采用新型干法生產技術改造干濕混合法水泥生產線

一.概況

    湖北寶石水泥集團有限公司（原湖北光化水泥廠）4號窯于1993年開始建設，1995年投產，是原國家建材局干濕混合法技術改造示范項目。本項目為一條Ø3.5×54m 回轉窯生產線，窯尾為帶破碎烘干機和RSP型分解爐的二級預熱分解系統，生產能力為日產熟料1000t。干濕混合法技術工藝流程簡單，屬較先進的半干法水泥生產技術，為國內首創(chuàng)。

    投產至今，由于國內水泥行業(yè)對干濕混合法生產技術了解較少，生產線設計、生產操作經驗不足，致使4號窯一直存在設備非計劃故障多，運轉不正常，臺時產量低，僅為500～700t/d，運轉率很低，消耗高，熟料質量不穩(wěn)定等問題。1997年全年熟料產量55000t，年運轉率為27%，1998年全年熟料產量85000t，年運轉率為37%。由于熟料產量和窯運轉率一直不能達標，公司負擔沉重，面臨困境，舉步為艱。

    1998年9月寶石集團公司委托天津水泥工業(yè)設計研究院對4號窯進行改造，改造內容包括燒成系統、立磨系統、喂料系統和自動化控制系統。改造工程從1999年2月8日至4月4日，僅用時55天，共投入資金1100萬元，預計2年收回全部投資。

    1999年4月28日至5月1日實現3天達標后。燒成系統設備故障率明顯降低，臺時產量、運轉率和熟料質量均大幅度提高，水泥強度由改造前的54MPa升高至改造后的60MPa以上，熟料熱耗由1200kcal/kg熟料降至1050kcal/kg熟料，電耗由108度/噸熟料降至78度/噸熟料，經濟效益明顯好轉。

    以下僅對改造前后燒成系統有關情況作進一步論述。

二.燒成系統改造

（一）. 改造前燒成系統存在的問題

    寶石集團4號窯改造前，生產一直不正常，原因很多，窯產量和運轉率始終無法提高。經過現場調研分析，認為除原煤質量不穩(wěn)定，干生料和料漿成分不統一穩(wěn)定等人為因素外，原熟料燒成系統主要存在以下問題：

    1.破碎烘干機破碎烘干效果差，故障多，經常堵塞甚至壓死，造成窯系統停運；

    2.破碎烘干機后旋風收塵器下的回轉下料器鎖風效果差，收塵器收塵效率低，僅70%，造成廢氣處理系統回灰量大，嚴重影響入窯生料質量及窯尾預熱分解效能的發(fā)揮，使回轉窯難以正常運轉；

    3.分解爐內氣體、物料和煤粉分布不均，物料換熱效果差，煤粉燃盡率低，后燃燒現象嚴重，SC爐結皮堵塞現象經常發(fā)生，造成爐筒體，旋風筒內筒嚴重變形，預燃室和混合室連接處筒體開裂掉磚，維修量大，影響運轉率；

    4.篦冷機熱效率低，故障多，熱端篦板經常燒壞，主梁變形，活動梁跑偏，漏料嚴重，致使拉鏈機鏈節(jié)多次燒壞，雖采用耐熱鋼也無法解決上述問題；

    5.三次風從冷卻機抽取，溫度低，僅500～600℃，且風量不足；

    6.旋風筒下鎖風閥鎖風效果不好，內漏風較大，影響系統換熱。

    7.喂煤系統工藝落后，分解爐喂煤不穩(wěn)定，直接影響燒成系統熱工制度的穩(wěn)定。

（二）. 燒成系統改造措施

    根據上述分析，結合寶石集團4號窯實際生產情況，同時考慮生料磨和煤磨的實際生產能力，決定對4號窯暫不實施全干法改造，而是保留目前的混合法生產方式，對燒成系統的關鍵設備進行改造，其特點是改造工程量少，原有設備利用率高，改造工期短，改造費用低。圖1為改造前后燒成系統工藝流程圖（略），表1列出了改造所采取的有關措施。

表1 改造采取的措施

改造方案簡介：

    1.烘干破碎機改造

    烘干破碎機改造設計原則是盡量擴大干生料用量，以降低系統熱耗，同時確保烘干破碎機操作穩(wěn)定，使其不成為限制窯系統正常運轉的瓶頸。

    由于生料漿喂料不穩(wěn)且分布不均，造成破碎烘干機負荷波動大，機內濃度場和溫度場分布不均，部分濕料漿在破碎烘干機內未經烘干就被熱氣流帶到出口粘結，破碎烘干機經常被堵塞壓死，有時甚至兩三天即須清料一次，每次清料十多噸，嚴重影響窯的運轉。

