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6000td水泥熟料生产线节能降耗改造实践摘要：国内某6OOOt/d水泥熟料生产线实施了预热器降阻、分解炉扩容、分级燃烧和整体更换成第四代中国根式破碎机冷却机等一系列改造实践。改造后，窑系统各项运行指标均有明显提升，分级燃烧结合SNCR脱硝系统实现了N0x<50mgN11?的超低排放，脱硝氨水（浓度20%）用量约3.6kgt,达到了预期效果。关键词：预热器：分级燃烧；脱硝系统我公司现有一条6OOOt/d水泥熟料生产线，2007年投产，海拔高度259m,回转窑规格中5.2mX78m,斜度4%,采用丹麦史密斯SFC4X6F推动棒式冷却机（冷却面积138.84/）,预热预分解系统为双系列五级旋风预热器（Cl：4×1.8n,C2-C3：2×6.9m,C4C5：2X7.2m）+PSVC预燃炉型分解炉（SC炉6.0m,MC炉中8.2m,分解炉容积约1465m3,含预燃炉）。现有矿山石灰石品位低（CaO含量43%46%）,结晶硅含量高（13%15%）。生料易烧性试验结果见表U由表1可知，生料易烧性差，正常生产期间，分解炉物料分解率不足85%.生产线回转窑喂料量为44Ot/h时，熟料中f-CaO含量为0.9%1.3%。1改造前存在的问题(1)预热器系统阻力较大，Cl旋风筒出口压力达-6100Pa,高温风机电流较大，吨熟料电耗偏高；三次风管水平布置，管道过长且弯头多，管道内易积灰。(2)改造前分解炉容积较小，仅为1465m，物料在分解炉内停留时间短，分解率不足85%,分解率低，造成窑内段烧负荷大,耐火砖使用寿命较短；同时，受分解炉容积限制，无法进行分级燃烧脱硝改造。(3)Cl旋风筒收尘效率低，出口粉尘浓度97/Nm'左右，出口温度约330,影响烧成热耗和窑系统产量。(4)我公司严格执行河南省超低排放标准，已多次对SNCR脱硝系统进行优化，氨水用量接近设计峰值，氨水雾化不好将存在闪爆的安全隐患。生产线M)X排放浓度控制在100mg/Nm',以下时，脱硝氨水用量达5.Okg/t.C水20%浓度)。(5)出冷却机熟料温度高达150C以上，冷却机热回收效率低。随着设备使用时间的增加，冷却机故障率逐步上升，生产维护成本高，电耗高。为实现窑系统节能降耗和氮氧化物超低排放，2020年12月错峰停机期间，我公司对该6OOOt/d水泥熟料生产线进行了升级改造，改造后，烧成系统各项参数指标均有明显提升，达到了预期效果。2改造方案2.1预热器降阻改造为达到降低窑尾系统阻力及系统电耗的目的，需对预热器各级旋风筒进行技术改造。本次预热器改造的重点是扩大旋风筒进风口面积，改造蜗壳，并相应改造各级连接风管。预热器相关改造措施如下：2.1.1Cl旋风筒改造CI旋风筒是窑尾烟气经过的最后一级旋风筒，设计上要求具有较高的物料分离效率，以降低出预热器烟气粉尘浓度和窑尾废气带走的热量，同时还应降低旋风筒的阻力。本生产线原有Cl旋风筒规格为（4.8m,直径偏小，在此次改造中，将其更换为中5.2In旋风筒，为提高收尘效率、降低阻力、实现NOX超低排放创造条件。更换后的新旋风筒高16.25m,比原有旋风筒增高了4.IOme2.1.2C2C5旋风筒改造对进风口和蜗壳进行改造，扩大进风口面积，将蜗壳直段增加0.81.Im,并适当调整内筒高度：根据旋风筒进风口的改造情况，相应调整连接风管的接口；C5旋风筒在蜗壳改造后，需旋转蜗壳与分解炉延伸管道连接。C2C5旋风筒进风口和蜗壳改造见图U2.1.3三次风管单进风改造改造前三次风管直径为63.5m,三次风风速偏低，积灰严重。改造时，将三次风管整体更换为小3.3m的三次风管，提高三次风风速：三次风管与分解炉柱体以单进风方式连接，同时增加中2.4m的脱硝风管。三次风管改造前后对比见图2。2.2分解炉扩容改造分解炉是预分解系统的核心设备，其功能直接影响预分解系统的各项技术指标。在分解炉内，煤粉燃烧是基础，生料分解是目的，分解炉炉容的大小直接决定炉内煤粉燃烧反应的程度。