我公司烧成系统节能降耗措施及应用_汪勇刚.pdf

2023年第1期中图分类号：TQ172.6文献标志码：B文章编号：1007-0389（2023）01-32-04【DOI】10.13697/ki.32-1449/tu.2023.01.010我公司烧成系统节能降耗措施及应用汪勇刚，田利峰，袁启亮，郭艳秋（辽阳天瑞水泥有限公司，辽宁辽阳 111018）摘要：我公司在没有经过大的设备改造前提下，通过优化配料与工艺操作，优化生产工艺和中控操作，对工艺技术改造，提高余热发电等措施，运行效果良好：4.8 m72 m回转窑产量达到6 500 t/d，吨熟料标准煤耗达到100 kg/t以内，吨熟料综合电耗降低至50 kWh/t以内。关键词：水泥企业；节能降耗；措施；应用Energy saving and consumption reducing measures and application of our firing systemWang Yonggang,Tian Lifeng,Yuan Qiliang,Guo Yanqiu(Liaoyang Tianrui Cement Co.,Ltd.,Liaoyang 111018,China)Abstract:Without major equipment transformation,our company has achieved good operation results by optimizing batching and process operation,optimizing production process and central control operation,reforming process technology and improving waste heatpower generation.The output of 4.8 m 72 m rotary kiln will reach 6 500 t/d,the standard coal consumption per ton of clinker willreach 100 kg/t,and the comprehensive power consumption per ton of clinker will be reduced to 50 kWh/t.Key words:cement enterprise;Energy saving and consumption reduction;measures;application0引言水泥企业是能源消耗大户，在“碳中和和碳达峰”的政策引导下，水泥企业的节能减排是一项长远战略方针和社会责任、也是企业在行业内保持竞争力和可持续发展的关键。我公司建有两台4.8m72m回转窑，建厂以来结合企业自身的工艺和用能特点，不断发掘公司在节能减排、资源综合利用等方面的潜力，能耗水平逐年下降，2021年通过优化配料与工艺操作，在没有经过大的设备改造前提下，回转窑产量达到6500t/d，吨熟料标准煤耗达到100kg/t以内，吨熟料综合电耗降低至500kWh/t以内。本文就具体措施进行介绍。1优化配料，降低成本我公司在2020年以前硅率（SM）都是控制在2.8左右，铝率一般都是控制在1.4左右，再加上生料是0.20mm筛余比较高，生料的易烧性不好，只能通过提高入窑分解率和烧成带温度控制出窑熟料游离钙（以前分解率基本控制在95%以上，窑主电机电流不低于 7300A，尤其是二线回转窑的电流经常控制在 8000A 以上），台时产量提升幅度不大，煤耗偏高。2021年初通过多方论证、强力推行：石灰石饱和系数（KH）值调整为0.905左右，硅酸率降低至2.3左右，铝率降低至1.1左右，同时使用磷石膏作为矿化剂大幅提高了生料的易烧性。我公司原一直使用石灰石、硅石、煤矸石、铁尾矿粉四种原材料进行生料配料使用。熟料KH控制在0.900左右，熟料SM控制在2.72.8之间，熟料IM控制在1.41.5之间。