新型干法窑熟料煅烧与余热发电用风的匹配操作

新型干法窑熟料煅烧与余热发电用风的匹配操作随着新型干法水泥生产线的不断增加，与之相配套的纯低温余热发电项目也越来越多，熟料煅烧从单纯的窑内煅烧操作到与余热发电系统匹配操作，发生了较大的变化。 有许多的水泥企业，从事新型干法窑操作时间不长，对配套余热发电系统的操作更是经验不足，出现自投用余热发电后，窑熟料产量低，熟料煤耗升高，熟料质量出现波动，强度下降，熟料颜色发黄，升重低等现象。 如山东某公司简称 LX 水泥厂，通过几年的熟料煅烧操作与余热发电系统用风操作的摸索，不断总结操作经验，加强窑熟料煅烧操作与锅炉用风操作的匹配，提高了熟料产能，降低了熟料煤耗，提高了系统的发电量。目前，加强熟料煅烧与余热发电系统的匹配操作，是各新型干法水泥企业节能降耗的重要措施。1 存在的问题1.1 窑尾拉风过大，熟料煤耗增加投用余热发电系统后， 窑尾拉风较原来增大，使出预热器气体温度升高，风压明显偏高，致使熟料煤耗升高，由原来的 113kg/t 升高到 115kg/t。1.2 熟料强度下降熟料质量发生波动，受拉风过大的影响，窑内热工制度发生变化，熟料升重下降，烧结程度达不到，使熟料强度下降，28 天抗压强度由 57.01MPa 降到 56.3MPa，通过调试达到 57.53MPa。1.3 发电量偏低刚投用余热发电后， 余热发电量达不到设计指标，发电量偏低，受窑尾拉风的不平衡，窑与锅炉用风的不匹配， 使发电量低于设计指标。 发电功率只有 4 000kW，不足设计功率的 50%，明显偏低见表 1。1.4 熟料颜色发黄受窑内通风的影响，窑内还原气氛加重，熟料出现黄心料，有的为欠烧料，使熟料的外观颜色发黄。2 原因分析2.1 窑尾废气温度高，负压增大窑尾废气温度的偏高，导致熟料煅烧煤耗升高，在投用余热发电后，受窑尾用风的影响，在操作意识上有拉大窑尾排风，增加窑余热发电量的倾向。但窑尾废气的热量最终还是通过窑内及分解炉内煤粉燃烧所产生的，废气温度越高，从窑系统风带走的热量越高，燃料燃烧用煤越多，造成熟料煤耗越高。在余热发电正常投用前后测得的数据见表 2。从以上数据可以看出，级预热器出口废气温度较原来升高了 20，出口负压增大了 1 650Pa，由于风压加大，风温升高，风量加大，废气从预热器系统带走的热量增加，致使窑系统熟料煅烧煤耗增加，虽然废气带走的热量能通过余热锅炉进行热量转换， 做功发电，但并不是把出预热器废气中的余热 100%转换成电能，从整个系统来看，窑内喷入的煤粉越多，消耗的热量越高，熟料的综合能耗还是越高，因此在保证熟料煅烧的情况下，尽可能减少废气带走的热量，降低整个系统的能耗，实现真正意义上的纯低温余热发电，回收废气余热，进行资源综合利用，实现节能减排。2.2 窑头锅炉用风与窑内争风带余热发电系统的新型干法窑，投用余热发电后，窑内用风与锅炉用风， 煤磨烘干用风等共用篦冷机冷却熟料的热风， 在操作平衡掌握不好时，往往会出现 AQC 锅炉与窑内争风现象。过去建设的新型干法水泥熟料生产线，一般没有配套余热发电系统，鼓入篦冷机的冷却风被熟料加热后主要是供窑内二次风、窑尾分解炉三次风和煤磨烘干用风，多余的风被窑头余热风机拉走，篦冷机鼓入风与窑内用风、煤磨烘干风和余风建立一个平衡，但这种平衡首先是满足窑内用风。特别是熟料系统投产后建设的纯低温余热发电系统， 因煤磨取风点， 余风取风点已经固定，在建设余热发电项目时，将余热锅炉取风点直接设在篦冷机一段篦床未端和二段篦床头端，二者混合后进入 AQC 锅炉见图 1。其它取风点位置不变。在运行操作过程中，往往为提高余热发电量，锅炉取风偏大，会使窑头负压降低，呈现窑前憋火，窑内用风不足现象，窑内顶火逼烧，窑前温度升高对烧成带火砖及窑口浇注料都有损伤，窑头负压及二次风温变化见表 3。由于入 AQC 锅炉用风与窑内用风不平衡， 出现 AQC 与窑争风现象，使入窑二次风温度下降，由原来 1 100 1 200，降到 1 000以 下，受三次风管堵塞影响，三次风量减小，风温也降低，分解炉内煤粉燃烧供氧不足，煤粉燃烧速度减小， 炉内火力强度减小，热负荷降低，生料中碳酸盐分解不完全，分解率由 95%降为 88%90%，生料入窑后在窑内继续完成碳酸盐的分解及熟料烧结，增大了窑内火力强度，同时为保证出窑熟料合格，加大窑头喂煤量，使窑内热负荷增加，使胴体温度升高，对窑皮保护较差，使砖承受更高的热负荷， 造成窑烧成带及过度带耐火砖使用周期缩短， 烧成带耐火砖使用周期由原来的 911 个月缩短为 57 个月，过度带耐火砖使用周期由原来的 15 个月缩至 12 个月， 其主要原因是投用余热发电后锅炉用风与窑内用风不匹配使窑内热负荷增加所致。