采用新型干法生產(chǎn)技術(shù)改造干濕混合法水泥生產(chǎn)線

一.概況

    湖北寶石水泥集團(tuán)有限公司（原湖北光化水泥廠）4號(hào)窯于1993年開始建設(shè)，1995年投產(chǎn)，是原國(guó)家建材局干濕混合法技術(shù)改造示范項(xiàng)目。本項(xiàng)目為一條Ø3.5×54m 回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)線，窯尾為帶破碎烘干機(jī)和RSP型分解爐的二級(jí)預(yù)熱分解系統(tǒng)，生產(chǎn)能力為日產(chǎn)熟料1000t。干濕混合法技術(shù)工藝流程簡(jiǎn)單，屬較先進(jìn)的半干法水泥生產(chǎn)技術(shù)，為國(guó)內(nèi)首創(chuàng)。

    投產(chǎn)至今，由于國(guó)內(nèi)水泥行業(yè)對(duì)干濕混合法生產(chǎn)技術(shù)了解較少，生產(chǎn)線設(shè)計(jì)、生產(chǎn)操作經(jīng)驗(yàn)不足，致使4號(hào)窯一直存在設(shè)備非計(jì)劃故障多，運(yùn)轉(zhuǎn)不正常，臺(tái)時(shí)產(chǎn)量低，僅為500～700t/d，運(yùn)轉(zhuǎn)率很低，消耗高，熟料質(zhì)量不穩(wěn)定等問(wèn)題。1997年全年熟料產(chǎn)量55000t，年運(yùn)轉(zhuǎn)率為27%，1998年全年熟料產(chǎn)量85000t，年運(yùn)轉(zhuǎn)率為37%。由于熟料產(chǎn)量和窯運(yùn)轉(zhuǎn)率一直不能達(dá)標(biāo)，公司負(fù)擔(dān)沉重，面臨困境，舉步為艱。

    1998年9月寶石集團(tuán)公司委托天津水泥工業(yè)設(shè)計(jì)研究院對(duì)4號(hào)窯進(jìn)行改造，改造內(nèi)容包括燒成系統(tǒng)、立磨系統(tǒng)、喂料系統(tǒng)和自動(dòng)化控制系統(tǒng)。改造工程從1999年2月8日至4月4日，僅用時(shí)55天，共投入資金1100萬(wàn)元，預(yù)計(jì)2年收回全部投資。

    1999年4月28日至5月1日實(shí)現(xiàn)3天達(dá)標(biāo)后。燒成系統(tǒng)設(shè)備故障率明顯降低，臺(tái)時(shí)產(chǎn)量、運(yùn)轉(zhuǎn)率和熟料質(zhì)量均大幅度提高，水泥強(qiáng)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(jīng)濟(jì)效益明顯好轉(zhuǎn)。

    以下僅對(duì)改造前后燒成系統(tǒng)有關(guān)情況作進(jìn)一步論述。

二.燒成系統(tǒng)改造

（一）. 改造前燒成系統(tǒng)存在的問(wèn)題

    寶石集團(tuán)4號(hào)窯改造前，生產(chǎn)一直不正常，原因很多，窯產(chǎn)量和運(yùn)轉(zhuǎn)率始終無(wú)法提高。經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研分析，認(rèn)為除原煤質(zhì)量不穩(wěn)定，干生料和料漿成分不統(tǒng)一穩(wěn)定等人為因素外，原熟料燒成系統(tǒng)主要存在以下問(wèn)題：

    1.破碎烘干機(jī)破碎烘干效果差，故障多，經(jīng)常堵塞甚至壓死，造成窯系統(tǒng)停運(yùn)；

    2.破碎烘干機(jī)后旋風(fēng)收塵器下的回轉(zhuǎn)下料器鎖風(fēng)效果差，收塵器收塵效率低，僅70%，造成廢氣處理系統(tǒng)回灰量大，嚴(yán)重影響入窯生料質(zhì)量及窯尾預(yù)熱分解效能的發(fā)揮，使回轉(zhuǎn)窯難以正常運(yùn)轉(zhuǎn)；

    3.分解爐內(nèi)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(xiàn)象嚴(yán)重，SC爐結(jié)皮堵塞現(xiàn)象經(jīng)常發(fā)生，造成爐筒體，旋風(fēng)筒內(nèi)筒嚴(yán)重變形，預(yù)燃室和混合室連接處筒體開裂掉磚，維修量大，影響運(yùn)轉(zhuǎn)率；

    4.篦冷機(jī)熱效率低，故障多，熱端篦板經(jīng)常燒壞，主梁變形，活動(dòng)梁跑偏，漏料嚴(yán)重，致使拉鏈機(jī)鏈節(jié)多次燒壞，雖采用耐熱鋼也無(wú)法解決上述問(wèn)題；

