福建水泥股份有限公司3号窑技改生产调试

　　1  技改工程介绍
　　福建水泥股份有限公司3号窑(以下称3号窑)技改工程是我院承担可行性研究和工程设计的。该工程于1995年1月开始工程设计，同年9月份开始进行分解炉、三次风管、旋风筒、各种管道等非标设备的现场制造，并在不影响生产的条件下，进行分解炉框架、三次风管支柱及部分窑头设备基础等的土建施工和这些设备的安装工作。在所有技改增加设备安装就绪并做好一切准备工作的基础上，于1995年11月1日停窑，于1996年1月中旬施工安装完毕，1月18日点火烘窑，1月20日开始投料，进入生产调试阶段。到3月24日，全系统顺利通过连续运行72h的达标考核，熟料产量、热耗及熟料标号均达到技改设计指标(设计指标:熟料产量:1320t/d;热耗:3768kJ/kg熟料，熟料标号大于60MPa)。该项技改工程总投资约2600万元，停窑施工安装75d，技改后增加熟料产量约500t/d。考核结束后，3号窑转入正常生产运行。目前，窑产量已达1350t/d以上，窑系统运转率达90%以上，其中NSP状态运转率达75%以上，并正在稳步提高。        

　　3号窑烧成系统原为悬浮预热器窑(SP窑)，技改前产量为850t/d左右，热耗约4396kJ/kg熟料。为满足沿海地区市场对高标号水泥需求量的日益增加及进一步增强公司自身的科学技术水平和经济实力，公司决定用预分解新技术对3号窑系统进行技术改造。本次技改增设了我院研究开发的Φ3.8m×18m微增型离线喷腾———管道式分解炉和三次风管系统一套，改造和更换了原有预热器系统旋风筒、连接风管、下料管、阀门等所有设备，更换了新的LBT篦式冷却机及煤粉计量、输送和燃烧装置，更换了新的增湿塔和窑尾主排风机，还改造了煤粉制备系统和冷却机余风排放系统的除尘放风设备及窑头罩、点火燃油系统、各处风管阀门等附属设备或附属系统等等。

　　2 技改后的生产调试操作  
　　经过技改后的3号窑，于1996年1月18日点火烘窑，20日投料，进入生产运行，到春节前的2月8日为止，作为一个运行周期。通过这一阶段运行，一方面使系统进行磨合，另一方面从中暴露问题，寻求优化整改措施。2月8日到2月11日，结合回转窑定期检修，对3号窑系统进行了优化整改。从2月12日起，重新点火，以SP窑状态进入春节期间正常生产，春节后从3月6～24日，进行生产优化操作并完成了达标考核。整个调试达标过程，包含春节在内，仅用了67d。

　　2.1  第一周期生产操作及其分析
　　2.1.1　运行情况及存在问题
　　3号窑系统技改后，在生产调试第一周期内，我们以SP窑运行为主，分解炉仅短时投入试运行，摸索NSP运行性能。这一期间，生产操作主要参数(随机抽样)见表1。由表1可见，3号窑系统从总体来说，基本达到设计目标，工艺流程设计及计算正确，设备选型合理，主附机设备运行可靠稳定。尤其是在这一时期内，SP窑运行情况良好，产量达到1000t/d，据公司1月份生产统计，从1月20日中班投料到1月31日，生产熟料达11326t。在整个第一周期(1月19日到2月8日)，从回转窑连续转动开始到停窑检修，生产运行时间共488h，其中因各种原因导致的停窑时间总和23.13h，即窑系统正常运转率达到95.26%。       

　　但是，通过这一阶段的生产运行，3号窑系统还是暴露出一些问题和不足，主要是一些参数和操作情况并未达到优化，特别是分解炉投运时问题比较突出，有些问题还会影响NSP窑系统的长期安全运行。

　　归纳这些问题主要是:
　　(1)C1出口温度偏高(见表1)；

　　(2)窑尾上升烟道上的高温调节阀调节范围偏小，使窑、炉两个系列风量匹配调节不够理想，调节较难。

      (3)在NSP状态运行时，系统用风量偏大，这一点在表1中明显可见，从SP状态变为NSP状态时，系统负压增加1.63kPa，窑尾主排风机电流增加26.1A，排风机转速增加400多转。这将影响整个系统技术经济指标和优化操作。           　