2.3 窑头取风温度高窑头篦冷机取风温度高， 影响入窑二次风和三次风的温度， 煤磨烘干取风点在一段篦床头部，取风 温 度 达 到 600，锅 炉 取 风 达 到 425，两 者 的 温度都偏高，影响了窑内用风的温度， 对窑内熟料煅烧造成影响，窑前温度低，火焰不发亮。 同时，煤磨进磨热风温度不能过高，一般小于 300，抽取的热风要通过冷风阀放入冷风， 热风与冷风进行混合，温度降低后再入煤磨， 从热量效率上分析是一种浪费，取高温风不能入磨烘干，需冷却降温再用，高温风不能用于余热锅炉发电， 且篦冷机尾部低温风不能得到利用。 因此， 建议煤磨烘干用风取风点改在篦冷机的尾部，抽取低温风，不争夺锅炉用高温风，同时减少余风的量， 能够提高废气余热的利用率。同时增加篦冷机高温风的抽取量， 提高窑内用风的温度及 AQC 锅炉抽风的温度和风量，从而提高余热利用率。 原来建设的熟料生产线， 当时没有配套建设纯低温余热发电项目， 后建时没有移动煤磨取风点位置，造成取风点设置不合理。2.4 三次风用量小，三次风管积料三次风是为分解炉煤粉燃烧提供高温富氧空气的主要来源，其温度达到 9501 000，从窑头引入的三次风，是冷却机鼓入的空气被熟料加热，温度高达 1 000，空气中的氧含量充足，未有煤燃烧而使含氧量减少，此风经三次风管进入分解炉后，一是为分解炉煤粉燃烧提供充足的氧，使煤粉的燃烧速度加快，燃烧充分，放热集中，为生料碳酸盐分解提供充足的热量，二是高温气体达到使煤粉燃烧的燃点，使煤粉燃烧反应加快，这是提高分解炉分解率的关键。 带余热发电的回转窑系统，由于 AQC 锅炉抽风与煤磨抽风的影响，二者不相匹配，使三次风用量减少，致使三次风管内风速降低，分解炉用风不足，使三次风管内有积料，特别是在入三次风管头部和进分解炉转弯变径处，风速聚减，风向突变，使含尘风进行料风分离，沉落在管内形成积料，造成管内堵塞，通风不畅见图 2。这种现象会恶化三次风管通风，风速越来越小，粉粒沉落越来越多，积料会加剧，通风越来越少，使分解炉用风不足。3 采取措施3.1 控制预热器出口温度及压力出预热器气体温度控制在 330，出口压力控制在 6 300Pa，目的是减少废气带走的热量，避免窑尾拉风过大，可通过调节高温风机的转速，同时窑尾温度可适当控制在 1 030， 生料下料量稳定在 195200t/h，窑尾 SP 锅炉虽然取气温度相对稍低， 但整个系统的热耗是低的，不能只追求余热发电的量，要考虑整个系统的热耗。生料下料量要稳，不能忽高忽低，窑尾负压应保持平稳， 入窑生料分解率控制在 90%95%较为合适。3.2 改变头尾煤的用煤比例新型干法水泥窑头、尾煤的喂煤比例影响窑头、窑尾废气的温度有风量，对纯低温余热发电锅炉取风影响较大，正常情况下头、尾煤的喂煤比例一般为 40%和 60%，投用余热发电后，增加分解炉喂煤量，使窑尾废气温度升高，使 SP 锅炉取风温度升高，风量加大，明显提高，但这种操作方法是一种误区，纯低温余热发电，不同于余带补燃锅炉的发电，不应靠增加熟料煅烧的煤耗，来增加发电量。但在余热发电投用初期，为追求发电量，无意中增加了尾煤的用量，致使预热器系统温度增高，通过一段时间的运行，应控制窑尾喂煤量的增加， 其尾煤的比例由原来的 64%降为 60%， 恢复到原来没有投用余热发电前的正常比例，使熟料煅烧用煤不受余热发电的影响到，实现真正意义上的纯低温余热发电。3.3 调整三次风阀，增加三次风的用量随着窑尾用煤比例的增加， 窑分解炉用风量应提高，增加三次风的风量，有利于窑尾分解炉煤粉燃烧速度的加快。三次风风速和风量的大小是通过三次风阀来控制的，一般三次风阀的开度在 35%左右， 尾煤增大后，风门应开大。但在平时操作过程中，所 谓“风、煤、料”的平衡，应是动态平衡，稳定风、煤、料，操作人员习惯调节窑尾高温风机转速和风门开度，参照一级出口温度，相应调整生料下料量。 