    5.三次風(fēng)從冷卻機(jī)抽取，溫度低，僅500～600℃，且風(fēng)量不足；

    6.旋風(fēng)筒下鎖風(fēng)閥鎖風(fēng)效果不好，內(nèi)漏風(fēng)較大，影響系統(tǒng)換熱。

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

（二）. 燒成系統(tǒng)改造措施

    根據(jù)上述分析，結(jié)合寶石集團(tuán)4號(hào)窯實(shí)際生產(chǎn)情況，同時(shí)考慮生料磨和煤磨的實(shí)際生產(chǎn)能力，決定對(duì)4號(hào)窯暫不實(shí)施全干法改造，而是保留目前的混合法生產(chǎn)方式，對(duì)燒成系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備進(jìn)行改造，其特點(diǎn)是改造工程量少，原有設(shè)備利用率高，改造工期短，改造費(fèi)用低。圖1為改造前后燒成系統(tǒng)工藝流程圖（略），表1列出了改造所采取的有關(guān)措施。

表1 改造采取的措施

改造方案簡(jiǎn)介：

    1.烘干破碎機(jī)改造

    烘干破碎機(jī)改造設(shè)計(jì)原則是盡量擴(kuò)大干生料用量，以降低系統(tǒng)熱耗，同時(shí)確保烘干破碎機(jī)操作穩(wěn)定，使其不成為限制窯系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)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(jī)負(fù)荷波動(dòng)大，機(jī)內(nèi)濃度場(chǎng)和溫度場(chǎng)分布不均，部分濕料漿在破碎烘干機(jī)內(nèi)未經(jīng)烘干就被熱氣流帶到出口粘結(jié)，破碎烘干機(jī)經(jīng)常被堵塞壓死，有時(shí)甚至兩三天即須清料一次，每次清料十多噸，嚴(yán)重影響窯的運(yùn)轉(zhuǎn)。

    為改善破碎烘干機(jī)內(nèi)物料分布場(chǎng)，破碎烘干機(jī)喂料系統(tǒng)作了以下調(diào)整：

    —調(diào)整干生料入料位置，改一點(diǎn)喂料為三點(diǎn)喂料，使干生料在破碎烘干機(jī)入口管道內(nèi)分布均勻；

    —調(diào)整濕料漿喂料系統(tǒng)，改善濕料漿喂料的穩(wěn)定性；

    —調(diào)整三個(gè)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(diào)整濕料漿喂料噴嘴噴入機(jī)內(nèi)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(jī)內(nèi)溫度場(chǎng)和濃度場(chǎng)均勻穩(wěn)定，破碎烘干效果明顯，運(yùn)行狀況得到根本改善，自99年4月份投料以來(lái)，破碎烘干機(jī)從未出現(xiàn)堵塞壓死現(xiàn)象。

    2.取消原有RSP型分解爐的預(yù)燃室，改為TDF型分解爐，簡(jiǎn)化了分解爐本體結(jié)構(gòu)，使窯尾系統(tǒng)操作簡(jiǎn)單、順暢、可靠。

    由于原有RSP型分解爐結(jié)構(gòu)復(fù)雜，三次風(fēng)布置復(fù)雜，調(diào)節(jié)困難，爐內(nèi)偏風(fēng)嚴(yán)重，預(yù)燃室內(nèi)流場(chǎng)和濃度場(chǎng)分布不均，預(yù)燃室不能很好地發(fā)揮作用。加之預(yù)燃室體積較小，熱負(fù)荷較大，筒體嚴(yán)重變形開裂，掉磚事故經(jīng)常發(fā)生。同時(shí)由于預(yù)燃室內(nèi)流場(chǎng)旋流后效作用對(duì)混合室內(nèi)流場(chǎng)和濃度場(chǎng)的影響很大，混合室上部又無(wú)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(yán)重的不完全燃燒現(xiàn)象，二級(jí)旋風(fēng)筒內(nèi)筒也經(jīng)常變形燒壞，經(jīng)常需要停窯檢修。

    分解爐改造通常采用加高爐體，延長(zhǎng)分解爐至最下一級(jí)旋風(fēng)筒間管道的方法，取得了明顯的效果，但這勢(shì)必增加投資。此次寶石集團(tuán)4號(hào)窯分解爐改造過(guò)程中，在借鑒以往成熟的改造經(jīng)驗(yàn)和充分調(diào)研分析的基礎(chǔ)上，把改造重點(diǎn)放在改進(jìn)分解爐本體結(jié)構(gòu)充分發(fā)揮分解爐本身效能上。為此取消了原有預(yù)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(nèi)氣體停留時(shí)間約3秒鐘。

    由于從根本上改變了分解爐結(jié)構(gòu)，從而使分解爐內(nèi)流場(chǎng)和濃度場(chǎng)得到了明顯改善，煤粉和物料在爐內(nèi)停留時(shí)間延長(zhǎng)，煤粉燃燒燃盡狀況顯著提高，徹底解決了結(jié)皮堵塞等難題。同時(shí)降低了設(shè)備設(shè)計(jì)、安裝和土建工程的設(shè)計(jì)與施工難度，為縮短施工及停產(chǎn)周期創(chuàng)造了條件。

