优化烧成工艺提高余热发电

1、概况我公司目前有两条2 500t/d及一条5 000t/d熟料生产线，目前两条2 500t/d熟料生产线正在升级改造为4 000t/d智能熟料线配套9MW余热发电建设中，5 000t/d熟料生产线配套10MW余热发电。但是5 000t/d熟料生产线配套的10MW余热发电安装调试期间始终不能达产达标，吨熟料发电量一直处在30~32kWh/t，经两年摸索调整及与烧成工艺配合，余热发电的吨熟料发电量有了明显提高，吨熟料发电量在37.5~39kWh/t。以我公司5 000t/d熟料生产线（以下简称该线）余热发电为例（图1），分析烧成工艺与余热发电平衡的关系。图15000t/d熟料生产线示意2影响余热发电的因素及解决措施针对我公司生产运行情况，分析余热发电量的因素主要有两点，一是余热发电自身发电系统的状况影响，二是入窑头AQC锅炉温度和风量的影响。在余热发电自身发电系统正常的情况下，余热发电的发电功率都取决于水泥窑生产工况是否正常稳定。然而水泥窑生产状况受太多外在条件的限制，比如原材料、原煤、设备等，如果对存在的问题不加以解决，不进行技术进步和改造，工艺操作所能发挥的作用就是有限的。余热发电需要的无非就是让窑供给锅炉足够、稳定的高温废气，而要满足这个条件的最好办法就是优化和稳定窑的运行。水泥窑对余热发电的影响以及窑头AQC锅炉温度和风量控制等方面，根据近两年来的生产过程中总结的经验，有以下几个方面的因素：1）原材料下料问题调配库原材料石英砂选矿污泥、煤矸石等下料不稳定，有间断性断料情况，尤其是雨季期间，原材料水分含量较高，经常性出现堵下料口现象，进而导致下料波动较大，要是有较大块还可能导致辊压机临时性停机，影响生料成分稳定性，易导致熟料饱和比偏高达到0.91以上，致使熟料煅烧需要更高的温度，吸热性加大，增加煤耗，降低生料易烧性。所以降低原材料中的水分，保证原材料的下料流畅性才能稳定住生料成分，使之不出现因饱和比的大幅波动而影响熟料中热量的散发及熟料易烧性。解决措施：我公司严格把控进厂原材料水分指标，利用错峰停窑时机，大量购进水分较低的原材料进行储存。原材料卸车后利用铲车打堆，便于现场验收时控制原材料粒度，避免大块物料出现。在夏季雨水较多时期干、湿原材料分开存放，使用时根据调配库下料口下料情况按照1∶1比例搭配使用，控制生料率值，稳定生料成分，生料饱和比合格率由原来的70%提高到85%，彻底解决了因原燃材料在配料站断料造成的生料成分波动。2）配料问题原材料成分的波动影响化验室对配比的调整，有时好几个点调整不过来严重影响生料率值的稳定，进而影响窑生产工况的稳定性。原材料波动时极易出现饱和比较高的生料，此时窑煅烧困难，熟料易烧性差，结粒发散，入篦冷机熟料所散发的热量降低，篦冷机一段料层厚度较难稳定控制，忽高忽低，结粒细小，篦冷机篦下压力很难控制，一段篦速在11~15r/min之间波动，篦速慢熟料堆积篦上料层增厚，篦速快熟料就会被快速运走，篦冷机料层很难维持稳定，从而影响窑头入AQC锅炉的风温波动，波动幅度在300~420℃，严重影响AQC锅炉蒸发量。解决措施：我公司影响生料成分稳定性的因素除原材料断料外，最重要的是各原材料成分的稳定性，尤其是石灰石。我公司矿山受开采面限制，各采面石灰石品位不一，而石灰石在生料中占到80%以上，因此稳定石灰石质量是生料成分稳定的关键。我公司根据石灰石炮孔样分析结果，每季度制定石灰石开采及搭配计划（表1），使石灰石各化学成分达到优良工程标准（CaO含量稳定在47%左右）。同时在石灰石堆场布料时采用均匀布料方式，避免生料率值长时间调整不过来。当生料出现波动时，要加大尾煤调整频率，稳定分解炉温度，勤调一段篦速，保证篦上料层厚度，控制进入AQC锅炉的温度幅度在30℃以内波动。