    為改善破碎烘干機內物料分布場，破碎烘干機喂料系統作了以下調整：

    —調整干生料入料位置，改一點喂料為三點喂料，使干生料在破碎烘干機入口管道內分布均勻；

    —調整濕料漿喂料系統，改善濕料漿喂料的穩(wěn)定性；

    —調整三個濕料漿喂料噴嘴的喂料量，中間噴嘴料漿多兩邊噴嘴料漿少；

    —調整濕料漿喂料噴嘴噴入機內的角度，使?jié)窳蠞{與干生料相匹配。

    采取以上措施后，破碎烘干機內溫度場和濃度場均勻穩(wěn)定，破碎烘干效果明顯，運行狀況得到根本改善，自99年4月份投料以來，破碎烘干機從未出現堵塞壓死現象。

    2.取消原有RSP型分解爐的預燃室，改為TDF型分解爐，簡化了分解爐本體結構，使窯尾系統操作簡單、順暢、可靠。

    由于原有RSP型分解爐結構復雜，三次風布置復雜，調節(jié)困難，爐內偏風嚴重，預燃室內流場和濃度場分布不均，預燃室不能很好地發(fā)揮作用。加之預燃室體積較小，熱負荷較大，筒體嚴重變形開裂，掉磚事故經常發(fā)生。同時由于預燃室內流場旋流后效作用對混合室內流場和濃度場的影響很大，混合室上部又無縮口，使混合室的作用也得不到充分發(fā)揮，盡管RSP分解爐爐容很大，仍存在嚴重的不完全燃燒現象，二級旋風筒內筒也經常變形燒壞，經常需要停窯檢修。

    分解爐改造通常采用加高爐體，延長分解爐至最下一級旋風筒間管道的方法，取得了明顯的效果，但這勢必增加投資。此次寶石集團4號窯分解爐改造過程中，在借鑒以往成熟的改造經驗和充分調研分析的基礎上，把改造重點放在改進分解爐本體結構充分發(fā)揮分解爐本身效能上。為此取消了原有預燃室，混合室下部錐體稍下移并在混合室中部增加一縮口，改造成為TDF型分解爐，爐容由320m³降至約290m³ ，爐內氣體停留時間約3秒鐘。

    由于從根本上改變了分解爐結構，從而使分解爐內流場和濃度場得到了明顯改善，煤粉和物料在爐內停留時間延長，煤粉燃燒燃盡狀況顯著提高，徹底解決了結皮堵塞等難題。同時降低了設備設計、安裝和土建工程的設計與施工難度，為縮短施工及停產周期創(chuàng)造了條件。

    3.冷卻機改造

    冷卻機改造為第三代充氣梁篦冷機，改善了熟料的冷卻效率，提高了熱回收效率，降低了冷卻用風量，使系統電耗降低。

    4.大窯頭罩改造

    在改造冷卻機的同時，窯頭罩改為大窯頭罩，三次風從大窯頭罩頂部抽取，提高了入爐三次風溫，使入爐煤粉迅速燃燒，提高了煤粉的燃盡率。

    5.采用新型鎖風閥，減少了旋風收塵器和各級旋風筒下料管道的內漏風，提高了收塵器的收塵效率和各級旋風筒的分離效率，使系統換熱效率提高，同時降低了廢氣處理系統的回灰量和廢氣溫度，使入窯生料質量穩(wěn)定，為窯系統正常運轉創(chuàng)造了條件。

    6.由于改造時受資金限制，喂煤系統未能同步徹底改造，喂煤系統工藝落后，導致窯頭窯尾喂煤不穩(wěn)定，燒成系統的正常運轉也受到一定程度的影響。并且限制了三次風溫度的進一步提高，目前僅達750℃左右。

三.燒成系統改造后運轉情況

    1. 通過上述改造，燒成系統運行狀況大為改善，在寶石集團和天津水泥院的共同努力下，4月28日至5月1日順利完成72小時達標考核。改造至今燒成系統運轉平穩(wěn)，消除了分解爐系統的結皮堵塞，殼體變形掉磚等問題對燒成系統的困擾。改造后燒成系統主要生產操作參數如表2所示。

表2 改造后燒成系統主要生產操作參數

四. 燒成系統改造前后效果

    燒成系統改造后，熟料質量、臺時產量和窯系統運轉率均大幅度提高，改造后熟料熱耗由1200kcal/kg熟料降至1050kcal/kg熟料，電耗由108度/噸熟料降至78度/噸熟料，生熟料化學成分、礦物組成、水泥凝結時間和水泥強度等見表3、4。

表3 熟料化學成分和礦物組成

表4 改造前后水泥凝結時間和水泥強度

    按2000年生產熟料156800噸計算，僅煤耗與電耗降低節(jié)約支出估計可達300萬元。加上熟料產量提高和水泥質量提高所帶來的效益。足以證明此次改造的經濟效益相當明顯。

五.結論

    寶石集團4號窯的改造實踐，為干濕混合法水泥熟料生產線建設提供了經驗：

    1.改造工程要以燒成系統為中心實施。在確定燒成系統能力時應兼顧生料磨系統和煤粉制備系統能力的發(fā)掘和匹配，使生產線形成有效的生產能力。

    2.燒成系統窯尾改造重點應放在調整現有分解爐的結構和烘干破碎機的堵塞問題上。此次改造分解爐由RSP型改為TDF型，解決了因SC爐小，熱負荷高，導致SC爐經常結皮堵塞，殼體變形掉磚等難題，使燒成系統工藝流程順暢，操作方便。

    3.改造過程中盡可能采用成熟可靠的新技術和新裝備。如大窯頭罩、第三代充氣梁篦冷機等。

    4.作為燒成系統的重要組成部分，應同時改造完善窯頭窯尾喂煤系統，采用成熟可靠的技術提高喂煤的準確性和穩(wěn)定性，以使燒成系統不受喂煤系統的波動所限制。寶石集團改造時由于受資金限制，喂煤系統沒有改造，喂煤準確性和穩(wěn)定性較差，影響了燒成系統的正常運轉和燒成系統產量的進一步提高。

    5.改造工程應同時考慮設備安裝和土建工程的設計與施工難度，以降低整個改造工程的投資，縮短施工及停產周期，盡快收回投資，為水泥廠增效。