巢湖鐵道水泥廠節(jié)能技術(shù)改造實踐
一.概況
巢湖鐵道水泥廠隸屬于中國鐵路物資總公司,由鐵道部投資興建。該廠于1984年開始施工建設(shè)一條Ø4/3.5/4×145m的濕法窯生產(chǎn)線,熟料產(chǎn)量600t/d。其設(shè)計燒成熱耗在1300~1500kcal/kg熟料;水泥電耗預(yù)計為100~110kWh/t水泥。
80年代末90年代初,投資方鐵道部為適應(yīng)我國水泥工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展變化,提高工廠的技術(shù)水平,將正在建設(shè)中的濕法窯生產(chǎn)線改為Ø3.5×54m帶五級懸浮預(yù)熱器和分解爐的新型干法生產(chǎn)線。原濕法生料磨改為引進技術(shù)國內(nèi)制造的MPS3150輥式磨,增設(shè)石灰石、粘土混合料預(yù)均化庫及原料調(diào)配站,煤粉制備、水泥粉磨、聯(lián)合儲庫、水泥儲存、水泥包裝、散裝及發(fā)運等車間沿用原設(shè)計,其燒成系統(tǒng)設(shè)計產(chǎn)量為1500t/d。
該廠生產(chǎn)工藝和設(shè)備在當(dāng)時是比較先進的。就燒成系統(tǒng)來講,采用了引進富勒技術(shù)的水平推動篦式冷卻機;預(yù)熱器為低壓損型五級懸浮預(yù)熱器;分解爐為ILC型分解爐。如下表為燒成系統(tǒng)的主機設(shè)備表:
表1 燒成系統(tǒng)的主機設(shè)備配置
設(shè)備名稱 |
設(shè)備規(guī)格及能力 |
臺數(shù) |
預(yù)熱器 |
C1~C2 Ø4800mm |
1 |
分解爐 |
ILC型Ø6.3×15m 2000t/d |
1 |
回轉(zhuǎn)窯 |
Ø3.5×54m 1500t/d |
1 |
冷卻機 |
609S-819S-1019S富勒型 2000t/d |
1 |
限于當(dāng)時的技術(shù)與裝備水平,該項目自1993年完工進入試生產(chǎn)以來一直沒有能夠達到設(shè)計能力,具體分析其原因,主要是窯系統(tǒng)的運行,不但未能達到設(shè)計能力,而且其運轉(zhuǎn)率很低,除了生料喂料系統(tǒng)、喂煤系統(tǒng)及其他因素的影響外,1998年是試生產(chǎn)以來產(chǎn)量最高的一年,窯系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)率也只有46%。詳細統(tǒng)計如表2,燒成預(yù)分解系統(tǒng)本身的缺陷是影響生產(chǎn)的主要因素。
表2 1998年影響運轉(zhuǎn)因素統(tǒng)計表
月 份 |
運行 (h) |
運 |
停 窯 原 因 |
熟料產(chǎn)量 |
|||||||||||||
生料入窯 |
預(yù)熱器 |
窯中 |
窯頭 |
冷卻機 |
喂煤 |
其他 |
|||||||||||
次數(shù) |
時間 |
次數(shù) |
時間 |
次數(shù) |
時間 |
次數(shù) |
時間 |
次數(shù) |
時間 |
次數(shù) |
時間 |
次數(shù) |
時間 |
||||
1 |
315 |
42 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
17299 |
2 |
342 |
51 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
16697 |
3 |
313 |
42 |
3 |
335 |
3 |
3 |
1 |
256.5 |
1 |
1.4 |
1 |
1.16 |
|
|
1 |
1.3 |
15579 |
4 |
376 |
52 |
1 |
24.8 |
|
|
3 |
48.4 |
|
|
|
|
2 |
17 |
1 |
0.7 |
18052 |
5 |
434 |
58 |
3 |
25.5 |
4 |
75.1 |
2 |
248 |
1 |
8.6 |
2 |
5.1 |
|
|
5 |
15.3 |
14296 |
6 |
467 |
65 |
|
|
|
|
|
3 |
3 |
17 |
5 |
112 |
5 |
78 |
|
|
24316 |
7 |
0 |
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
8 |
373 |
50 |
1 |
0.06 |
9 |
72.5 |
10 |
52.7 |
2 |
24.6 |
7 |
97.3 |
5 |
56 |
1 |
3.1 |
20413 |
9 |
277 |
38 |
2 |
0.75 |
3 |
28.6 |
4 |
405 |
1 |
4.3 |
4 |
7.6 |
|
|
2 |
16 |
14633 |
10 |
404 |
54 |
3 |
6.4 |
10 |
100 |
3 |
131.5 |
|
|
7 |
61 |
|
|
1 |
1.2 |
25018 |
11 |
428 |
60 |
1 |
|
7 |
46.4 |
1 |
69.5 |
2 |
33.4 |
9 |
43 |
|
|
2 |
2.9 |
20754 |
12 |
361 |
48 |
1 |
12 |
10 |
25.7 |
|
|
4 |
53.4 |
1 |
209 |
4 |
3.6 |
1 |
13.2 |
18511 |
總計 |
4090 |
46.7 |
15 |
292 |
46 |
355 |
23 |
1213 |
14 |
143 |
36 |
537 |
16 |
154 |
14 |
54 |
205568 |
注: 本表根據(jù)燒成車間臺帳統(tǒng)計
綜合上表,窯系統(tǒng)的故障率太高,嚴重制約了工廠的生產(chǎn)和發(fā)展,同時,因頻繁地開、停窯又造成了能源浪費和設(shè)備的嚴重損耗,其熟料熱耗高達4391kJ/ kg-cl (1050kCal/kg-cl),水泥綜合電耗為128kW·h/t。都比技改設(shè)計指標(biāo)(熱耗:3555 kCal/kg-cl,電耗:120 kW·h/t)高出很多。嚴重影響了工廠的經(jīng)濟效益。
為改變這一不利的生產(chǎn)狀況,業(yè)主曾委托多家設(shè)計研究單位多次對其燒成系統(tǒng)進行局部技術(shù)改造,歷經(jīng)7年的時間,耗費了大量資金但效果不明顯,,因此本項目一直未能達標(biāo)驗收。1998年12月巢湖鐵道水泥廠委托天津院針對其燒成系統(tǒng)進行技術(shù)改造,力爭早日實現(xiàn)達標(biāo)、達產(chǎn),以取得預(yù)期的經(jīng)濟效益和社會效益。
二.窯系統(tǒng)存在的問題
1.預(yù)熱器
C1級旋風(fēng)筒內(nèi)筒結(jié)構(gòu)不盡合理,C1和C2級預(yù)熱器旋風(fēng)筒鎖風(fēng)閥門漏風(fēng)嚴重,導(dǎo)致預(yù)熱器收塵效率低,出C1級預(yù)熱器廢氣粉塵濃度過大,據(jù)1995年南京水泥工業(yè)設(shè)計研究院的標(biāo)定報告顯示,C1級出口含塵濃度高達215g/Nm3,時常造成窯主排風(fēng)機出風(fēng)口積灰并塌落沖擊高溫風(fēng)機而影響窯系統(tǒng)的正常操作,造成燒成系統(tǒng)料耗及能耗的增加。
2.分解爐、窯尾
巢湖鐵道水泥廠的預(yù)分解系統(tǒng)類似于史密斯公司ILC型早期產(chǎn)品。見(圖1,略)三次風(fēng)從上升煙道進入,與窯氣混合后噴騰入爐,而C4來料則從三次風(fēng)入口下部進入上升煙道,隨窯氣進入爐內(nèi),因此C4來料回分解爐的效果受窯氣的影響大,生料入窯分解率波動大,在85~94%之間,上升煙道經(jīng)常結(jié)皮堵塞而停窯。
3.回轉(zhuǎn)窯
回轉(zhuǎn)窯的規(guī)格為Ø3.5×54m。其設(shè)計能力為1500t/d。由于當(dāng)時的現(xiàn)有設(shè)備及其他技術(shù)條件的限制,與其配套的預(yù)熱器及熟料冷卻機均為2000t/d生產(chǎn)線設(shè)備。
根據(jù)日本水泥協(xié)會的計算公式,預(yù)分解窯的產(chǎn)量為:
Q=0.230Di1.5L×24 則窯產(chǎn)量為Q=0.230(2.5-0.18)1.5×54×24=1659t/d
而實際生產(chǎn)過程中,一般是在小于1200t/d的狀態(tài)下運行,經(jīng)常造成長后窯皮、結(jié)圈,熟料結(jié)蛋等事故而停窯,且因操作等原因窯燒成帶耐火磚的壽命嚴重縮短,造成頻繁換磚,既影響生產(chǎn)又增加系統(tǒng)的維護、維修費用,影響了工廠的經(jīng)濟效益。
4.冷卻機
該冷卻機為引進富勒技術(shù)國內(nèi)制造的產(chǎn)品,其結(jié)構(gòu)不盡合理,經(jīng)常堆“雪人”,出現(xiàn)“紅河”現(xiàn)象,斷鏈,燒壞篦板等。而且熱效率很低,造成冷卻機廢氣溫度過高而燒壞窯頭電收塵器。其三次風(fēng)入爐處的風(fēng)溫經(jīng)常在500~600℃之間,這也是造成預(yù)熱器、分解爐及窯操作不正常的原因之一。因頻繁的故障,也使燒成系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)率大大下降。
三.燒成系統(tǒng)技術(shù)改造方案的制定及實施
