水泥熟料线烧成系统节能降耗技术的应用

余凯

重庆市碳管家科技有限公司，  重庆  400023

摘要：本文主要针对水泥厂水泥熟料生产线的热耗和煤耗较高现状，从生产工艺的改进、旋风筒的结构改造、下料管的重新布置、换热管道的优化设计、新型耐火材料的应用、将生料立磨改为辊压机终粉磨系统等方面，对该生产线进行综合节能技术改造。通过与技术改造前、后的系统能耗、电耗等关键技术指标进行分析，对技术改造后的系统运行情况进行分析与评价。该系统的主要技术指标有了较大的改进和提高，节能综合技术改造取得了明显成效。

关键词：水泥熟料线；系统；节能；降耗

当前经我国水泥行业多次重大变革，无论是生产技术还是装备都不断进步，且产量也不断增加。世界上水泥生产总量在40亿吨左右，到2050年，估计将突破50亿吨。以预裂-悬浮预热为核心的新型干法水泥制备技术，不仅能实现系统集成，而且还具有高效、环保、节能等一系列优势[1]。但目前我国水泥行业的能源消耗仍巨大，约占全行业能源消耗的12%-15%。在我国水泥工业的能源消耗在整个建筑材料工业中所占比例达到35%左右。在矿物能源短缺和能源成本不断攀升的背景下，如何有效地降低水泥熟料的燃烧热耗，是实现水泥工业可持续发展的关键。

1.当前水泥熟料烧成系统存在问题

1.1入窑生料的易烧性较差问题：在正常运行期间，投料量为370吨/小时，当均化库下料发生波动，或者生料率值稍有提高，就会出现游离钙跑大点、窑头火焰变黑的现象。与此同时，还会有熟料结粒细小，窑前飞砂料增多；投料量无提升的余地，在加料5吨/小时的时候，就会导致窑内煅烧吃力，窑况恶化，窑尾漏料，从而导致被动大幅减产，无法持续稳定操作。根据我国《水泥生料易烧性试验标准》的规定，在1400℃和1450℃时，钙粉含量分别为2.96%和2.01%，表明其易烧性属不良。

1.2窑尾煤的后燃问题：实际操作中，分解炉中间和出口温度在870-930℃间变化很大，这表明炉膛中的燃烧不稳定，预热器C4的出口温度超过800℃，易烧性很好，经过多方面的调控，易烧性得到了很好的提高，在调控中，硅石的SiO2含量接近90%，原状原料的结晶度很高，易磨性很差，很难粉碎，研磨的原料中二氧化硅的粒径比较粗大，而二氧化硅的粒径和比表面积决定了二氧化硅的反应速度，在熟料煅烧时，二氧化硅粒子的结晶度很高，对 CS、Ca0的转化效率很低，容易造成F-Ca0含量偏高。为了验证这个结论的正确性，还改变了硅石的成分，在没有其他替代材料的情况下，唯一能做的是减少硅含量，以弥补高结晶度硅石对煅烧过程的影响。与原料粉磨及煅烧情况相结合，对熟料率值进行了一系列调整HM=2.13、 SM=2.32、 IM=1.41，利用提高铝含量和铁含量来降低硅率（率值降低0.10),Al2O3由5.12%提到6.32%,Fe2O3由3.92%提到4.33%,Al2O3和Fe2O3含量合计提升0.98%，熟料液相量由24.56%提升到26.98%，调整后的生料的易烧性有了很大的提高，回转窑的煅烧状态也得到了很大的改善，可以很好地适应窑况的变化，窑台温度逐渐升高，而不会对熟料的强度产生任何影响[2]。

2．综合节能技术

2.1水泥熟料原料的合理选用

水泥熟料中使用的原材料主要有石灰质和硅铝质两种，其成分和性质对其理论生成热有很大影响。已有研究表明，石灰石的成矿品位与其热消耗有直接的关系，较低等级的石灰石热消耗较高等级的少10%-15%。在天然矿物资源日趋匮乏的情况下，利用工业废渣制备水泥熟料已成为一种趋势。本文采用物理和化学的方法，对粉煤灰、钢渣和电石渣在水泥熟料生成过程中的作用进行了研究。研究发现，用工业废料代替常规原料，可有效地降低水泥熟料的理论生成热。加入一定量的矿化剂还能提高水泥的烧结速度，降低水泥的成型温度。在经济费用不变的条件下，可优先选择工业废料等作水泥熟料原料，以减少其烧制所需的热量。