                  表1   第一阶段生产主要参数

　　(4)在NSP状态运行时，C3筒时有下料不畅情况发生。分解炉也有塌料情况发生。

　　(5)窑中传动大齿轮连接螺栓断裂，引起NSP窑运行时窑中基础发生振动。

　　(6)增湿塔喷枪头在高温下滴水，对高温含尘气体增湿降温不够，并导致收下的粉尘较湿，影响生产和电收尘器长期安全运行。

 　　(7)进厂原料成分波动很大，严重影响系统的操作和熟料质量。

　　(8)3号窑系统入窑生料、煤、熟料均缺乏较准确的计量，生产中多凭经验控制，难以适应现代化的生产。

　　2.1.2  原因查找及分析
　　(1)从工艺技术、机电设备上分析，首先是因为整个系统是按1320t/d规模设计的，在SP窑生产时，产量仅为设计产量的65%～70%，系统内风量也降低20%～30%，故管道内风速较小，使喂入生料分散性能较差，预热器系统换热效果不够好，导致物料预热不理想，气体降温也差。也因为产量低，三级筒下分料阀管道内物料较少，当来料量波动时，容易引起料封性能不佳，产生下漏风，影响三级筒分离效率，形成三级筒有时下料不畅。其次，因为窑尾上升烟道上高温调节阀门在1320t/d范围生产时，其通风面积调节范围偏小，使窑系统阻力较小，即使三次风管上调节阀门处于全开状态，窑系统阻力仍然偏小。当分解炉投入运行时，窑、炉两个系统风量平衡难调，若窑尾排风小了，反映在炉内风量不够，入炉生料悬浮不充分，易产生沉落塌料。若排风过大，则反映在窑内通风量过大，使火焰向后拉，窑内高温带后移，窑皮长达30多米，窑头温度降低，难以正常煅烧。第三是C3筒下分料阀到分解炉的下料管布置上有欠缺，中间有一段弯管，容易产生物料聚积，引起下料不畅。第四是入窑生料成分大范围波动，影响窑系统热工制度的稳定，从而影响预热器系统的操作稳定，也会引起堵料或炉内温度波动，进而引起分解炉塌料，我们在操作中发现，当入窑生料的硅率小于一定值(相应熟料硅率小于2.2)时，三级筒下料管、分料阀等处易发生下料不畅或堵料现象，分解炉内温度易上下波动，若处理不当，容易发生塌料情况。

　　(2)从操作上分析，由于该生产线是非标准型的生产线，是在原预热器窑基础上改造的，缺少可仿效的先例，也缺乏相应的操作借鉴经验，在生产调试初期，对系统真正具备的生产能力和性能需要了解熟悉，特别是微增型分解炉系统中，燃料的分配、入窑物料分解率的控制、风煤料的平衡等，还需要进行实践摸索。再加客观上，该系统原有计量设施(未改造部分)与改造部分设施的衔接不够完备，缺乏完备的计量能力和精度，必然给优化操作带来很大困难。

　　(3)一些其他因素如附属设备的安装问题，分料阀、翻板阀的漏风问题，吹扫系统的设置问题，测试仪器和控制仪表的校调问题，窑头罩较小等等，也会影响系统的优化操作。

　　2.2  优化整改方案及其实施
　　我们根据现场情况，提出的优化整改方案主要有:

　　(1)适当加长Cl～C2、C2～C3筒之间的连接风管上撒料箱内的撒料板长度，加强喂入物料在上升气流中的分散程度，使系统换热效果更好。

　　(2)适当加长Cl筒内筒的长度，提高Cl筒的分离效率，减少生料飞损。

　　(3)在窑尾上升烟道高温调节阀阀体内增设风冷圆柱内芯，使该调节阀在NSP状态下运行时，有较宽的调节范围，能够调节自如。

　　(4)适当缩小分解炉下缩口，进一步提高入炉风的喷腾速度，减少分解炉和系统的用风量，并减少或消除分解炉塌料的可能性。

　　(5)在C3筒下料管及分料阀上下处增设压缩空气吹扫装置。

　　(6)用耐高温(300～400℃)的胶带处理增湿塔喷枪喷头，使其在高温状态下不滴水，保持较好的雾化。

　　(7)更换回转窑传动大齿轮连接螺栓。

　　(8)对系统中所有测温、测压及其他测试仪器和所有控制仪表进行校调，以保证显示的参数具有一定的准确性。

　　(9)加强进厂原料成分和配料、生料制备各过程的技术控制，保证入窑生料成分尽量在要求的范围内波动，超标波动尽量少发生。

　　(10)对熟料计量、煤粉计量、喂煤计量进行标定，对生料入窑采用计量手段，生产中对煤、料进行量化控制。

　　除此之外，在定期检修阶段，要求对存在的附属设备问题进行修理和技术处理，使整个系统处于更完善状况。

　　在2月8～11日3号窑的定期检修中，我们提出的前八项优化整改方案得到了较好的实施，对第九项方案采取了许多控制措施，但第十项方案尚有待更好实施。

　　2.3  优化整改后的生产操作
　　经过实行优化整改，3号窑系统运行技术性能更趋完善合理，操作中风煤料能更好地达到平衡，主附机设备运行更加可靠。到3月24日，3号窑系统完成连续运行72h的达标考核。这段时间内，NSP系统生产操作参数(随机取考核期及考核期前后共5d的代表性数据)见表2。             

　　从表2数据及现场操作情况看，经优化整改后的NSP窑系统各项生产参数比较理想，C1筒出口温度能控制在合理范围内，系统阻力反映在C1筒出口约5kPa左右，与技改前的SP窑系统相比，增产50%左右，而阻力没有增加，Cl出口氧含量基本在6%～8%之间，系统用风量得到控制，基本处于较合理范围内。回转窑转速、窑尾主排风机能力等尚有增产的可能。特别要说明的是，由于该烧成系统的生料喂料部分仅对提升泵内部结构作了少量改造，没有更换设备，在实际生产中，窑系统生产能力受到了喂料设备能力的限制。在整个NSP窑运行时，生料喂料系统始终处于满负荷工作条件下，熟料产量决定于喂料设备的喂料能力。据考核期及考核期前后一段时间的生产计量统计，熟料产量约55～58t/h。我们认为，若将喂料系统中设备进行更换，使喂料系统喂料能力能充分满足技改后烧成系统的生产需要，则3号窑系统生产能力还可进一步提高，各项技术经济指标还有望进一步优化。在此期间，3号窑烧成系统用煤热值基本在20900～22600kJ/kg间波动，耗煤量约9t/h左右，按计算，技改后3号窑系统生产热耗约3550kJ/kg熟料。

 表2  优化整改后NSP窑系统主要生产操作参数

　　我们把技改前后3号窑系统主要生产参数列于表3，进行对比分析。

表3  技改前后3号窑系统主要生产参数对比

　　通过技改前后生产参数对比可知，技改后C1出口温度略有升高，若提高生料喂入量，使熟料产量提高的话，可有望使其降低。C1出口负压几乎没有变化，若考虑产量增加使整个系统物料输送量增加的话，实际上系统阻力是降低的。增设分解炉后，由于入窑物料分解率提高一倍左右，使窑内热负荷减轻，生产能力提高，窑产量提高约50%，热耗降低约800kJ/kg熟料。其经济效益十分可观，从表中看出，技改后的各项生产参数更为优化合理。

　　3  技改及生产操作经验简析
　　在这次技改中，我们根据3号窑现有工艺、设备条件，采用目前新的工艺技术和设备，改造老的生产线，取得了好的效果。我们认为，为了适应生产方法的改变，生产操作方法和习惯以及管理模式也应有相应的进步。从原料开采、生料配制到熟料烧成热工制度及熟料冷却，整个生产过程也应有所改变。福建水泥股份有限公司作为一个大型老企业，在管理及生产技术上有较高的水平，能在短时间内适应这种改变，较快掌握新的生产操作技术，对3号窑技改达标起了十分重要的作用。通过这一阶段的生产操作，我们取得不少经验，并提出一些建议。