为降低配料成本，综合资源利用，我公司决定对生料配料方案进行优化，原料配料成本下降了1.5元。我公司外购原料有三种：硅石主要提供熟料中的SiO2成分，其特点是价格高、易磨性差、易烧性差；铁尾矿粉主要提供熟料中的Fe2O3和SiO2，其特点是价格低廉、资源丰富、易磨性好。经过配料计算，并查阅资料进行可行性分析，配料中逐步减少硅石掺加量，并最终完全停止使用硅石，同时减少煤矸石配比，大幅增加铁尾矿粉掺加量。将原熟料 KH 由0.895提高至0.905左右，熟料SM降低至2.3左右，熟料IM降低至1.10左右，即高KH值、高铁、低SM值、低IM值的配料方案。同时为进一步提高熟料易烧性，生料中加入0.5%的磷石膏做矿化剂，配合本配料方案使用。虽然使用高饱和比进行配料可以增加熟料强度，但所带来的困扰必然是其易烧性的降低，但当使用磷石膏（生料配入0.5%）作熟料矿化剂进行配料生产后，磷酸盐在水泥熟料中即使含量很少，却能大大地影响熟料的物化性能。表现在当熟料中P2O5含量较低时w（P2O5）0.5%，P2O5进入C3S晶格内，置换出SiO2，形成改性的C3S，由于是异质取代，必然要求电价补偿，使得改性的C3S与普通的C3S相比，晶细胞扭曲，尺寸变小，呈立方晶格结构，有较高的水硬活性。同时被置换出的活性SiO2又与f-CaO作用形成更多的C3S。这样就能更加引起C3S晶格的畸变和熟料某些物化性能的改善，当这些氧化物较低时生产技术汪勇刚，等：我公司烧成系统节能降耗措施及应用-322023年第1期（0.5%），不致于引起C3S的多晶转变现象，使水泥熟料表现出较高的水化、水硬性能。使用“两高两低”（高KH值、高铁、低SM值、低IM值）配料方案时，可以增加高强度的C3S和C4AF的矿物含量，减少低强度的C3A和C2S含量；采用该方案后熟料中C3S增加了1.5%，低强度的C2S下降了1.8%；同时配合使用少量磷石膏作矿化剂配料生产，既能降低物料共融温度提高易烧性，又能调整硫碱比，提高水泥熟料流动度，增加其强度，见表1。2优化生产工艺和中控操作由于率值的变化，生料易烧性发生较大变化，为确保配料调整的效果，公司及时调整了生产工艺参数，在中控操作上做了指导性规定。（1）回转窑系统调整将三次风闸板从800mm提高至1400mm以上，充分发挥分解炉的功效，减轻窑内热负荷，为提产打好基础，同时把窑尾烟室的负压降低到250Pa以内。（2）燃烧器定位在中心偏上3050mm，使火焰偏向窑皮，不产生长厚窑皮，扩大烧成带有效内径，降低窑内物料填充率。主要是通过使用激光笔在窑头燃烧器中心油管处打点，确保光点到达窑尾烟室下料舌头上沿，可以使回转窑烧成带长度、温度、热力分布更适宜，窑皮厚度适中加强了窑内通风，煤灰沉降更均匀，提高生料产量和回转窑内衬使用寿命。（3）调整内外风比例和截面积，把窑皮长度控制在20m左右，薄料快烧，降低大球形成几率，加强了窑内通风。（4）降低分解炉出口温度，保持分解率在94%95%之间。（5）窑况正常的情况下回转窑主电机电流控制在550700A。（6）降低煤粉细度，提高燃尽率和烧成带温度，尤其是一线立磨，以前煤粉细度控制在12%左右，2021年通过对煤磨喷口环和压风板进行改造，降低磨内风速和风向，煤粉细度控制到4%左右，细度调整后窑内烧成带煅烧温度更为集中，窑皮长度、厚度均匀稳定，虽然造成煤磨台时降低、工序电耗升高，但从细度降低的效果来看利大于弊。（7）自制五级下料管微动阀，从现场配重动作情况来看，预热器微动锁风阀技改，原有锁风板阀下料时板阀工作幅度较大，造成锁风效果不好，自主设计安装一、二线预热器5级双列微动板阀共4套，板阀连续动作，锁风效果较好，减少了内漏风现象。（8）二级筒出口下料管下移：原下料管距离四级筒顶盖2.8m，将下料管下移到0.9m处，改造后物料进入二级上升烟道，增加了物料在上升烟道的停留时间，从而延长了预热时间，增加了物料的预热效果，热损失减少，换热效果明显，见图1、2。图1二级筒出口下料管原位置图2二级筒出口下料管下移改造后位置（9）在篦冷机操作上坚持厚料层操作，料层厚度由原来的 600 mm 增加到 1 000 mm，提高二次风温和三次风温50100。