2.2降低预热器出口废气带走的热损失

要想减少从排气中带走的热量，就必须从减少排气中的热量和排气温度两方面入手。预热器的出气主要由三个组分组成：燃煤的理论烟气，原料水分的蒸发，碳酸盐岩的裂解，以及多余的空气。煤炭燃烧所产生的理论烟气量、生料水分蒸发所产生的水蒸气量以及碳酸盐分解所产生的二氧化碳量，都与原燃料自身的特性及消耗量有一定的关系，在同一规格和类型的生产线上，其差别不大。预热器出气中多余空气的含量受水泥窑系统漏风及系统运行的影响。虽然漏风只占总排气量的一小部分，但是由于漏风引起的热量损失很大。水泥回转窑炉内有漏风，将使预热器的出气量增大，进而使烟气带走的热量损失增大。同时，炉膛内的空气泄漏还会干扰炉膛的正常运转，增大炉膛内的烧结热损耗。由于窑头漏风造成的燃烧温度下降、烧成区温度下降、窑尾漏风造成的预热、分解炉中的原料分解等问题的存在，使得熟料燃烧过程中的热耗增大。所以，为了减少预热器的出气量，必须保证系统的密封性能，同时又要保证系统的空气质量。在此基础上，分析了不同等级的旋风筒体的传热特性。一般情况下，当气、料间的传热系数较大时，其出口烟气温度较低。由于气体中材料的均一性，使得气与料之间的接触面积增大，使得传热效果更好。该系统的传热与分离效率与其自身的特性密切相关。利用多级、低阻力、高效率的旋风预热系统，可以有效地改善气料间的传热及分离效果，同时还可以有效地降低预热器的出气温度。

2.3针对窑尾煤粉后燃采取措施

由于分解炉中的尾煤燃烧不充分，导致了炉内温度的波动与倒挂，导致了炉内的 CO浓度过高，这是由于分解炉内风、煤、料的匹配不合理所引起的，因此需要从入炉煤管的位置、炉内供风不足、煤粉质量控制等方面进行调整。1)在生产现场，由于进炉煤管道与进炉物料管道之间的距离太近，原料的裂解吸收热量，会影响到煤粉的起燃，从而影响到煤粉的稳定燃烧；入炉煤管位于三次风管之上，而不是设置在底部或锥形部位，缺乏预燃空间，使还原气氛变得更加强烈，后燃更加明显。根据煤粉的燃烧特点，将进煤管道的布置与生料的进煤位置相错位，为煤粉的充分燃烧预留了一定的空间。针对入炉煤管位置所采取的对策：在检修期间，将入炉煤管下移到分解炉缩口膨胀节上方，比之前的位置下降3米，根据风速计算，能够延长尾煤的预燃时间0.2s，并出现后燃。经现场校准后，发现裂解炉出口一氧化碳含量较高，变化幅度在480-2000ppm范围内；原煤粉立磨机采用的是窑尾部的高温鼓风机，其热空气中 CO含量高达800ppm，属于危险工况。从煤气测试结果及炉温结果来看，煤粉在分解炉中燃烧不充分，有较强的回燃现象[3]。

2.4减少系统的表面散热

整个系统中，由于回转窑内部的冷却而产生的冷却，其冷却量约为60%，而在整个系统中，冷却量约为25%。在熟料成型工艺中，采用了减少回转窑筒身及预热系统的散热量来减少熟料成型工艺的热耗。其主要方法是针对回转窑不同区域的特点，对其进行合理的设计并选用适当的耐火材料，并对预分解窑系统的表面进行适当的保温，以降低系统的表面热量。另外，一些研究者还发现，将长窑改为短窑，能有效地减少由热辐射引起的热耗。

3.结束语

通过对该采用节煤、节电的综合节能技术改造措施，生产线的热耗指数和电耗指数均有一定的进步。

参考文献：

[1]李乐意.水泥熟料线烧成系统节能降耗技术的研究与应用[J].建材发展导向,2021,19(08):12-13.

[2]冯长林.水泥烧成系统节能降耗技术改造在2500t/d熟料生产线的应用[J].中国水泥,2016(05):94-96.

[3]冯长林,刘劲松,陈廷伟等.水泥烧成系统节能降耗技术改造在5000t/d熟料生产线的应用[J].中国水泥,2015(01):74-76.