巢湖鐵道水泥廠節(jié)能技術(shù)改造實(shí)踐

一．概況

巢湖鐵道水泥廠隸屬于中國(guó)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(jì)燒成熱耗在1300～1500kcal/kg熟料；水泥電耗預(yù)計(jì)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(guó)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(jí)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(jìn)技術(shù)國(guó)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(kù)及原料調(diào)配站，煤粉制備、水泥粉磨、聯(lián)合儲(chǔ)庫(kù)、水泥儲(chǔ)存、水泥包裝、散裝及發(fā)運(yùn)等車間沿用原設(shè)計(jì)，其燒成系統(tǒng)設(shè)計(jì)產(chǎn)量為1500t/d。

該廠生產(chǎn)工藝和設(shè)備在當(dāng)時(shí)是比較先進(jìn)的。就燒成系統(tǒng)來講，采用了引進(jìn)富勒技術(shù)的水平推動(dòng)篦式冷卻機(jī)；預(yù)熱器為低壓損型五級(jí)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(jī)設(shè)備表:

表1  燒成系統(tǒng)的主機(jī)設(shè)備配置

限于當(dāng)時(shí)的技術(shù)與裝備水平，該項(xiàng)目自1993年完工進(jìn)入試生產(chǎn)以來一直沒有能夠達(dá)到設(shè)計(jì)能力，具體分析其原因，主要是窯系統(tǒng)的運(yùn)行，不但未能達(dá)到設(shè)計(jì)能力，而且其運(yùn)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(yùn)轉(zhuǎn)率也只有46％。詳細(xì)統(tǒng)計(jì)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(yùn)轉(zhuǎn)因素統(tǒng)計(jì)表

 注: 本表根據(jù)燒成車間臺(tái)帳統(tǒng)計(jì)

綜合上表，窯系統(tǒng)的故障率太高，嚴(yán)重制約了工廠的生產(chǎn)和發(fā)展，同時(shí)，因頻繁地開、停窯又造成了能源浪費(fèi)和設(shè)備的嚴(yán)重?fù)p耗，其熟料熱耗高達(dá)4391kJ/ kg-cl (1050kCal/kg-cl)，水泥綜合電耗為128kW·h/t。都比技改設(shè)計(jì)指標(biāo)(熱耗：3555 kCal/kg-cl，電耗：120 kW·h/t)高出很多。嚴(yán)重影響了工廠的經(jīng)濟(jì)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(jì)研究單位多次對(duì)其燒成系統(tǒng)進(jìn)行局部技術(shù)改造，歷經(jīng)7年的時(shí)間，耗費(fèi)了大量資金但效果不明顯，，因此本項(xiàng)目一直未能達(dá)標(biāo)驗(yàn)收。1998年12月巢湖鐵道水泥廠委托天津院針對(duì)其燒成系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)改造，力爭(zhēng)早日實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)、達(dá)產(chǎn)，以取得預(yù)期的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

二．窯系統(tǒng)存在的問題

1．預(yù)熱器

C1級(jí)旋風(fēng)筒內(nèi)筒結(jié)構(gòu)不盡合理，C1和C2級(jí)預(yù)熱器旋風(fēng)筒鎖風(fēng)閥門漏風(fēng)嚴(yán)重，導(dǎo)致預(yù)熱器收塵效率低，出C1級(jí)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(jì)研究院的標(biāo)定報(bào)告顯示，C1級(jí)出口含塵濃度高達(dá)215g/Nm³，時(shí)常造成窯主排風(fēng)機(jī)出風(fēng)口積灰并塌落沖擊高溫風(fēng)機(jī)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(jìn)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(jìn)入上升煙道，隨窯氣進(jìn)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(dòng)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(jì)能力為1500t/d。由于當(dāng)時(shí)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(jī)均為2000t/d生產(chǎn)線設(shè)備。

根據(jù)日本水泥協(xié)會(huì)的計(jì)算公式，預(yù)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(shí)際生產(chǎn)過程中，一般是在小于1200t/d的狀態(tài)下運(yùn)行，經(jīng)常造成長(zhǎng)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(yán)重縮短，造成頻繁換磚，既影響生產(chǎn)又增加系統(tǒng)的維護(hù)、維修費(fèi)用，影響了工廠的經(jīng)濟(jì)效益。

4.冷卻機(jī)

該冷卻機(jī)為引進(jìn)富勒技術(shù)國(guó)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(jī)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(yùn)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(shí)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(jí)內(nèi)筒加長(zhǎng)800mm，同時(shí)更換C1，C2級(jí)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(jī)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(shí)際上與窯尾和窯、冷卻機(jī)是密不可分的，因?yàn)榉纸鉅t的結(jié)構(gòu)缺陷(如圖1)，物料在爐內(nèi)的停留時(shí)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?yàn)橹豢扛G尾廢氣并不能把4級(jí)筒物料完全徹底地帶入分解爐，四級(jí)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(yán)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(zhǎng)時(shí)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(shí)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(yùn)行。因此，有人戲稱此窯為“星期窯”，在1200t/d以下狀態(tài)下運(yùn)行一般不會(huì)超過一個(gè)星期。因此我們對(duì)分解爐進(jìn)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(jìn)技術(shù)消化的TD型，分解爐容積增加了約150m³，強(qiáng)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(shí)間，以提高其分解率及燃料燃盡率。

(2).將C4級(jí)來料改在從爐體底部三次風(fēng)上部進(jìn)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(gè)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(gè)良性的狀態(tài)下運(yùn)行。

3．冷卻機(jī)的改造。將原有的水平推動(dòng)篦式冷卻機(jī)改為充氣梁式冷卻機(jī)。應(yīng)該強(qiáng)調(diào)在最高溫區(qū)采用“固定式充氣梁”裝置最大優(yōu)點(diǎn)是大大降低了熱端篦床的機(jī)械故障率，這就充分保證篦冷機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)率。由于正對(duì)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(duì)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(shí)際需要間斷地“開炮”，適時(shí)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(jī)的事故率，提高了窯的運(yùn)轉(zhuǎn)率。

由于采用了充氣梁式冷卻機(jī)，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(jī)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(gè)多月的較短時(shí)間進(jìn)行改造，又經(jīng)兩個(gè)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(chǎng)因素的影響，窯系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)率可達(dá)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(shí)現(xiàn)新增利潤(rùn)1500萬元。總之，目前工廠經(jīng)過對(duì)燒成系統(tǒng)的提產(chǎn)改造，已取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，發(fā)展前景十分廣闊。

 五. 結(jié)論

限于當(dāng)時(shí)的技術(shù)水平和裝備條件，巢湖鐵道水泥廠濕改干項(xiàng)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(xiàng)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(fù)荷，提高窯產(chǎn)量，進(jìn)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。