窑头排风系统降阻改造实践

近年来，随着水泥窑烧成技术的持续进步，生产效率与产能提升，冷却机头排风机系统风速也相应提升，负荷增加，窑头收尘器进出口压差也相应增大，长期的高负荷运行，出现头排风机叶轮轮毂开裂、收尘袋使用寿命短、余热发电锅炉管群破管频繁等一系列问题。本文介绍了窑头排风系统降阻改造措施，解决了生产困扰，同时取得了较好的经济效益。0、前言江西某水泥公司制造厂拥有两条KHDΦ5.2m×61m、设计熟料产能6 000t/d的短窑生产线，窑头配置LPPW270-2×4收尘器，过滤面积8 685m2，设计过滤风速1.1m/min，两条熟料生产线配有一套18MW的余热发电机组。经该厂多年的系统优化，生产效率与产能提升较大，系统风量随之增加，头排风机风速也相应增加，接近全速，收尘器进出口压差增大，功率陡增，电耗上升。过高的转速导致头排风机出现叶轮轮毂开裂，处理风量的增大使收尘器中收尘袋的使用寿命缩短，余热发电锅炉管群出现破管等现象。针对上述生产运行中出现的问题，该厂经过细致分析、研究与探讨，最终确定了系统降阻改造方案。改造后，窑头排风机运行功率下降近200kW，收尘袋使用寿命预计可延长2年，也避免了因风机叶轮轮毂及锅炉管群故障对生产的影响，熟料成本降低2.13元/t，取得了较好的经济效益。1、出现的问题1.1头排风机叶轮轮毂开裂头排风机夏季运行速度高达95%~100%，长期高速高负荷运行导致叶轮轮毂开裂（见图1），裂纹长度达500mm，每次检修需要停窑2~3d，熟料产量减少2万t，损失超过100万元。1.2窑头收尘器收尘袋寿命短收尘袋压差高，易破袋（见图2），需每年更换一次收尘袋，费用近110万元。1.3余热锅炉出现破管现象由于风量增大，头排风机运行速度高，导致锅炉内部风速高，锅炉管群磨损严重，出现破管现象（见图3），每年需检修2~3次，为控制进入窑头收尘器温度不超过220℃，窑减产近40%，熟料产量减少约3万t，损失超过150万元。图1叶轮轮毂裂纹图2收尘袋破袋图3锅炉管群破管漏水1.4熟料温度偏高收尘器压差大，头排风机负荷高，限制了冷却机风量，夏季熟料温度较高，水泥粉磨需喷水降温，粉磨P·O42.5标号及以上水泥，熟料配比需增加1%，水泥成本上升1.5~2元/t，以每年夏季生产100万t水泥计，生产成本增加至少150万元。2、运行情况及原因分析2.1窑头排风系统工艺布置窑头排风系统工艺布置如图4所示，2019年4月13日5#线和6#线窑头排风机的运行参数见表1，这两条线头排风机的设计过滤风速为0.76~1.1m/min，设计处理风量为400 000~665 000m3/h。图4窑头排风系统工艺布置表1改造前窑头排风系统运行参数回转窑增产后，熟料冷却机头排风机速度高达95%，收尘器过滤风速接近1.1m/min。2.2原因分析（1）袋收尘器阻力是头排系统阻力主要来源之一，其阻力高会造成过滤风速高，收尘袋寿命短，系统风速加大。（2）AQC锅炉阻力也是头排系统阻力主要来源之一，其阻力高会造成通过的过滤风速高，系统风速加大，AQC锅炉管群出现破管，造成窑非计划性减产。（3）膨胀节变形会造成系统阻力增大，破损则会漏风，增加无效风量，造成窑头排风机速度及功率上升。（4）风管变形、弯头变形、接头错位等均会造成系统阻力增大。以上四种因素叠加，使得头排风机速度进一步上升，风机负荷增大，造成风机叶轮轮毂开裂，需要停窑修复；同时也使得冷却机零压点前移，过多的热风被窑头拉走，从而造成上述问题，且还会造成系统二、三次风温低，热回收利用效率低。3、技改方案根据工艺流程分析，该厂技术团队提出了两套解决方案，对收尘器进行改造，扩大过滤面积。3.1方案一将原有收尘器扩大，模型示意见图5，具体改造如下：（1）最大化利用现有收尘器壳体。（2）新建外部风道（两侧对称布置）及风道支撑结构。（3）对收尘器内部重新分区，取消中间风道，将现有风道空间改成袋室。图5收尘器模型示意本方案预计投资900万元/套（无土建费用），停窑改造时间60d，过滤面积增加50%。3.2方案二保留原有窑头LPPW270-2×4收尘器，同时在现有收尘器外侧新增一台CDMC180-6收尘器（过滤面积4 340m2），以达到利用原有收尘器和新增收尘器共同处理窑头废气的目的。另外，新增收尘器采用双层检修门结构，降低了整体漏风率，并联收尘器工艺示意如图6所示。本方案预计投资450万元/套（含土建费用，需占地105m2，高度7.6m），过滤面积增加50%，停窑风管对接时间仅需24h。3.3方案比较方案二（并联增加收尘面积）相比方案一（扩大原有收尘面积）有以下优势：（1）相比方案一，可节省投资约50%。（2）方案二仅需对接时停窑施工1d，对生产影响很小。方案一需停窑改造60d，工期太长，对生产影响太大，远超水泥厂能够接受的正常停窑大修时间。图6并联收尘器工艺示意（3）方案二为并联式收尘，当其中一台收尘器故障时，可关停故障收尘器，减产烧成进行紧急处理，以避免停窑，减少生产损失。（4）并联增加收尘器，原规划设置挡板，以便合理分配风量，平衡系统压差。经过一年多的论证，进入并联收尘器的风量会自动依据各自收尘面积进行分配，保持自平衡，达到压损基本一致，不会造成进入新增收尘器的风量过大而导致破袋。即使不增设挡板，对收尘系统也几乎无影响。综上所述，方案二性价比更高、可行性更好、对生产影响更小。因此，最终采用了方案二。4、改造后运行效果整个技改工作于2022年9月完成，现场实景见图7。改造前后运行数据对比见表2，在相近冷却机风量下，窑头排风机转速下降约16.5%，风机功率下降约37.5%，收尘器压差下降约42%。图75#线和6#线并联收尘器表2改造前后运行参数对比降阻改造后，取得了如下经济效益：（1）头排风机节电效益。5#、6#线头排风机运行功率分别下降223kW、205kW，每年节电3 389 000kWh，节约电费210万元。（2）延长收尘袋使用寿命。收尘器压差由1.4kPa下降至0.8kPa，过滤风速经测试为0.8~0.9m/min，收尘袋使用寿命预估由1年延长至3年，每年可节省90万元。（3）避免停窑检修风机。改造后，风机速度降低，避免了以往每年非计划性停窑检修叶轮轮毂，以年度多产2万t熟料计，增效100万元。（4）避免减产检修锅炉。往年因锅炉管群破管而减产检修2~3次，改造后锅炉管群至今未出现异常破管，以年度多产3万t熟料计，增效150万元。（5）减碳效益。年降低碳排放870t，产生效益5万元。综上，年度增效总计约555万元。5、结束语该厂窑头排风系统降阻改造后，解决了一系列生产难题，还同步降低熟料成本2.13元/t，取得了较好效果和经济效益。改造后，头排风机速度下降，延长了风机叶片及轮毂的使用寿命，