4 800 td生产线节能降碳升级改造

LHK公司现有一条4 800t/d熟料水泥生产线，回转窑规格为Φ4.8m×74m，采用RF5/5000旋风预热器、Φ7 500mm×31 000mm分解炉和NC42340推动篦式冷却机，配套有协同处置垃圾生产线（日处理生活垃圾220t）。该公司通过预热器改造、分解炉扩容等技改优化，来减少能源消耗，降低污染排放，提高经济效益，以达到国家标杆水平。本文主要介绍了改造前生产线情况、改造方案以及改造效果。1、改造前生产线基本情况1.1原燃料情况该线原料采用石灰石、黄磷渣、铝矾土、硅石、铜尾矿五组分配料，三率值控制为KH=0.920、SM=2.70、IM=1.40。石灰石取自自有矿山，掺有黄土，不同点位石灰石搭配使用，石灰石粒径控制在70mm以内。原煤热值在23 023~24 279kJ/kg，分解炉协同处置生活垃圾中的可燃物及替代燃料废纺，可燃物热值在10 465kJ/kg左右，废纺热值在18 837kJ/kg左右。生料出磨细度80μm筛筛余15%以内，200μm筛筛余1.5%以内，入窑生料表观分解率在93%。入窑生料、熟料和煤灰化学分析如表1所示，可燃物、废纺和煤粉工业分析如表2所示。表1入窑生料、熟料和煤灰化学分析表2可燃物、废纺和煤粉工业分析1.2改造前运行状况改造前熟料产量在6 200t/d左右，C1出口温度为313℃，负压为-5 149Pa；C1出口风量为1.315Nm3/kg.cl，C1出口粉尘浓度124.5g/Nm3，由于协同处置生活垃圾，筛下物进入生料磨导致超细粉循环富集，粉尘浓度较高；三次风温度950℃左右，二次风温度1 050~1 150℃，分解炉出口温度860~880℃，斜拉链机上熟料温度为130~170℃，平均值为151℃。根据分解炉出口O2含量、窑和分解炉喂煤量及煤粉热值计算，二次风和三次风总量为0.716Nm3/kg.cl，二、三次风风量分别为0.368Nm3/kg.cl和0.348Nm3/kg.cl，存在三次风风量偏低的问题。从各项工艺参数来看，该线系统表面散热大，C1出口粉尘逃逸大，预热器旋风筒收尘效率低，三次风量偏小；熟料电耗为26.53kWh/t，标准煤耗为107.72kg/t，综合能耗为111kg/t，熟料电耗和标准煤耗均偏高，综合能耗未达到GB16780—2021《水泥单位产品能源消耗限额》的先进值。改造之前预热器系统操作画面如图1所示。图1改造前预热器系统画面1.3改造前主要存在的问题（1）预热器系统阻力大，各级旋风筒出口温度高、压力大，旋风筒收尘效率低。（2）C1出口粉尘浓度高，C1旋风筒分离效率较差，处理生活垃圾产生的超细粉对分离效率有较大影响，飞灰较多和较大的废气量造成系统热耗增加。（3）熟料标准煤耗和电耗在同规格生产线中属于中等水平。（4）预热器旋风筒和下料管表面温度较高，表面散热大，导致热耗有一定的增加。2、改造目标及方案针对上述问题，改造从降低热耗、使用替代燃料、降低系统阻力等方面进行设计。改造目标为熟料产量达到6 500t/d以上，C1出口温度不高于310℃，C1出口负压不高于-5 200Pa，熟料标准煤耗同比下降3kg/t。预热器的阻力主要是来自各级旋风筒的压力损失，旋风筒的压力损失ΔP主要取决于旋风筒内部尺寸、结构形式、内壁的粗糙程度，其数学模型关系式公式可以看出，降低旋风筒进口风速u是降低旋风筒阻力的有效途径。本项目改造时，采取增大旋风筒入口截面积的方式降低风速。