技術(shù)分享！海拔2000m高原生產(chǎn)線這樣實(shí)現(xiàn)提產(chǎn)、提質(zhì)、降煤耗！

日前，發(fā)改委、能源局印發(fā)《“十四五”現(xiàn)代能源體系規(guī)劃》的通知，要求完善能耗“雙控”與碳排放控制制度，堅(jiān)決遏制高耗能高排放低水平項(xiàng)目盲目發(fā)展，推動(dòng)能耗“雙控”向碳排放總量和強(qiáng)度“雙控”轉(zhuǎn)變。

可見，對(duì)水泥等高耗能行業(yè)而言，節(jié)能降耗始終是大趨勢。然而，據(jù)水泥人網(wǎng)了解，水泥生產(chǎn)工藝復(fù)雜，設(shè)備眾多，要想真正的實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗，必須從細(xì)節(jié)處入手，對(duì)水泥全生產(chǎn)線進(jìn)行系統(tǒng)化技改升級(jí)。

以F公司的2500t/d水泥生產(chǎn)線為例，該生產(chǎn)線位于海拔2000m的云貴高原，2014年投產(chǎn)，投產(chǎn)后窯產(chǎn)量在2600t/d左右，因原燃燒器使用時(shí)間久導(dǎo)致磨損嚴(yán)重，窯產(chǎn)量低（2600t/d左右），質(zhì)量不穩(wěn)定，一次風(fēng)用量（包括窯頭送煤風(fēng)機(jī)風(fēng)量）偏大，煤耗、電耗偏高，火焰調(diào)節(jié)不靈活，適應(yīng)原材料變化的能力偏弱，2017年更換為河南匯金智能裝備有限公司（以下簡稱“河南匯金”）的HJ高動(dòng)能型五通道節(jié)能燃燒器后，熟料煅燒狀況大大改善。

基本情況簡介

01 煤粉質(zhì)量

F公司入窯煤粉工業(yè)分析見表1，入窯煤粉硫含量1.55%，0.08mm篩余細(xì)度1.9%。

表1  煤粉工業(yè)分析

02 熟料三率值、MgO含量及熟料強(qiáng)度

 

F公司熟料三率值：KH0.900～0.940、SM2.60～2.70、IM1.50～1.55，MgO含量4.12～4.50%。

F公司熟料中MgO含量較高，熟料結(jié)粒存在大小不均、有一部分結(jié)粒偏大而熟料內(nèi)部幾乎是半生料（見圖1），這部分沒有充分煅燒的料，f-CaO偏高，強(qiáng)度偏低。熟料強(qiáng)度：3d抗壓強(qiáng)度29～31Mpa、28d抗壓強(qiáng)度52～54Mpa。

天津院白波、陳友德教授等人經(jīng)測試發(fā)現(xiàn)石灰石中MgO的含量對(duì)熟料強(qiáng)度有一定的影響，總的趨勢是石灰石中MgO含量越高，則熟料強(qiáng)度越低。南京院教授級(jí)高級(jí)工程師、全國工程設(shè)計(jì)大師蔡玉良指出，MgO在水泥熟料礦物固溶體總量只能在1.5%～2.0%，過多的MgO導(dǎo)致熟料燒成范圍變窄，易造成窯內(nèi)結(jié)長厚窯皮、結(jié)圈、結(jié)大球等問題。

03 原燃燒器生產(chǎn)情況

原燃燒器存在的主要問題有： 

（1）原燃燒器使用時(shí)間久，磨損嚴(yán)重，窯產(chǎn)量低（2600t/d左右），質(zhì)量不穩(wěn)定。在正常生產(chǎn)時(shí)，窯電流突然下降，出現(xiàn)窯溫走低，二次風(fēng)溫偏低且波動(dòng)大（1040℃～1120℃）。氨水用量從正常0.5m³/h下降到0.2m³/h，系統(tǒng)處于不正常狀態(tài)，檢查燒成系統(tǒng)也沒發(fā)現(xiàn)異常情況。

（2）窯頭燃燒器推力小，煤風(fēng)混合不均勻，煤粉燃燒不充分，火力強(qiáng)度不夠，火焰不集中，有時(shí)候出現(xiàn)窯尾煙室溫度比二次風(fēng)溫還高的現(xiàn)象，熟料結(jié)粒差,出窯熟料黃心料多。

（3）火焰剛性差、燒成帶溫度分布不均，燒成帶偏長。窯筒體溫度低于250℃，窯皮長厚，現(xiàn)場測量最低有150℃。

（4）一次風(fēng)用量（包括窯頭送煤風(fēng)機(jī)風(fēng)量）偏大，入窯冷風(fēng)多，煤耗、電耗偏高。

（5）火焰調(diào)節(jié)不靈活，適應(yīng)原材料變化的能力偏弱。

圖1 熟料結(jié)粒大小不均

 

HJ高動(dòng)能型五通道節(jié)能燃燒器使用情況

01 節(jié)能原理及優(yōu)勢

（1）一次風(fēng)量（包括窯頭送煤風(fēng)機(jī)風(fēng)量）減小，入窯冷空氣量少，能夠利用更多的高溫二次風(fēng)。采用HJ高動(dòng)能型五通道節(jié)能燃燒器，在保證煤粉充分燃燒的情況下可以有效減少多余一次風(fēng)進(jìn)入窯內(nèi)，有利于加快煤粉著火速度。一次風(fēng)量下降，煤粉混合均勻，煅燒穩(wěn)定，降低了火焰的峰值溫度，減少NOX的產(chǎn)生，降低脫硝費(fèi)用。

（2）節(jié)電：較少的一次風(fēng)用量和窯頭送煤風(fēng)用量可以降低電耗。

（3）降低煤耗，提高熟料產(chǎn)質(zhì)量：采用較高一次風(fēng)速、較低一次風(fēng)量、大推力、大速差設(shè)計(jì)理念，能夠強(qiáng)化煤風(fēng)混合，火焰強(qiáng)度高、剛性好、穩(wěn)定性強(qiáng)，使煤粉燃盡率高，能夠提高熟料產(chǎn)量，降低煤耗，提高熟料產(chǎn)質(zhì)量。

（4）調(diào)節(jié)方便、適應(yīng)性廣：燃燒器凈風(fēng)各通道安裝渦輪蝸桿調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，能夠靈活調(diào)節(jié)各風(fēng)道的截面積；同時(shí)各風(fēng)道設(shè)置調(diào)節(jié)風(fēng)量的閥門，使火焰粗細(xì)和長度可調(diào)，能夠形成理想的溫度場和熱工制度，對(duì)煤質(zhì)、物料的波動(dòng)變化適應(yīng)性強(qiáng)，能更好地保護(hù)窯皮和耐火磚，提高窯的運(yùn)轉(zhuǎn)率。

（5）燃燒器整機(jī)管層布局合理，各風(fēng)道氣體流動(dòng)過程中沿程阻力系數(shù)最小。頭部零件采用螺紋連接，拆裝便捷，便于檢修和更換。

（6）售后服務(wù)好：匯金公司有技術(shù)能力過硬、責(zé)任心強(qiáng)的售后服務(wù)團(tuán)隊(duì)，能夠在甲方需要技術(shù)服務(wù)時(shí)及時(shí)到位，開展優(yōu)質(zhì)服務(wù)；同時(shí)能夠有針對(duì)性地進(jìn)行技術(shù)培訓(xùn)，并且隨時(shí)可以通過電話和微信指導(dǎo)解決生產(chǎn)技術(shù)問題。

02窯頭用HJ節(jié)能燃燒器的結(jié)構(gòu)

采用五通道四風(fēng)道結(jié)構(gòu)形式（見圖2）,由外到內(nèi)依次分為：外軸流風(fēng)道（見圖2的1）、煤粉風(fēng)道（見圖2的2）、旋流風(fēng)道（見圖2的3）、渦流風(fēng)道（見圖2的4）、點(diǎn)火油槍（清焦器）通道（見圖2的5）。

（1）外軸流風(fēng)道：

外軸流風(fēng)道噴嘴采用帶有一定傾斜錐度的半圓孔結(jié)構(gòu)，降低了風(fēng)阻，提高了射流強(qiáng)度，外軸流風(fēng)由間斷布置的半圓錐形孔噴射，噴出的高速風(fēng)可以充分卷吸高溫二次風(fēng)。外軸流風(fēng)道的出口面積可以無級(jí)調(diào)節(jié)，進(jìn)而可以調(diào)節(jié)外軸流風(fēng)的出口風(fēng)速。

（2）煤粉風(fēng)道：

煤粉風(fēng)道設(shè)置在外軸流風(fēng)道和旋流風(fēng)道之間。在外軸流風(fēng)和旋流風(fēng)作用下煤粉迅速擴(kuò)散、快速著火燃燒；同時(shí)外軸流風(fēng)和旋流風(fēng)能夠控制煤粉在窯內(nèi)的走向和分布，可以有效調(diào)節(jié)火焰形狀和火焰溫度的分布。

（3）旋流風(fēng)道：

旋流風(fēng)道設(shè)置在煤粉風(fēng)道的內(nèi)側(cè)。旋流風(fēng)通過多個(gè)帶錐度的半圓形螺旋槽的旋流器噴出多個(gè)高速旋流風(fēng)，產(chǎn)生旋流效應(yīng)，使煤粉在出燃燒器后迅速散開，降低了煤粉濃度，提高了煤粉與空氣的接觸時(shí)間和接觸面積，使煤粉能夠快速燃燒，提高了煤粉燃燒效率。旋流風(fēng)風(fēng)道的出口面積可以無級(jí)調(diào)節(jié)，進(jìn)而可以調(diào)節(jié)外旋流風(fēng)的出口風(fēng)速。

（4）渦流風(fēng)道：

渦流風(fēng)道設(shè)置在旋流風(fēng)道的內(nèi)側(cè)，渦流風(fēng)由多個(gè)帶螺旋角度的旋流器噴出，通過調(diào)整軸向位移可以調(diào)整渦流風(fēng)噴出的角度，以調(diào)整火焰形狀。配合旋流風(fēng)，使燃燒火焰更加集中，穩(wěn)定火焰。

圖2 HJ窯頭節(jié)能燃燒器端面結(jié)構(gòu)

03 技改技術(shù)方案

（1）窯頭送煤風(fēng)機(jī)：利用現(xiàn)有窯頭送煤風(fēng)機(jī)，增加變頻器，采用變頻調(diào)節(jié)方式減少入窯冷風(fēng)量。風(fēng)機(jī)銘牌參數(shù)：流量：95.4m3/min；壓力：39.2kpa；功率：90kw。 

（2）窯頭一次風(fēng)機(jī)：利用現(xiàn)有窯頭一次風(fēng)機(jī)，增加變頻器，采用變頻調(diào)節(jié)減少入窯冷風(fēng)量。風(fēng)機(jī)銘牌參數(shù)：流量：76.1m3/min；壓力：68.6kpa；功率：110kw。 

（3）窯頭送煤管道：將原來的Φ203（外徑）*7mm改為Φ146（外徑）*8mm。

（4）更換HJ高動(dòng)能型五通道節(jié)能旋渦流燃燒器。

04HJ節(jié)能燃燒器使用情況

在熟料MgO含量高的情況下，應(yīng)適當(dāng)縮短火焰，開大燃燒器內(nèi)風(fēng)（兼顧窯筒體溫度），使用“高溫爆炒”效果較好，盡量避免“小火慢燉”，防止出現(xiàn)過長火焰，使物料提前結(jié)粒而內(nèi)部煅燒不致密造成熟料強(qiáng)度降低。中國建筑材料科學(xué)研究總院王文義教授在談到高強(qiáng)熟料的配料及煅燒時(shí)指出，在阿利特形成的燒成帶，應(yīng)集中火力、高熱力強(qiáng)度、短時(shí)間完成阿利特的燒成，使阿利特晶體發(fā)育完整、尺寸較小（在20～40μm），活性最高，強(qiáng)度最高。