分解炉改造方案如卜丁拆除原预燃炉SC炉1.保留原中8.2mVC炉作为分解炉的一部分，同时MC炉向上加高并从55.Om平台侧出，增加鹅颈管（0>5.2m,高度约90m）.鹅颈管从分解炉顶部引出，分两侧通过延伸管道折向向卜,最后连接C5旋风筒。改造后，分解炉与鹅颈管的总容积达320011u,能更好地满足预分解系统气料热交换、CaCOJ分解、煤粉燃烧等物理化学反应过程的需要。分解炉扩容改造前后对比见图3。2.3分级燃烧改造适当提高三次风管入分解炉位置，大幅增加分解炉还原区容积，提高氮氧化物还原时间和还原效率，有效还原回转窑产生的热力型氮氧化物和分解炉改造后产生的燃料型氮氧化物，降低烧成系统氮氧化物浓度。相对于传统脱硝技术，分级燃烧脱硝系统还原区的气体停留时间延长了一倍，充足的分解炉炉容和气体停留时间，确保了氮氧化物源头减排和燃料的燃尽，兼顾了分解炉的节能和环保功能。(1)提高三次风管位置，连接至原MC炉中部，三次风从分解炉中部侧旋入炉，在烟室缩口至三次风下部形成还原燃烧区。三次风管下部还原燃烧区直径为6.9m,与原MC炉中部连接。(2)重新布置窑尾煤粉输送管道，分解炉用煤沿圆周方向在烟室缩口上方均分四点上下两层(相差Im)分散喷入，产生还原气氛。同时，煤粉在还原条件下燃烧，也抑制了Fl身燃料型NOX的产生。(3)为防止还原燃烧区内局部温度过高，结皮堵塞分解炉，重新调整C4旋风筒下料管的下料点。一部分生料喂入还原燃烧区，降低还原区温度，防止结皮堵塞；一部分生料喂入分解炉中部，下料点位于三次风管之上，利于C4下料管生料的分散。(4)通过分级燃烧深度自脱硝(不使用SNCR的情况下)，出分解炉NOX浓度W300mg/Nm3,为实现系统N0x50mg/Nnf的超低排放创造了条件。2.4窑尾烟室及密封改造窑尾烟室是物料入窑和出窑气体入炉的连接部位，在设计上要求能够保证物料平稳入窑，尽量减少扬尘，出窑烟气通过烟室产生的压损较小。本生产线提产后，将系统烟室更换为最新设计的烟室，加大烟室缩口宜径，优化烟室与回转窑连接的部位，最小截面积较大幅度增加，有利于降低烟室压损，促进窑内通风。采用新设计的烟室替换原烟室的同时，相应更换了窑尾密封，主要优势如下：(1)扩大了斜坡与拱顶的垂直距离，从2.45m增至2.68m,降低了系统阻力，改善了窑内通风。(2)将烟室“喂料舌头”的包角增至180°,适当加长“喂料舌头”长度，减小密封处漏料的可能性。(3)回转窑尾端缩口尺寸优化为3.3m,加大回转窑尾端缩口有效尺寸，从中2.5In扩至62.8m,减少了窑内通风阻力，为优化窑尾烟室结构创造了条件。因烟室整体更换，现有窑尾石墨块式密封装置及窑尾护板也需同步更换，以满足烟室与回转窑连接的需要；同时，优化回料勺扬料板角度及数量，减少密封处潜在的漏料漏风风险。新窑尾密封为重锤压紧摩擦片式，其支撑板两侧吊装在钢结构梁上，并可随窑一起沿窑轴向移动，运转过程中，料斗随窑一起回转。周向布置的重锤压紧装置压在支掾板上，使固定在支撑板上的静密封环与固定在料斗上的动密封环表面紧密贴合，动静密封环之间相互摩擦，进而实现窑尾筒体与喂料室之间的密封。通过干油泵向动静密封环间加入润滑脂，减轻动静密封环的磨损。实践证明，此种密封效果良好，对窑工况的适应性强，操作维护简便。2.5精准啧氢系统改造为降低系统氮氧化物排放，需对现有SNCR系统进行升级，在窑尾的不同位置设置不同的喷枪组，针对不同的工况进行喷枪位置调整，实现负气在反应区的均匀分布，使氨水的喷射控制更加精准，大幅提高了冗水利用率。SNCR系统喷织优化的主要内容有：(I)SNCR喷枪及喷射点位置优化原SNCR系统喷氨位置主要位于分解炉巾部缩口以上和C5旋风筒宜筒处，技改时为保证脱硝效果，考虑设置16支喷枪，采用多点喷射提高SNCR系统脱硝效率。这16支喷枪的位置从表2所示的20个位置中选取，所有喷枪均须具有良好的雾化效果和分散效果。经调试，除了C51和C52出口的4支喷枪没有使用，其余喷枪全部使用。