2.1C1改造将原4个C1旋风筒整体更换为HL型低阻高效旋风筒，见图2，旋风筒阻力低于800Pa，收尘效率达到95%以上，C1~C3撒料箱与原撒料箱相比偏移24.74°，下移至距C3顶盖1 200mm处。2.2C2~C5改造合理控制旋风筒进口风速，降低旋风筒本体阻力，同时控制进口与内扩间距，削弱进口气流与回旋气流碰撞造成的短路流和局部阻力增加，保证阻力和分离效率。对C2旋风筒蜗壳外扩；C3、C4旋风筒进口内扩；C2~C5蜗壳顶盖保留，并分别加高742mm、922mm、868mm和780mm，相应更换管道；C5溜管更换成微晶管，烟室拆除更换；撒料盒均移至距顶盖1 200mm处。图2HL型旋风筒结构形式将C2内筒整体更换；C3~C5旋风筒内筒利旧，C2~C4内筒加深1 000mm，C5内筒加深1 500mm，保证旋风筒改造后阻力下降，同时提高收尘效率，降低内循环物料量，进一步降低C1出口温度。2.3分解炉扩容改造前的NST型分解炉炉容约2 050m3，当熟料产量在258.33t/h时，分解炉内气体停留时间约为5.5s，利用现有塔架结构，在确保分解炉断面风速为8~10m/s的前提下，更换了分解炉出风管，直径由7.5m改为8.5m，改造后的分解炉炉容约3 350m3。经计算，当熟料产量达到270.83t/h时，气体在炉内停留时间可以达到7.3s以上，为熟料产量提高以及协同处置生活垃圾中可燃物的完全燃烧提供了条件，同时也降低了分解炉进出口的阻力损失，有利于整个烧成系统的降阻。改造前后现场照片如图3所示。图3分解炉改造前后照片2.4烟室更换当前烟室截面风速高，粉尘返回量偏大，影响窑内通风，将其更换为大烟室，窑拱顶到斜坡垂直距离为2 450mm，缩口尺寸为2 350mm×2 350mm。更换烟室主要有以下作用：（1）通过扩大斜坡与拱顶的垂直距离，增大回转窑内通风面积，来进一步降低预热器系统阻力。（2）增加窑尾下料溜板的包角，同时加长窑尾下料溜板长度，减少窑尾密封漏料。（3）改造窑尾密封，减少漏料和漏风。2.5隔热材料本次改造全部使用纳米隔热材料，减少系统散热，C5下料管采用微晶板减少结皮堵塞的清理工作量，见图4。图4改造后C5微晶下料管照片3、改造后运行情况对比分析3.1改造前后工艺参数对比改造前后专门对预热器系统进行了热工标定，生产参数如表3所示，改造后预热器系统画面如图5所示。表3改造前后生产参数对比分析图5改造后预热器系统画由表3可知，改造后熟料产量增加了342t/d，标准煤耗下降10.39kg/t。预热器出口汇总管温度下降，C1旋风筒出口粉尘浓度大幅下降，收尘效率有所提高，系统回灰量由42.6t/h降至23.7t/h，说明C1更换为高效收尘旋风筒后，收尘效率提高，超细粉富集减少，系统回灰量减少。3.2窑尾系统废气成分分析改造前后各部位气体成分对比见表4，改后分解炉炉容扩大，物料及燃料停留时间增加，分解炉出口及烟室过剩空气系数较技改前有所下降，分解炉出口CO含量下降。表4改造前后各部位气体成分标定数据对比3.3熟料各主机电耗分析通过截取改造前10d和改造完成预热器系统稳定后10d的各主电机平均单耗数据（见表5）来看，发现窑主机单耗和窑尾变压器单耗有所上升；高温风机单耗、窑尾排风机单耗和窑头排风机单耗均有一定的下降。其原因是预热器升级改造之后熟料产量上升了342t/d，窑主机承受负荷增大，电流较改造前有所上升，故窑主机单耗上升；高温风机用风与改造前差别不大，单耗下降0.02kWh/t.cl，窑尾排风机和窑头排风机单耗分别下降0.15kWh/t.cl和0.21kWh/