独家

浅析烧成系统技术改造理论依据与具体措施

513
3
2021-02-04
简介
51中图分类号:TQ172.625.3文献标识码:B文章编号:1008-0473(2021)01-0051-06DOI编码:10.16008/j.cnki.1008-0473.2021.01.006浅析烧成系统技术改造理论依据与具体措施摘要对熟料烧成系统热平衡各支出项进行系统梳理与分析,认为降低热耗是烧成系统技术改造与后期生产操作管理两方面协同发挥作用的结果。后期生产操作降低热耗的主要着力点在于调整熟料率值,改善熟料易烧性,降低熟料形成热,避免不完全燃烧的前提下控制C1出口氧含量,控制煤粉及生料水分等。烧成系统技术改造降低热耗的主要着力点在于提高预热器系统的换热效率、篦冷机的热回收效率,以及采用低热导率的纳米隔热材料。烧成系统降低电耗关键在于降低篦冷机冷却风机、窑头排风机尤其是高温风机的电耗。从提产的角度分析,预热器系统技改的关键在于提高换热效率与气固分离效率;分解炉、回转窑、篦冷机应从以下方面实施:合理布局喂料点、喂煤点、进风点,确保适宜的炉内温度场分布;扩大炉容,以提高烟气、煤粉、生料停留时间,保证煤粉完全燃烧,生料快速吸热分解;改造窑主传,增加转速,确保窑内正常的填充率,为“薄料快烧”创造条件;采用大推力高性能窑头燃烧器,加强煤粉燃烧,同时降低一次风量;加大