(2)喷完流量控制系统优化在原有SNCR系统基础上，喷氨系统每一组喷枪都增设独立流量计与调节阀门，从而明确喷枪的喷射状态，掌握每一组喷枪的实际纭水流量，更加有效调节氨水用量。(3)多种类型的喷枪设置优化根据不同的喷射位置，结合烟气特点，有针对性地选择喷枪类型。在烟气流速较高的部位，选择穿透力较强的锥形喷枪：在烟气流速较低的部位，选择卷盖面积较大的扇形喷枪。喷枪的优化选择，大大增加了SNCR系统中氨与氮氧化物接触的机会，提高了脱硝效率。(4)增加喷纸检测控制系统利用原有喷氨系统部分设备，新增精准喷氨检测控制系统。通过在线检测SNCR系统各部位的NoX含量，调整喷氨的部位和氨水的用量，达到精准喷氨的目的。优化分级燃烧后，喷氨:前NOx浓度由670mgNm'降为30Omg/Nm'左右:脱硝系统轨氧化物的排放浓度控制在4050mg/Nm'时,20%浓度的氮水消耗量约为3.6kgt.CK2.6冷却机改造将原有的sFC4CX6F推动棒式冷却机整体更换为天津水泥院第四代带中置辑式破碎机冷却机（以下简称第四代冷却机），型号为SC1.W413X8.4+13X7.4CM,有效冷却面积由138.8411?提高至170m2o第四代冷却机水平活动篦床及物料输送基于步进式原理，输送效率高：采用标准化模块设计，通过调节篦床模块的数量，可以适用于不同规模水泥生产线，可节省设备安装时间，提高维护效率，降低维护成本，同时也大大方便备品备件的供给；特殊迷宫式密封设计，能做到幕床无漏料：固定斜坡篦板基于科恩达效应设计，有利于熟料的冷却和冷却机热回收效率的提高：同定斜坡崖板及列间密封装置等铸件精密铸造，可保证设备精度,提高设备使用寿命；主机机加工件全部在工厂制造，采用专用机床自动化加工，可提高设备的加工精度，在制造厂进行模块化预组装，可提高设备的安装精度。中置辑式破碎机冷却机将常规的一段式篦床一分为二，辍式破碎机位于两段篦床中间。熟料由窑进入第一段篦床冷却后，到中置柜式破碎机进行破碎，将大块料、红芯料破碎为粒径25mm左右熟料，再经第二段篦床冷却，最后由下料留子导流到熟料拉链机入熟料库。在冷却机中间布置根式破碎机后，物料经二段篦床冷却后宜接进入熟料拉链机，两段篦床分开驱动，独立控制，更有利于提高熟料冷却效果，提高热回收效率。拆除原冷却机的上下壳体、篦床、熟料破碎机、传动装置、润滑装置等，整体更换为第四代冷却机，配套中置辐式破碎机。由于第四代冷却机一段篦床和二段篦床有高差，二段冷却机基础位于。平面以下，需要下挖，一段冷却机制作钢结构或混凝土基础支承于。平面上。冷却机风机配置见表3、表4。2.7电气自动化改造本生产线供电电源利用现有的配电站电源，低压侧利用现有低压电容补偿柜进行低压自动补偿，新增一台中压电机，利用现有中压配电站电容补偿。电动机根据起动条件选择绕线电动机或鼠笼型电动机，鼠笼型电动机采用全压直接起动方式，调速的电动机采用变频调速。功率228OkW的电动机采用6kV高压电动机,功率在V280kW的电动机采用380v低压电动机，低压电机132kw及以上用电子式软启动器。电气自动化系统的改造可使工艺生产线处于最佳运行状态,保证了产品质量，节约了能源，提高了劳动生产率。烧成系统采用技术先进、性能可靠的集散型计算机控制系统，进行集中管理、分散控制。生产线设备的集中控制在原有的DCS系统的基础上,对现有生产线DCS系统进行软件升级，工程师站、操作员站和服务器利旧。3改造效果2021年3月，水泥熟料生产线改造完成并投入使用，一年多的运行实际表明，烟室结皮较少，预热器系统阻力明显下降，窑系统各项运行指标均明显提升，综合电耗卜降475kwhl.Cl,标煤耗降低5.52kg/t.Cl,COz减排33582/年。改造前后窑系统主要运行指标对比见表5。分级燃烧结合SNCR脱硝系统控制NOx排放浓度度20%）用量约3.6kg/t.C1.满足国家和地方对NOx超低排放的要求。我公司通过窑系统改造，实现了节能降耗及NOx超低排放的预期效果，取得了良好的经济效益和社会效益。