表1矿山石灰石指标及搭配方案3）稳定喂煤量窑头用煤量较大时窑内易产生还原气氛，烟室温度超温，影响分解炉用煤量，窑头用煤量较低时易影响烧成温度，造成出窑熟料f-CaO升高，影响熟料质量。该线窑头煤受设备自身及煤粉细度水分影响，头煤风压波动较大，风压较低时会长时间断煤，当风压恢复时头煤又会长时间过多，且此时并不能通过加减头煤给定值来控制实际喂煤量，只能调整喂料量来控制温度。这严重影响窑工况，出窑熟料量不稳定，造成篦冷机篦上料层厚度和二次风温都不能稳定控制。解决措施：在头煤仓锥体部位增加压缩空气环吹（图2），定时每5min自动启动一次，可对断煤情况有所改善。煤磨出磨风温由60℃提高到65℃降低煤粉中所含水分，也可缓解断煤情况。在错峰生产期间将燃烧器及罗茨风机升级为节能型燃烧器及磁悬浮风机，窑头煤下煤稳定，避免了大幅度的加减喂料量，稳定分解炉温度，使窑内状况稳定，改善了窑的煅烧状况，窑二次风温控制在1 100℃以上，入AQC炉温度控制在410℃以上。图2头煤仓锥体部位环吹改造4）分解炉温度的影响分解炉温度是工艺操作中最重要的参数之一。温度过高会增加NOx排放量，造成烟室温度过高，缩口易结皮，窑内物料温度过高，液相量提前出现，增大窑的负荷。温度过低煤粉不易燃尽造成温度倒挂从而引起预热器结皮，影响生料分解率，严重时会造成跑生料。因此分解炉温度的高低直接影响篦冷机料层厚度以及二次风温。解决措施：统一操作思想，分解炉温度在保证入窑生料分解率稳定在92%~95%，同时窑工况稳定的前提下，可适当降低分解炉温度，提高窑速采用薄料快烧，缩短物料在窑内的停留时间，进而加快窑内物料流速，使篦冷机一段稳定在一个偏快且稳定的篦速上，快速带出熟料中的高温热量，又能快速推走开始降温的熟料，从而提高篦冷机高温熟料的热回收效率。根据该线窑实际操作表明可提高二次风温度50℃左右，余热发电入沉降室温度波动范围明显缩小，风温可维持在400~430℃。5）篦冷机冷却风机配比调整的影响熟料的温度在篦冷机固定段时是换热速度最快的，对余热发电贡献最大，而篦冷机三段为低温风，余热发电对它的需求并不高，因此篦冷机一段和三段风机风量调整对余热发电入沉降室风温有明显影响。解决措施：加大一二段篦下室的风量（图3），使更多的高温气体进入余热锅炉，使蒸发量提高。减小三段用风量，三段用风保持在30%~50%就可以，进而减少低温气体对AQC锅炉入口高温气体的中和，使其余热进入沉降室风温提高10~20℃。6）使用煤矸石提高SP炉温度为降低煤耗，我公司在配料中添加煤矸石，为满足环保及生产要求，煤矸石硫含量低于0.5%，发热量在3 348~3 767kJ/kg；在生产中按照湿粉煤灰与煤矸石2∶1的比例搭配使用，不仅改善了生料易烧性，同时提高了预热器C1出口温度，提高SP炉风温。也可以提高分解炉温度，降低尾煤用量，提高窑台时产量，SP炉入口温度在300℃以上。图3烧成系统操作界面窑头废气利用：窑头排风机所排放的100℃左右的废气回收再利用，回收到篦冷机二三段作为冷却机风源，提高熟料冷却温度有利于提高余热锅炉的取风温度，根据使用前后对比利用窑头循环风可提高AQC炉进风温度约20℃左右。3、优化烧成工艺提高余热发电效果我公司优化烧成工艺后有效地稳定了余热发电AQC锅炉入口风温，AQC入口风温保持在400~430℃，余热发电平均负荷保持在9 700~10 000kW，吨熟料发电量37.5~39kWh/t。提高发电量功率有效地降低了余热发电自用率，自用率平均保持在5%以内（自用率最好指标在4.8%以内）。在余热发电指标提升同时，窑台时产量及熟料质量都有较好水平提升，窑产量平均在6 200~6 280t/d，相比优化之前6 100t/d提高100~180