但对三次风阀的调整很少，三次风阀板不经常调节，阀板长时间不动， 熟料粉粒子会沉落于阀板与墙壁间隙内，形成液相，使阀板与墙壁粘结成一体。再动阀板就不能上下移动，只有在停窑检修时将粘结料全部剔除掉， 使阀板与墙壁分离，阀板被粘结，不能调节，三次风量只能越来越小，风速也相应减小， 三次风的熟料粒子会逐渐沉落。 在转弯和变径处积聚，直接堵塞，使三次风量变小，连续一二个月后三次风管会全部堵塞。 解决的办法是加强操作阀板的操作，每班二次移动三次风阀，在窑况稳定的情况下，也同样使阀板打开、关上二次，为不影响窑的平衡，每次开关调整时间间隔要短， 一般在 12min 为宜。为使三次风量的增加，适当减小 AQC 锅炉取风的量， 增加二次风和三次风的量。目的是通过改变风速和风量， 拉走管道内积落的熟料粒子， 使阀板与墙壁不产生粘结。 通过调整三次风阀板，增大三次的用量，解决了三次风管积料问题，同时适当减小 AQC 锅炉的用风，使窑头吸取的二次风及三次风的温度升高，风量加大， 煤粉燃烧速度加快，窑内火焰拉长，有利于窑内熟料的煅烧，改变了窑内还原的气氛，熟料黄心料问题得到解决。3.4 加大篦冷机冷风量日产 2 500 吨熟料生产线用篦冷机为 TC1164，其冷却篦床面积为 61.2m，随着产量的提高，篦冷机的用风量增加，将风机的风门开度全部打开，使用全风，加大熟料的冷却，增加风量，熟料出篦冷机的温度尽可能降低，篦冷机的设计熟料温度为 65环境温度，但通过热工标定检测，大部分熟料温度高于其设图 2 三次风管堵料示意图 计值，即达不到设计要求的冷却温度，如山东两家企业，经过标定，熟料温度分别为 17和 200，因此在操作过程中，应将篦冷机的鼓风量用在最大，冷却风加大可通过调节锅炉用风与余风的比例达到平衡。3.5 余风再循环篦冷机冷却熟料产生的热风，被窑内吸取，AQC 锅炉投取和煤磨烘干抽取后多余的风送入窑头电收尘器， 在没上余热发电项目前， 通过余热风机直接排出，气体温度较高，达到 450，由于温度高，不能直接进入收尘， 须掺入冷风冷却后方能进入收尘，投用余热发电后，余风的温度在 250左右，而通过 AQC 锅炉换热后的风温为 95左右，经过一年多的实践， 对余风管道进行改进， 采取将余热风再循环的措施，将余风再引入到 AQC 锅炉进风管 内，进 行再循环利用。 降低余风的排出温度及排量， 将余风的热量再进一步转化为锅炉热能， 进入发电， 使更多的废气得到充分利用。同时在 AQC 锅炉取风量一的情况下，增加余风的再循环，减小了 AQC 锅 炉 从窑内取风的量， 改变了过去的余热发电用风与窑内争现状， 实现余热发电锅炉取风向窑内熟料煅烧让风的目的， 确保了窑内熟料煅烧所需风量， 提高了整个系统热的利用率。3.6 改进篦冷机的取风方式煤磨烘干用风属低温风而取风点设在高温位置，余热发电 AQC 锅炉取风相对温度较高， 而取风点设在中低温位置，二者的取风分布不尽合理，现余热发电项目多是在原来生产线上增加的余热发电系统，篦冷机的取风方式为煤磨烘干用风取在一段未端，新上余热发电 AQC 锅炉取风有两个风口， 分别设在一段篦床未端和二端篦床头部，AQC 锅炉投用后，窑内二次风减少，风温、风量都受到影响，为了不使余热发电用风与窑内争风，尽可能利用余热，对篦冷机的取风方式进行改进，将煤磨烘干用风设在篦冷机取风的低温段，AQC 锅炉取风口设在高温段，使热风的分布更加合理。兼顾窑内用风、余热锅炉用风、煤磨烘干用风的平衡，且能保证 AQC 取风温度在 380 ，实现余风再循环，通过调节余风的循环量，能够平衡锅炉用风与窑内用风，在 AQC 锅炉取风风量不变的情况下，根据窑况可通过调节余风循环风阀，使窑内用风、锅炉用风保持相对平衡。3.7 稳定操作参数加强窑系统定操作与余热发电用风操作相匹配，调整分解炉的喂煤量，清理三次风管的积料，使三次风管通风顺畅， 有充足的富氧高温空气进入分解炉，将三次风温度控制在 950以上，三次风阀开度控制在 30%左右，分解炉煤粉燃烧速度快，火力集中，分解炉内温度控制在 880900，提高了生料分解率，维持在 93%95%，入窑生料预热、分解充分，入窑后需热量减少，相应烧成带热负荷减少，火力不过于