文档内容部分截取

51中图分类号:TQ172.625.3文献标识码:B文章编号:1008-0473(2021)01-0051-06DOI编码:10.16008/j.cnki.1008-0473.2021.01.006浅析烧成系统技术改造理论依据与具体措施摘要对熟料烧成系统热平衡各支出项进行系统梳理与分析,认为降低热耗是烧成系统技术改造与后期生产操作管理两方面协同发挥作用的结果。后期生产操作降低热耗的主要着力点在于调整熟料率值,改善熟料易烧性,降低熟料形成热,避免不完全燃烧的前提下控制C1出口氧含量,控制煤粉及生料水分等。烧成系统技术改造降低热耗的主要着力点在于提高预热器系统的换热效率、篦冷机的热回收效率,以及采用低热导率的纳米隔热材料。烧成系统降低电耗关键在于降低篦冷机冷却风机、窑头排风机尤其是高温风机的电耗。从提产的角度分析,预热器系统技改的关键在于提高换热效率与气固分离效率;分解炉、回转窑、篦冷机应从以下方面实施:合理布局喂料点、喂煤点、进风点,确保适宜的炉内温度场分布;扩大炉容,以提高烟气、煤粉、生料停留时间,保证煤粉完全燃烧,生料快速吸热分解;改造窑主传,增加转速,确保窑内正常的填充率,为“薄料快烧”创造条件;采用大推力高性能窑头燃烧器,加强煤粉燃烧,同时降低一次风量;加大篦床冷却面积,以保证与产量相匹配的篦床负荷。对分解炉实施分级燃烧改造,以降低氮氧化物排放,是烧成系统技改的重要目的之一。为达到先进的热耗、电耗、产量、氮氧化物排放指标,除制定合理的技改方案以外,还离不开均衡稳定的生产操作与良好的管理水平。关键词烧成系统技改热耗电耗提产工程实践引言为响应国家推动制造业高质量发展、加快传统产业改造提升、实施大气污染物超低排放等相关政策,当前水泥行业广泛开展对熟料烧成系统的技术改造。目前在该领域主要存在两种技术路线,第一种是增加一级预热器(C1),尽可能加大分解炉炉容,大幅度提高回转窑转速,追求系统极限产量的技术路线;第二种是将某些具有代表性的第二代烧成技术理念引入技改领域,以追求节能环保为目的,兼顾有限合理高产的技术路线。本文主要介绍第二种技术路线,即紧密围绕“节能、环保、合理高产”这一主题,分别从降低热耗、电耗、氮氧化物排放,以及提产角度出发,分析技改原理,提出技改措施,最后介绍这些措施的工程实践效果。烧成系统技术改造理论依据分析与措施图1(a)与图1(b)为典型的烧成系统(子系统)热量分布(以700×4.18kJ/kg.clk为基准计算),可以看出烧成系统最大的热支出项为熟料形成热,占比50%~55%;其次为C1出口废气显热,占比18%~22%;第三大支出项为篦冷机废气显热,约占10%~13%;第四大支出项为系统表面散热,约占6%~9%;最后三项为冷却熟料显热、生料与燃料水分蒸发热、C1出口飞灰显热,分别约占2.5%、1.5%、1%。从系统热平衡角度分析,凡是能降低各项热支出的技术措施均能降低热耗。以下将逐一分析各热支出项的降低原理与措施。降低熟料形成热,一般是在后期的生产运行过程中实现。熟料形成热通常在(410~440)×4.18kJ/kg.clk之间[1]。即热耗潜在下降空间可达30×4.18kJ/kg.clk(4.5kg.ce/t.clk),熟料形成热通常与原材料所含矿物组成与结构、熟料率值设计等因素有关。因此首先应当选择碳酸盐、硅酸盐矿物分解热低、晶格缺陷多的原材料。其次在给定原材料来源的条件下,合理控制熟料率值。即在满足熟料质量的前提下尽可能优化配料方案,以降低熟料形成热。20211No.12021CementGuideforNewEpoch烧成论坛52由热量计算公式Q=C×V×T(Q:废气显热;C:废气比热;V:废气体积;T:气体温度)可知,欲降低废气显热,须降低废气比热、气体体积与气体温度。其中比热与废气组成与温度相关,C1出口废气组成通常较为固定,对显热影响不(a)烧成系统热支出分布(b)窑与预热预分解系统热收入图1系统热量分布大,而废气温度越低,比热越低。因此降低废气显热的关键在于降低废气体积与废气温度。废气体积主要受生产操作水平影响。即在正常生产过程中,在保证燃料完全燃烧,系统漏风控制良好的情况下,C1出口废气氧含量应尽可能低,以降低废气量。理论计算表明,其它条件不变时,若C1出口氧含量每下降1%,废气显热将降低约29.3kJ/kg.clk,即热耗降低29.3kJ/kg.clk(1kg.ce/t.clk)。废气温度主要受预热器系统(预热器+连接管道)的换热效率控制。换热效率越高,废气温度越低。