巢湖铁道水泥厂节能技术改造实践

一．概况

巢湖铁道水泥厂隶属于中国铁路物资总公司，由铁道部投资兴建。该厂于1984年开始施工建设一条Ø4/3.5/4×145m的湿法窑生产线，熟料产量600t/d。其设计烧成热耗在1300～1500kcal/kg熟料；水泥电耗预计为100～110kWh/t水泥。

80年代末90年代初，投资方铁道部为适应我国水泥工业生产技术的发展变化，提高工厂的技术水平，将正在建设中的湿法窑生产线改为Ø3.5×54m带五级悬浮预热器和分解炉的新型干法生产线。原湿法生料磨改为引进技术国内制造的MPS3150辊式磨，增设石灰石、粘土混合料预均化库及原料调配站，煤粉制备、水泥粉磨、联合储库、水泥储存、水泥包装、散装及发运等车间沿用原设计，其烧成系统设计产量为1500t/d。

该厂生产工艺和设备在当时是比较先进的。就烧成系统来讲，采用了引进富勒技术的水平推动篦式冷却机；预热器为低压损型五级悬浮预热器；分解炉为ILC型分解炉。如下表为烧成系统的主机设备表:

表1  烧成系统的主机设备配置

限于当时的技术与装备水平，该项目自1993年完工进入试生产以来一直没有能够达到设计能力，具体分析其原因，主要是窑系统的运行，不但未能达到设计能力，而且其运转率很低，除了生料喂料系统、喂煤系统及其他因素的影响外，1998年是试生产以来产量最高的一年，窑系统的运转率也只有46％。详细统计如表2，烧成预分解系统本身的缺陷是影响生产的主要因素。

表2    1998年影响运转因素统计表

 注: 本表根据烧成车间台帐统计

综合上表，窑系统的故障率太高，严重制约了工厂的生产和发展，同时，因频繁地开、停窑又造成了能源浪费和设备的严重损耗，其熟料热耗高达4391kJ/ kg-cl (1050kCal/kg-cl)，水泥综合电耗为128kW·h/t。都比技改设计指标(热耗：3555 kCal/kg-cl，电耗：120 kW·h/t)高出很多。严重影响了工厂的经济效益。

为改变这一不利的生产状况，业主曾委托多家设计研究单位多次对其烧成系统进行局部技术改造，历经7年的时间，耗费了大量资金但效果不明显，，因此本项目一直未能达标验收。1998年12月巢湖铁道水泥厂委托天津院针对其烧成系统进行技术改造，力争早日实现达标、达产，以取得预期的经济效益和社会效益。

二．窑系统存在的问题

1．预热器

C1级旋风筒内筒结构不尽合理，C1和C2级预热器旋风筒锁风阀门漏风严重，导致预热器收尘效率低，出C1级预热器废气粉尘浓度过大，据1995年南京水泥工业设计研究院的标定报告显示，C1级出口含尘浓度高达215g/Nm³，时常造成窑主排风机出风口积灰并塌落冲击高温风机而影响窑系统的正常操作，造成烧成系统料耗及能耗的增加。

2．分解炉、窑尾

巢湖铁道水泥厂的预分解系统类似于史密斯公司ILC型早期产品。见（图1，略）三次风从上升烟道进入，与窑气混合后喷腾入炉，而C4来料则从三次风入口下部进入上升烟道，随窑气进入炉内，因此C4来料回分解炉的效果受窑气的影响大，生料入窑分解率波动大，在85～94％之间，上升烟道经常结皮堵塞而停窑。

3．回转窑

回转窑的规格为Ø3.5×54m。其设计能力为1500t/d。由于当时的现有设备及其他技术条件的限制，与其配套的预热器及熟料冷却机均为2000t/d生产线设备。

根据日本水泥协会的计算公式，预分解窑的产量为：

Q=0.230Di^1.5L×24 　　　则窑产量为Q=0.230(2.5-0.18)^1.5×54×24=1659t/d

而实际生产过程中，一般是在小于1200t/d的状态下运行，经常造成长后窑皮、结圈，熟料结蛋等事故而停窑，且因操作等原因窑烧成带耐火砖的寿命严重缩短，造成频繁换砖，既影响生产又增加系统的维护、维修费用，影响了工厂的经济效益。

4.冷却机

该冷却机为引进富勒技术国内制造的产品，其结构不尽合理，经常堆“雪人”，出现“红河”现象，断链，烧坏篦板等。而且热效率很低，造成冷却机废气温度过高而烧坏窑头电收尘器。其三次风入炉处的风温经常在500～600℃之间，这也是造成预热器、分解炉及窑操作不正常的原因之一。因频繁的故障，也使烧成系统的运转率大大下降。

三．烧成系统技术改造方案的制定及实施

1. 预热器C1内筒过短，预热器收尘效率太低造成排风管道积灰。首先，将C1级内筒加长800mm，同时更换C1，C2级旋风筒重锤翻板锁风阀，提高预热器收尘效率，消除因高温风机事故而引起的停窑或系统热工制度的不正常，降低系统的能耗。

2．分解炉的改造实际上与窑尾和窑、冷却机是密不可分的，因为分解炉的结构缺陷(如图1)，物料在炉内的停留时间过短，入窑分解率低，根据窑的操作情况看，生料入窑分解率大约在85％左右。因为只靠窑尾废气并不能把4级筒物料完全彻底地带入分解炉，四级物料很可能部分直接入窑，而为保证熟料的质量，窑头必然加大燃煤量，这样又造成了窑尾温度过高，上升烟道严重结皮，窑内后结圈，烧成带后移，窑内通风不良，结大蛋等不正常现象，长时间的恶性循环操作必然要造成烧成系统的停窑、清理、检修。根据实际观察和了解，工厂的烧成系统正是在此恶性循环状态下运行。因此，有人戏称此窑为“星期窑”，在1200t/d以下状态下运行一般不会超过一个星期。因此我们对分解炉进行了如下改造：

(1).取消上升烟道将分解炉由类ILC型改为我院引进技术消化的TD型，分解炉容积增加了约150m³，强化了二次喷腾区作用，(见图2)增加了物料在炉内的滞留时间，以提高其分解率及燃料燃尽率。

(2).将C4级来料改在从炉体底部三次风上部进入，避免其受窑气的影响而直接入窑的可能性。

(3).三次风从炉体底部切向入炉，使煤粉、生料在炉内均匀混合，使煤粉均匀燃烧，生料均匀加热。这样使入窑生料的分解率保证在90~94％，给窑的操作创造一个良好的条件。

(4).在生产过程中尽可能提高窑的产量，尽量满足预热器、分解炉的正常工作状态，使烧成系统保持在一个良性的状态下运行。

3．冷却机的改造。将原有的水平推动篦式冷却机改为充气梁式冷却机。应该强调在最高温区采用“固定式充气梁”装置最大优点是大大降低了热端篦床的机械故障率，这就充分保证篦冷机的运转率。由于正对窑下料口区域的篦床采用“固定式充气梁”装置，热熟料易于堆积，虽可调节冷却风量来对积料厚度加以控制，但为防“雪人”和大块熟料球的堆积，在端部壳体上加装了一组空气炮，按实际需要间断地“开炮”，适时清理过多的积料，以保证稳定安全的操作。从而大大降低了冷却机的事故率，提高了窑的运转率。

由于采用了充气梁式冷却机，冷却风分布更为均匀，避免了“红河”现象，其热效率由原来的50％～60提高到了71％～74％。三次风入炉风温大大提高，由原来的500～600℃提高到800～900℃，从而提高了冷却机的热效率，从另一方面降低了烧成系统的烧成热耗，稳定了分解炉的操作。

四．改造效果

1999年4月～5月该厂经近一个多月的较短时间进行改造，又经两个多月的试生产，彻底改变了原有的操作习惯。改造总投资为450万元。改造后的窑系统平均日产量增加了37％。窑产量由原来的小于1200t/d提高到了1650～1700t/d。除去市场因素的影响，窑系统运转率可达82％。烧成系统的能耗明显降低，由原来的1050kCal/kg熟料降低到了880kCal/kg熟料以下。该厂改造后，于2000年下半年至今生产一直正常，每年可实现新增利润1500万元。总之，目前工厂经过对烧成系统的提产改造，已取得了良好的经济效益和社会效益，发展前景十分广阔。

 五. 结论

限于当时的技术水平和装备条件，巢湖铁道水泥厂湿改干项目走过了一段曲折的路，但在我院的积极配合下，通过工厂自身不懈的努力，最终取得成功。该项目的关键还在于烧成系统尤其是预热预分解系统均衡稳定的生产，提高入窑物料分解率，减小回转窑负荷，提高窑产量，进而使预热预分解系统的能力得到充分的发挥，以稳定窑系统的正常操作，是本次改造的关键所在。