    3.冷卻機(jī)改造

    冷卻機(jī)改造為第三代充氣梁篦冷機(jī)，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(fēng)量，使系統(tǒng)電耗降低。

    4.大窯頭罩改造

    在改造冷卻機(jī)的同時(shí)，窯頭罩改為大窯頭罩，三次風(fēng)從大窯頭罩頂部抽取，提高了入爐三次風(fēng)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(fēng)閥，減少了旋風(fēng)收塵器和各級(jí)旋風(fēng)筒下料管道的內(nèi)漏風(fēng)，提高了收塵器的收塵效率和各級(jí)旋風(fēng)筒的分離效率，使系統(tǒng)換熱效率提高，同時(shí)降低了廢氣處理系統(tǒng)的回灰量和廢氣溫度，使入窯生料質(zhì)量穩(wěn)定，為窯系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)創(chuàng)造了條件。

    6.由于改造時(shí)受資金限制，喂煤系統(tǒng)未能同步徹底改造，喂煤系統(tǒng)工藝落后，導(dǎo)致窯頭窯尾喂煤不穩(wěn)定，燒成系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)也受到一定程度的影響。并且限制了三次風(fēng)溫度的進(jìn)一步提高，目前僅達(dá)750℃左右。

三.燒成系統(tǒng)改造后運(yùn)轉(zhuǎn)情況

    1. 通過(guò)上述改造，燒成系統(tǒng)運(yùn)行狀況大為改善，在寶石集團(tuán)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(shí)達(dá)標(biāo)考核。改造至今燒成系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，消除了分解爐系統(tǒng)的結(jié)皮堵塞，殼體變形掉磚等問(wèn)題對(duì)燒成系統(tǒng)的困擾。改造后燒成系統(tǒng)主要生產(chǎn)操作參數(shù)如表2所示。

表2 改造后燒成系統(tǒng)主要生產(chǎn)操作參數(shù)

四. 燒成系統(tǒng)改造前后效果

    燒成系統(tǒng)改造后，熟料質(zhì)量、臺(tái)時(shí)產(chǎn)量和窯系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)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(xué)成分、礦物組成、水泥凝結(jié)時(shí)間和水泥強(qiáng)度等見表3、4。

表3 熟料化學(xué)成分和礦物組成

表4 改造前后水泥凝結(jié)時(shí)間和水泥強(qiáng)度

    按2000年生產(chǎn)熟料156800噸計(jì)算，僅煤耗與電耗降低節(jié)約支出估計(jì)可達(dá)300萬(wàn)元。加上熟料產(chǎn)量提高和水泥質(zhì)量提高所帶來(lái)的效益。足以證明此次改造的經(jīng)濟(jì)效益相當(dāng)明顯。

五.結(jié)論

    寶石集團(tuán)4號(hào)窯的改造實(shí)踐，為干濕混合法水泥熟料生產(chǎn)線建設(shè)提供了經(jīng)驗(yàn)：

    1.改造工程要以燒成系統(tǒng)為中心實(shí)施。在確定燒成系統(tǒng)能力時(shí)應(yīng)兼顧生料磨系統(tǒng)和煤粉制備系統(tǒng)能力的發(fā)掘和匹配，使生產(chǎn)線形成有效的生產(chǎn)能力。

    2.燒成系統(tǒng)窯尾改造重點(diǎn)應(yīng)放在調(diào)整現(xiàn)有分解爐的結(jié)構(gòu)和烘干破碎機(jī)的堵塞問(wèn)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(fù)荷高，導(dǎo)致SC爐經(jīng)常結(jié)皮堵塞，殼體變形掉磚等難題，使燒成系統(tǒng)工藝流程順暢，操作方便。

    3.改造過(guò)程中盡可能采用成熟可靠的新技術(shù)和新裝備。如大窯頭罩、第三代充氣梁篦冷機(jī)等。

    4.作為燒成系統(tǒng)的重要組成部分，應(yīng)同時(shí)改造完善窯頭窯尾喂煤系統(tǒng)，采用成熟可靠的技術(shù)提高喂煤的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性，以使燒成系統(tǒng)不受喂煤系統(tǒng)的波動(dòng)所限制。寶石集團(tuán)改造時(shí)由于受資金限制，喂煤系統(tǒng)沒(méi)有改造，喂煤準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性較差，影響了燒成系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)和燒成系統(tǒng)產(chǎn)量的進(jìn)一步提高。

    5.改造工程應(yīng)同時(shí)考慮設(shè)備安裝和土建工程的設(shè)計(jì)與施工難度，以降低整個(gè)改造工程的投資，縮短施工及停產(chǎn)周期，盡快收回投資，為水泥廠增效。