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年開始施工建設一條Ø4/3.5/4×145m的濕法窯生產(chǎn)線，熟料產(chǎn)量600t/d。其設計燒成熱耗在1300～1500kcal/kg熟料；水泥電耗預計為100～110kWh/t水泥。

80年代末90年代初，投資方鐵道部為適應我國水泥工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展變化，提高工廠的技術(shù)水平，將正在建設中的濕法窯生產(chǎn)線改為Ø3.5×54m帶五級懸浮預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，增設石灰石、粘土混合料預均化庫及原料調(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)運等車間沿用原設計，其燒成系統(tǒng)設計產(chǎn)量為1500t/d。

該廠生產(chǎn)工藝和設備在當時是比較先進的。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；預熱器為低壓損型五級懸浮預熱器；分解爐為ILC型分解爐。如下表為燒成系統(tǒng)的主機設備表:

表1  燒成系統(tǒng)的主機設備配置

限于當時的技術(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

 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。都比技改設計指標(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、達產(chǎn)，以取得預期的經(jīng)濟效益和社會效益。

二．窯系統(tǒng)存在的問題

1．預熱器

C1級旋風筒內(nèi)筒結(jié)構(gòu)不盡合理，C1和C2級預熱器旋風筒鎖風閥門漏風嚴重，導致預熱器收塵效率低，出C1級預熱器廢氣粉塵濃度過大，據(jù)1995年南京水泥工業(yè)設計研究院的標定報告顯示，C1級出口含塵濃度高達215g/Nm³，時常造成窯主排風機出風口積灰并塌落沖擊高溫風機而影響窯系統(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。其設計能力為1500t/d。由于當時的現(xiàn)有設備及其他技術(shù)條件的限制，與其配套的預熱器及熟料冷卻機均為2000t/d生產(chǎn)線設備。

根據(jù)日本水泥協(xié)會的計算公式，預分解窯的產(chǎn)量為：

Q=0.230Di^1.5L×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。其三次風入爐處的風溫經(jīng)常在500～600℃之間，這也是造成預熱器、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. 預熱器C1內(nèi)筒過短，預熱器收塵效率太低造成排風管道積灰。首先，將C1級內(nèi)筒加長800mm，同時更換C1，C2級旋風筒重錘翻板鎖風閥，提高預熱器收塵效率，消除因高溫風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％。三次風入爐風溫大大提高，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?，目前工廠經(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。該項目的關鍵還在于燒成系統(tǒng)尤其是預熱預分解系統(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，進而使預熱預分解系統(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，是本次改造的關鍵所在。