29.16（t/h）。技改前系统生料投料量为440t/h，但实际进入预热器的生料量仅为440-29.16=410.84（t/h），分离效率为93.37%，较理论设计分离效率（95.00%）低1.63%。通过在C1四个旋风筒锥部增加尾涡隔离器（见图3），减少旋风筒内粉尘二次飞扬，提高分离效率，技改后同样喂料400t/h测得C1出口粉尘含量为23.32t/h，分离效率为94.7%，比技改前提高1.33%.图3C1锥部尾涡隔离器技改4、漏风治理4.1预热器系统漏风的治理1）内漏风治理将C5下料管翻板阀更换为锁风效果好的微动翻板阀（见图4），根据现场实际情况调整臂杆的角度和配重数量，使得物料通过时翻板阀高频次连续动作，锁风效果良好，减少了预热器系统内漏风现象。在C1下料管合适位置增加一道锁风阀，采用双道翻板阀（见图5），加强锁风效果。图4C5微动阀技改

图5C1双道翻板阀改造2）外漏风治理每次检修结束后，对预热器检修门垒砖、泡沫岩棉、石棉板等密封处理，各级旋风筒浇筑料孔满焊密封，对烟室清料孔进行技改，将方形清料孔更换为圆形清料孔，其操作更便捷，密封效果更好，见图6。图6烟室清料孔改造4.2窑系统漏风的治理我公司窑尾、窑头密封为鱼鳞片式密封，使用过程中受热胀冷缩影响鱼鳞片易变形，变形后的鱼鳞片与回转窑筒体之间间隙变大，大量冷空气进入造成窑尾烟室结皮和入窑二次风温波动，冷风的掺入也增加了系统的热耗；熟料结粒不好时窑头密封处大量飞砂料逸出，逸出的飞砂料散落到一档托轮后加剧了设备的磨损；逸出的飞砂料造成一档平台及篦冷机前端地面积料增多，影响环境卫生。针对以上问题决定改进窑头密封，采用正反向气室复合柔性密封技术（见图7）。图7窑头密封改造窑尾密封漏料会导致鱼鳞片出现不可逆变形，进一步加剧漏料和漏风。尤其是在检修预热器时会有大量结皮和物料堆积在窑尾烟室斜坡处，采用辅传转窑时，物料带起高度不够，行走缓慢，进而会有大量结皮物料从鱼鳞片处漏出，致使鱼鳞片破坏性损伤。这会导致生产时漏风量进一步加大，严重时会使窑尾烟室温度下降较多，影响窑系统热工制度，再者大量冷空气进入窑尾烟室，会使入窑生料急剧降温，导致烟室斜坡和下料溜板结皮，为此将窑尾密封改为重锤施压端面接触式摩擦密封（见图8）。图8窑尾密封改造4.3废气处理系统漏风的治理窑尾烟囱的氧含量是漏风和尾排电耗的直观表现，我公司窑尾收尘器壳体锈蚀严重，上箱体锈蚀穿眼较多，漏风量大，治理难度大。根据实际情况，在停窑检修期间对上箱体采用耐磨涂层进行修复，节约了检修时