1. 預(yù)熱器C1內(nèi)筒過短,預(yù)熱器收塵效率太低造成排風(fēng)管道積灰。首先,將C1級內(nèi)筒加長800mm,同時更換C1,C2級旋風(fēng)筒重錘翻板鎖風(fēng)閥,提高預(yù)熱器收塵效率,消除因高溫風(fēng)機事故而引起的停窯或系統(tǒng)熱工制度的不正常,降低系統(tǒng)的能耗。
2.分解爐的改造實際上與窯尾和窯、冷卻機是密不可分的,因為分解爐的結(jié)構(gòu)缺陷(如圖1),物料在爐內(nèi)的停留時間過短,入窯分解率低,根據(jù)窯的操作情況看,生料入窯分解率大約在85%左右。因為只靠窯尾廢氣并不能把4級筒物料完全徹底地帶入分解爐,四級物料很可能部分直接入窯,而為保證熟料的質(zhì)量,窯頭必然加大燃煤量,這樣又造成了窯尾溫度過高,上升煙道嚴重結(jié)皮,窯內(nèi)后結(jié)圈,燒成帶后移,窯內(nèi)通風(fēng)不良,結(jié)大蛋等不正?,F(xiàn)象,長時間的惡性循環(huán)操作必然要造成燒成系統(tǒng)的停窯、清理、檢修。根據(jù)實際觀察和了解,工廠的燒成系統(tǒng)正是在此惡性循環(huán)狀態(tài)下運行。因此,有人戲稱此窯為“星期窯”,在1200t/d以下狀態(tài)下運行一般不會超過一個星期。因此我們對分解爐進行了如下改造:
(1).取消上升煙道將分解爐由類ILC型改為我院引進技術(shù)消化的TD型,分解爐容積增加了約150m3,強化了二次噴騰區(qū)作用,(見圖2)增加了物料在爐內(nèi)的滯留時間,以提高其分解率及燃料燃盡率。
(2).將C4級來料改在從爐體底部三次風(fēng)上部進入,避免其受窯氣的影響而直接入窯的可能性。
(3).三次風(fēng)從爐體底部切向入爐,使煤粉、生料在爐內(nèi)均勻混合,使煤粉均勻燃燒,生料均勻加熱。這樣使入窯生料的分解率保證在90~94%,給窯的操作創(chuàng)造一個良好的條件。
(4).在生產(chǎn)過程中盡可能提高窯的產(chǎn)量,盡量滿足預(yù)熱器、分解爐的正常工作狀態(tài),使燒成系統(tǒng)保持在一個良性的狀態(tài)下運行。
3.冷卻機的改造。將原有的水平推動篦式冷卻機改為充氣梁式冷卻機。應(yīng)該強調(diào)在最高溫區(qū)采用“固定式充氣梁”裝置最大優(yōu)點是大大降低了熱端篦床的機械故障率,這就充分保證篦冷機的運轉(zhuǎn)率。由于正對窯下料口區(qū)域的篦床采用“固定式充氣梁”裝置,熱熟料易于堆積,雖可調(diào)節(jié)冷卻風(fēng)量來對積料厚度加以控制,但為防“雪人”和大塊熟料球的堆積,在端部殼體上加裝了一組空氣炮,按實際需要間斷地“開炮”,適時清理過多的積料,以保證穩(wěn)定安全的操作。從而大大降低了冷卻機的事故率,提高了窯的運轉(zhuǎn)率。
由于采用了充氣梁式冷卻機,冷卻風(fēng)分布更為均勻,避免了“紅河”現(xiàn)象,其熱效率由原來的50%~60提高到了71%~74%。三次風(fēng)入爐風(fēng)溫大大提高,由原來的500~600℃提高到800~900℃,從而提高了冷卻機的熱效率,從另一方面降低了燒成系統(tǒng)的燒成熱耗,穩(wěn)定了分解爐的操作。
四.改造效果
1999年4月~5月該廠經(jīng)近一個多月的較短時間進行改造,又經(jīng)兩個多月的試生產(chǎn),徹底改變了原有的操作習(xí)慣。改造總投資為450萬元。改造后的窯系統(tǒng)平均日產(chǎn)量增加了37%。窯產(chǎn)量由原來的小于1200t/d提高到了1650~1700t/d。除去市場因素的影響,窯系統(tǒng)運轉(zhuǎn)率可達82%。燒成系統(tǒng)的能耗明顯降低,由原來的1050kCal/kg熟料降低到了880kCal/kg熟料以下。該廠改造后,于2000年下半年至今生產(chǎn)一直正常,每年可實現(xiàn)新增利潤1500萬元??傊壳肮S經(jīng)過對燒成系統(tǒng)的提產(chǎn)改造,已取得了良好的經(jīng)濟效益和社會效益,發(fā)展前景十分廣闊。
五. 結(jié)論
限于當(dāng)時的技術(shù)水平和裝備條件,巢湖鐵道水泥廠濕改干項目走過了一段曲折的路,但在我院的積極配合下,通過工廠自身不懈的努力,最終取得成功。該項目的關(guān)鍵還在于燒成系統(tǒng)尤其是預(yù)熱預(yù)分解系統(tǒng)均衡穩(wěn)定的生產(chǎn),提高入窯物料分解率,減小回轉(zhuǎn)窯負荷,提高窯產(chǎn)量,進而使預(yù)熱預(yù)分解系統(tǒng)的能力得到充分的發(fā)揮,以穩(wěn)定窯系統(tǒng)的正常操作,是本次改造的關(guān)鍵所在。