　　(1)前阶段实践证明技改后的NSP窑窑内煅烧温度较高，强化煅烧能力较强，因此可利用以前不能使用的含结晶硅砂土配料，生产高标号水泥。           

　　(2)3号窑系统的生产调试表明，对于NSP窑，要求采用高硅率、高铝率、中饱和比的配料方案生产水泥较好。由于原料本身品质问题及该公司考虑1号、2号窑对原料的适应性问题，长期以来，该公司SP窑采用低硅率、高饱和比配料方案生产水泥。我们在技改后的操作中也对配料方案问题进行过尝试。结果发现，若生料成分不合适，特别是SM值较低，则C3旋风筒容易发生下料不畅或堵塞情况，从生产记录看，调试过程中C3筒堵得较多的时候，往往是SM值较低的时候。至于SM值对窑头煅烧的影响，在我们生产调试阶段，尚未明显发现。从系统生产操作经验及该公司具体情况看，我们认为采用中高硅率(SM>2.2)、中高饱和比(KH=0.91～0.92)、高铝率的配料方案较好。既利于生产操作，熟料质量也好，系统煅烧稳定。在生产中应严加控制入窑生料成分，另外，为了稳定入窑生料成分，提高入窑生料合格率，针对公司粘土矿现状，有必要对粘土质原料采取预均化措施。        

　　(3)在NSP窑生产操作中，要求稳定喂入生料量和煤量，还要稳定分解炉中分料量及窑、炉煤的比例，并据此调节好系统用风量，使系统各部分压力和温度相对稳定。由于分解炉内空气不仅起助燃作用，还起着悬浮输送物料的作用。故这一部分风的多少及窑、炉两个系列风的平衡对系统操作影响很大。操作上可根据Cl出口氧含量及窑、炉内煤粉燃烧情况调节三次风管与上升烟道上的两处阀门，使系统总风量及两个系列风量平衡均达到要求。另外，根据3号窑预热器系统及窑本体的原有情况，确定技改后产量增加50%左右为宜。以后随着操作水平的提高及系统性能的熟悉，尚有增加产量的可能。但在目前情况下，根据已定的增产目标，我们认为控制入窑生料表观分解率不要太高比较适宜，片面提高入窑分解率会使窑、炉能力的平衡遭到破坏，影响系统的优化操作，是不合适的。在操作上可通过调节分料阀门及改变分解炉内温度来调整入窑生料的表观分解率。         

　　(4)出C3筒的物料经分料阀，一部分进入分解炉，一部分进入窑尾上升烟道。该分料阀可在0～100%范围内任意调节。正常生产时，可根据窑内煅烧情况确定向炉内的分料量，并根据炉内温度相应调节喂煤及风量。当分解炉系统需停止工作时，可将物料全部分入上升烟道。在65%～70%产量状况下以SP窑方式继续生产，使回转窑运转率较高，但在此种情况下系统操作可能不是最优状况。调试操作还表明，该系统在SP窑状态转入NSP窑状态时，操作十分简单。只要先在分解炉内加煤燃烧、供风，达一定温度时，交分料阀直接开到设定值，一步到位，进入NSP状态运行，随后根据炉内温度微调煤量和风量即可。整个投炉过程仅需10～20min。

　　(5)操作中要根据情况合理掌握冷却机料层厚度、冷却风机用风量及冷却机余风放风量等，保证入窑二次风温和入炉三次风温不致太低，又能有效对出窑熟料进行快速冷却。燃烧器适当向外拉出，使窑内烧成带适当前移。这些措施对稳定窑况及保证熟料质量有很大作用。        

　　(6)对于目前存在的三次风管集灰斗排灰较多，C3筒有时下料不畅等问题，我们建议，一方面应继续研究工艺、设备改进措施，一方面应从原料开采、生产制备、调节翻板阀配重、减少漏风等操作上摸索经验，使整个系统更趋完善。              

　　(7)3号窑系统在技改中尽管采用了NSP生产技术，但在生产检测和控制上，目前仍采用仪表控制和原来的计量设备，生产实践表明，这些计量设备和仪表在生产中不能尽如人意，反映的数据和参数误差较大，特别是生料、熟料、煤粉的计量和预热器系统的温度参数反映情况不够真实，且难以调校，对优化操作带来困难。我们建议公司在下一步工作中要对此引起重视，采取必要措施，加强对生产的监控和计量，进一步实现现代化生产。