F公司更換HJ高動(dòng)能型五通道節(jié)能燃燒器后，在窯內(nèi)斷面上下左右的位置為（0,0），開窯后窯況穩(wěn)定，出料正常，質(zhì)量也趨于正常。外風(fēng)截面積標(biāo)尺刻度30mm，閥門開度90º，現(xiàn)場壓力表58.5kpa；內(nèi)風(fēng)截面積標(biāo)尺刻度20mm, 閥門開度90º，現(xiàn)場壓力表57.0kpa；中心風(fēng)截面積標(biāo)尺刻度5mm，閥門開度20°，現(xiàn)場壓力表12.0kpa（見圖3）。但窯皮稍微偏長，因此做了以下調(diào)整：

（1）根據(jù)窯皮狀況，及時(shí)調(diào)整燃燒器位置:左右向偏空位置調(diào)整200mm、上下向偏上位置調(diào)整20mm（見圖4），調(diào)整后經(jīng)過兩天時(shí)間，窯皮恢復(fù)正常，整個(gè)系統(tǒng)也恢復(fù)正常。

（2）窯速的調(diào)整

F公司的回轉(zhuǎn)窯規(guī)格為Φ4*60m，原設(shè)計(jì)產(chǎn)量2500t/d, 實(shí)際窯產(chǎn)量提高到2850t/d。窯產(chǎn)量提高后必然會(huì)導(dǎo)致窯內(nèi)物料填充率升高，壓縮了窯內(nèi)燃燒空間，同時(shí)在高溫風(fēng)機(jī)拉風(fēng)和三次風(fēng)開度不變的情況下，相當(dāng)于增大了窯內(nèi)風(fēng)速。窯速過慢、窯內(nèi)物料填充率升高，減少了物料與高溫氣體的接觸面積，降低了傳熱效率，使窯物料受熱不均勻，增加了結(jié)厚窯皮的幾率，出窯熟料不致密，粒徑兩極分化，影響熟料質(zhì)量。F公司更換HJ高動(dòng)能型五通道節(jié)能燃燒器后，熟料煅燒能力明細(xì)增強(qiáng)，燒成帶溫度較高，具備提高窯速的條件，窯速由原來的4.0 r/min提高到4.20r/min, 增加了物料與高溫氣體的接觸面積，提高了傳熱效率，使窯物料受熱更加均勻，減小了結(jié)厚窯皮的幾率，出窯熟料結(jié)構(gòu)致密，熟料質(zhì)量得到明顯改善、產(chǎn)量提高到3000t/d。

圖3 HJ節(jié)能燃燒器現(xiàn)場壓力表

圖4 HJ窯頭節(jié)能燃燒器安裝圖 

圖5 窯筒體溫度掃描

圖6  更換燃燒器后的熟料外觀

使用效果

在熟料三率值、原料成分和煤粉各項(xiàng)指標(biāo)保持基本不變的情況下，使用HJ節(jié)能燃燒器后，熟料產(chǎn)量由原來2600t/d左右提高并穩(wěn)定在2800t/d，窯皮長20m左右，熟料3d抗壓強(qiáng)度由29～31Mpa提高到＞32Mpa，28d抗壓強(qiáng)度由52～54Mpa提高到＞55Mpa，標(biāo)準(zhǔn)煤耗由115 kg/t降低到112.0 kg/t，節(jié)能效果顯著（目前仍在繼續(xù)正常運(yùn)行）。

秉持“專注水泥行業(yè)戰(zhàn)略服務(wù)商”的企業(yè)愿景，未來，匯金智能裝備將始終保持匠心專注，以優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品為市場觸點(diǎn)，以良好服務(wù)為重要保障，堅(jiān)持以客戶為中心，不斷加強(qiáng)技術(shù)創(chuàng)新，為客戶品牌持續(xù)賦能，致力于水泥行業(yè)綠色變革，為實(shí)現(xiàn)“碳達(dá)峰、碳中和”目標(biāo)不斷貢獻(xiàn)力量！

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（作者：劉延輝，何剛，江超）