经过以上的调整，窑尾烟室温度由原来的101000左右降低到10001050左右，二次风温却从100500提高到101500以上，彻底解决了温度倒挂的问题。同时由于硅率的降低和矿化剂的使用，生料易烧性和出窑熟料结粒情况明显改善，窑台时产量比2020年增加300t左右，两条窑煤耗分别比年度预算降低8.00kg左右，见表2。3工艺技术改造（1）分解炉内撒料板加长，原分解炉撒料板长项目优化前优化后对比三率值KH0.8950.9050.01SM2.802.30-0.5IM1.401.10-0.3熟料w（f-CaO）%1.501.31-0.19熟料3d强度MPa32.033.81.8熟料28d强度51.353.42.1熟料C3S含量%52.554.01.5配料成本（元 t-1）32.7831.28-1.5入窑分解率%9593-2表1“两高两低”配料方案生产技术汪勇刚，等：我公司烧成系统节能降耗措施及应用-332023年第1期度在300mm，冬季大修时将撒料板延长200mm，总长度达到500mm。撒料板加长后，物料反弹分散的更均匀，使物料与气流进行最为充分的热交换。（2）增湿塔旁路改造：高温风机与增湿塔底部加一管道连接，生料磨开机时，气流从旁路管道进入立磨，不需要经过增湿塔，减少了通风阻力。2020年811月一线尾排风机主机单耗2.3kWh/t，二线尾排风机主机单耗2.4kWh/t，改造后两线尾排风机主机 单 耗 2.1 kWh/t；同 比 2020 年 均 值 分 别 下 降0.20kWh/t、0.3kWh/t，见图3。图3增湿塔旁路管道改造（3）更换窑头、窑尾高润滑耐磨槽鱼鳞密封。提高了窑头窑尾密封性能，系统漏风减少，提高了烧成带温度，同时石墨块的润滑作用降低了回转窑运行摩擦力。（4）立磨粗粉下料口改造：ATOX立磨中心锥体下方圆柱筒底部新增回粉装置管道，以此来引导中心锥体内的粗粒径回粉回料溜至磨盘上与磨辊的工作研磨区域进料侧的中心，使得粗粒径回粉不再遭遇磨机内旋风，避免重复上升筛选再下落的重复过程，粗灰粉能立即受到研磨工作，同时可以有效稳定磨盘物料料层厚度，避免了磨机振动、提高运转率、提高立磨台时产量、提高立磨研磨效率和细粉合格率，见图4。（5）鹅颈脖改造：由于原鹅颈脖上方有一个1.80m长的平行管道，积灰现象严重，每个班都会出现塌料情况。年底大修时，将平行管道底部切除，改成尖顶，同时鹅颈脖容积增加了15m3，分解炉出口负压由之前-12000Pa-13000Pa降至-10000Pa-11000Pa，一级筒出口负压从-58000Pa-60000Pa降至-54000Pa-505000Pa，高温风机转速不变的情况下风量可以大幅增加。由于风煤料三平衡，窑尾用风量增加后，头排风机转速下降，电流下降23A，降低系统阻力后，可以降低系统电耗，见图5和表3。图4立磨粗粉下料口改造图5鹅颈脖工艺改造4提高余热发电量措施公司料生产线配套的9MW纯低温余热发电系统，以前日发电量一般都在80008500kWh，通过改变操作思路，优化操作方法，发电机组日发电量达到9500kWh。4.1平衡窑系统与余热发电系统用风关系通过工艺调整，将三次风管阀门开大，分解炉的用风量和温度增加，可以加快煤粉的燃烧，提高煤粉项目优化前优化后对比分解炉撒料板长度mm300500200尾排主机单耗（kWht-1）2.42.1-0.3分解炉出口负压Pa-1300-1100200一级筒出口负压-6000-5500500头排风机电流（A/S）4542-3表3改造前后参数对比项目优化前优化后对比窑台时产量（th-1）24127130标准煤耗（kgt-1）10799-8窑尾烟室温度C11001050-50二次风温10501150100三次风温750850100篦冷机料层厚度mm6001000400三次风闸板8001400600窑主机电流(A/S)650800550700-100表2改造后窑的生产参数生产技术汪勇刚，等：我公司烧成系统节能降耗措施及应用-342023年第1期的燃尽率。分解炉的燃烧性能提高，有利于降低煤粉的化学不完全燃烧，有利于提升预热器内废气温度，同时由于预热器系统风量的增加，进入窑尾锅炉风量增加，进一步有利于发电量的提升。4.2撒料板方面检修期间对各级筒撒料板进行检查，尤其是5级、4级筒出口管道上方撒料板和分解炉内撒料板重点检查，对于长度不够、角度不合理的撒料板进行更换。力求高温物料分散效果好，避免在预热器内结团情况的发生，从而避免结团高温物料入窑后，形成球核，球核在窑内滚雪球，越滚越大，在窑内结蛋、形成大块料。由于大块料的减少，熟料结粒相对均齐，篦冷机内冷却效果增强，热交换较好，烟风温度从390提高到450、AQC锅炉蒸汽量提高2t/h。4.3篦冷机方面（1）检修期间加强篦缝调节和篦下窜风治理，专人监控维修人员对篦冷机篦缝的调整，控制篦冷机篦板间缝隙，篦板结构缝和安装缝的处理，篦缝一定要均匀，篦板横向排与排之间的垂直间隙控制在23mm范围内。活动篦板与侧墙盲板之间的侧面间隙控制在33.5mm范围内，且逐排从风室底部向上观察，活动篦板、活动梁局部与侧盲板之间间隙是否符合要求。（2）在中控操作上，加强中控员对篦冷机料层的优化调整，改善熟料结粒，合理控制篦床料层厚度和篦下压力，篦床推力允许的情况下，重点强调厚料层控制，达到固定篦床、一段和二段的篦冷机风机群满负荷运行，不但提高了二次风温和三次风温，同时烟风温度也有效提高，熟料冷却效率大大增加，熟料温度由190降低到110。具体措施效果见表4。表4优化前后参数对比项目优化前优化后对比发电量kWh850095001000烟风温度C39045060AQC锅炉蒸汽量（ts-1）25.027.02.0出窑熟料温度C190110-805结语通过上述优化、技改，目前两条窑运行效果较好：生料配料成本可下降1.5元；由于易烧性提高，熟料游离钙下降，熟料3d强度提高0.8MPa，28d强度提高 2.1 MPa；窑日产量由去年的 5 850 t 提升到605000t；标准煤耗由2020年的1070kg/t下降到990kg/t；熟料综合电耗由530kWh/t下降到49.20kWh/t，小时发电量在905000kWh/t左右。参考文献1 王趁义，王凤玲.磷石膏用作矿化剂烧制立窑水泥熟料J.湖南建材，1995，3.（编辑：于欢）（收稿日期：2022-08-26）挥出来，与砂浆试验结果不对应。（5）本批次检验的同一厂家水泥样品中，A-7、A-1、A-6水泥适应性好，拌制的混凝土1h后仍表现出很好的流动性，在工程应用中运输一定距离后仍能满足施工要求；A-9、A-5、A-8水泥适应性差，主要表现为 1h后扩展度损失率大，可能与外加剂用量、夏季高温等因素有关。（6）本批次抽检的区域内不同厂家水泥，B-1、B-4水泥适应性较好，1h后的工作性能满足施工要求；其余厂家水泥适应性欠佳，主要表现为初始扩展度值偏低，流动性差，要达到相近的工作性所需要的外加剂用量更高。3结论此次水泥适应性评价结果，验证了业内人员对砂浆扩展度试验方法的研究结论，即砂浆法对快速评价水泥适应性具有重要的指导意义。对于相同厂家生产的不同批次水泥，用砂浆扩展度法可以较全面地评价水泥与减水剂的适应性，包括扩展度值和扩展度经时损失率以及砂浆性状表征。该方法简便可靠，省时省力，可以帮助水泥企业更好地进行生产控制，在出现异常状况时可结合混凝土扩展度试验进行结果判定。在对不同水泥厂家的水泥进行适应性评价时，砂浆扩展度法尚不能十分准确地反应水泥在制备成混凝土后的真实使用性能，砂浆扩展度法还需要从试验规则、试验结果判定等方面作进一步细致的研究。水泥厂家在进行区域竞争对手产品性能摸底时，还需以混凝土试验结果为准。参考文献1 胡 凌,黄丰龄,廖晓军.水泥与减水剂相容性的评价方法胶砂扩展度法J.水泥,2006（7）:5-7.2 徐永模,彭 杰,赵昕南.评价减水剂性能的新方法砂浆坍落扩展度J.硅酸盐学报,2002（10）:124-130.（收稿日期：2022-10-11）（上接第10页）生产技术汪勇刚，等：我公司烧成系统节能降耗措施及应用-35