理论计算表明,其它条件不变时,废气温度每下降10℃,废气显热将降低约21kJ/kg.clk,即热耗降低21kJ/kg.clk(0.7kg.ce/t.clk)。对于一个设计已定型的、各工艺设备功能正常发挥的预热器系统,靠后期生产操作来提高预热器换热效率,手段是非常有限的。因此提高预热器系统的换热效率是烧成系统技术改造的主要任务之一。主要从以下几个角度进行。(1)优化设计下料管。主要考虑合理的喂料位置,选用新型撒料装置,以增加生料粉在管道内的悬浮分散程度。(2)评估是否需要更换连接管道。主要考虑合适的管道风速,以加强气流冲击与悬浮能力。(3)选用新型锁风装置如微动阀。以提高下料的均匀性,同时减少内漏风现象。(4)对各级预热器尤其是C1的进口、涡壳、内筒等关键部位优化设计,即在不增加系统压损的前提下,提高预热器系统尤其是C1的气固分离效率,以便气固两相达到动态热平衡以后,料粉能被及时分离进入下一换热单元。还可减少从C1出口逃逸的飞灰热损失。与降低C1出口废气显热同理,降低篦冷机的废气显热主要在于降低废气体积与废气温度。废气体积主要与篦冷机配风用风情况相关,即在满足烧成系统二次风、三次风用风量,同时将熟料冷却至65℃+环境温度的前提下,篦冷机总用风量越少,废气体积越小。废气温度主要与熟料在篦冷机的骤冷区与热回收区的冷却效果有关。篦冷机热回收区冷却效果越好,即热回收效率越高,则熟料在篦冷机低温冷却区被废气带走的热量越少,废气温度越低。从篦冷机热平衡的角度分析,其它条件不变时,篦冷机的热回收效率每提高1%,废气显热将降低14.7kJ/kg.clk,这意味着热耗降低14.7kJ/kg.clk(0.5kg.ce/t.clk)。因此目前将大量运行的第三代篦冷机升级改造为具有高热回收效率的第四代篦冷机是烧成系统技术改造的主要目的之一。采用硅酸钙板等传统隔热保温材料,烧成系统表面散热约(50~60)×4.18kJ/kg.clk。其中预热器、分解炉、三次风管约占50%(见图3),即(25~30)×4.18kJ/kg.clk。若技改时将该区域硅酸钙板替换为低热导率的纳米隔热材料,表面平均温度将下降约40℃(见图4)。通过理论计算,表面散热损失将减少约29.4~42kJ,即热耗降低29.4~42kJ(1~1.5kg.ce/t.clk)。20211No.12021汤跃,等:浅析烧成系统技术改造理论依据与具体措施烧成论坛53生产过程中还应控制生料及煤粉水分,以减少水分蒸发耗热,降低热耗。理论计算表明,若煤粉水分每下降1%,将降低热耗约12.6kJ/kg.clk(0.4kg.ce/t.clk);若生料水分每下降0.5%,将降低热耗约18.9kJ/kg.clk(0.6kg.ce/t.clk)。此外,还需尽量避免不完全燃烧,以减少热损失,通过理论计算,若C1出口CO含量达到1000PPm(0.1%),将产生热损失16.8kJ/kg/clk(0.5kg.ce/t.clk)。图2篦冷机热支出分布图3表面散热分布通过以上对热平衡各支出项的系统梳理与分析,可知降低热耗是烧成系统技术改造与后期生产操作管理两方面协同发挥作用的结果。后期生产操作降低热耗的主要着力点在于调整熟料率值改善熟料易烧性,降低熟料形成热,避免不完全燃烧的前提下控制C1出口氧含量,控制煤粉及生料水分等。烧成系统技术改造降低热耗的主要着力点在于提高预热器系统的换热效率、篦冷机的热回收效率,以及采用低热导率的纳米隔热材料。如表1所示,经过技改后,若烧成系统C1出口氧含量下降1%,废气温度下降20℃,篦冷机热回收效率提高2%,则热耗将下降约84kJ/kg.clk(3kg.ce/t.clk)。烧成系统电能消耗主要来源有高温风机、窑主传、篦冷机冷却风机、窑头排风机等。通过技改节约电耗关键在于降低篦冷机冷却风机、窑头排风机尤其是高温风机的电耗。由风机电耗公式PC=K×Q×ΔP/η[2](PC:图4某生产线分解炉表面温度表1热耗下降潜力电耗;K:粉尘负荷系数;Q:风量;ΔP:风机进出口压差;η:风机效率)可知,降低风量与风压,提高风机效率均可降低风机电耗。现以高温风机为例,假定以下前提条件成立,以定量分析电耗:(1)C1出口氧含量2.5%,压力-5.5kPa,C1出口粉尘浓度为0.06kg/Nm3;(2)分解炉出口至C1出口漏风率为10%;C1至高温风机进口漏风率为10%;(3)高温风机进口气体温度220℃;进口压力-6.5kPa,出口压力-0.2kPa;(4)高温风机效率为80%,当地大气压100kPa。20211No.12021CementGuideforNewEpoch烧成论坛
展开
收起

全部评论

暂无评论

引用:

评论: