电石渣制水泥生产线优化升级改造.pdf

摘要：针对电石渣制水泥生产线出现的水泥窑结圈、预热器结皮堵塞、出篦冷机熟料温度过高、烘干破碎系统断料故障频发、窑尾NOX排放不达标风险等问题，制定了一系列优化改造措施。通过采取合理控制工艺参数，更换窑头燃烧器，新增窑头废气处理系统，将篦冷机一段固定篦床更换为新型急冷充气箱，优化电石渣输送系统，加长、加粗鹅颈管，采用三次风管单路侧旋进风等措施，较好地解决了长期困扰稳定生产的难题，现已实现电石渣制水泥生产线的高效低耗连续运行。优化升级改造后，在窑尾NOX排放50%。关键词：电石渣；破碎系统；急冷充气箱；三次风管；优化改造中图分类号：TQ172.44 文献标识码:B 文章编号：1001-6171（2023）04-0086-07DOI：10.19698/ki.1001-6171.20234086通讯地址：沁阳金隅冀东环保科技有限公司，河南 沁阳 454550；收稿日期：2022-10-28；编辑：张志红电石渣制水泥生产线电石渣制水泥生产线优化升级改造优化升级改造曹海涛曹海涛曹海涛曹海涛曹海涛曹海涛曹海涛曹海涛曹海涛曹海涛曹海涛曹海涛曹海涛曹海涛曹海涛曹海涛曹海涛曹海涛曹海涛曹海涛曹海涛曹海涛曹海涛曹海涛曹海涛曹海涛曹海涛曹海涛曹海涛曹海涛曹海涛曹海涛，杨蒙杨蒙杨蒙杨蒙杨蒙杨蒙杨蒙杨蒙杨蒙杨蒙杨蒙杨蒙杨蒙杨蒙杨蒙杨蒙杨蒙杨蒙杨蒙杨蒙杨蒙杨蒙杨蒙杨蒙杨蒙杨蒙杨蒙杨蒙杨蒙杨蒙杨蒙杨蒙Improvement and Renovation of Cement Production Line Using Carbide SlagCAO Haitao,YANG Meng（Qinyang Jinyu Jidong Environmental Protection Technology Co.,Ltd.,Qinyang Henan 454550,China）Abstract:In response to the problems encountered in the cement production line using calciumcarbide slag,such as cement kiln ringing,preheater crusting or even blockage,excessive temperatureof clinker from grate cooler outlet,the fault of breaking material occurred frequently in drying andcrushing system,NOXemission risk,etc,a series of optimization and transformation measures wereformulated.By taking reasonable control of process parameters,replacing kiln head burner,addingkiln head waste gas treatment system,replacing a fixed grate bed of grate cooler with a new type ofquenching inflation box,optimizing carbide slag conveying system,lengthening and thickeninggooseneck pipe,adopting single side rotary inlet air of tertiary air duct and other measures,theproblem of long-term stable production has been solved well,and now the continuous operation of生产技术CEMENT TECHNOLOGY 2023/486我公司2 500t/d电石渣制水泥熟料生产线于2012年投产，以二级预热器出口约580的废气为热源烘干主钙质料湿电石渣。自投产以来，生产线存在水泥窑结圈、预热器结皮堵塞频繁、出篦冷机熟料温度过高、电石渣输送及烘干破碎系统故障多、无法满足NOX超低排放标准等诸多问题。电石渣制水泥生产线的原料特性与常规石灰石制水泥生产线的原料特性不同，二者的生产工艺也有较大差异，且国内电石渣制水泥生产线较少，生产工艺不成熟，可借鉴经验较少。近年来，我公司不断摸索实践、总结分析，制定了一系列优化改进技术措施，较好地解决了长期困扰电石渣制水泥生产线稳定运行的难题。1解决预热器结皮堵塞及窑结后圈工艺问题1.1氯、硫有害组分形成的原因分析电石渣制水泥与石灰石制水泥的一个重要区别是电石渣带入的氯离子比常规石灰石制水泥生产线要高。氯离子在分解炉内与CaO反应生成氯化钙，氯化钙在固相反应区或更高温度下与碱反应生成氯化碱。氯主要以氯化碱化合物的形态挥发，生成的氯化钾沸点低、挥发率高，可以直接由固态升华为气态挥发，经多次循环富集后，浓度逐步升高。电石渣制水泥生产线生产过程中，由原燃料带入的硫，在分解炉内被碳酸钙分解产生的碱性氧化物吸收（如CaO等），形成硫酸盐进入回转窑。部分硫酸盐在回转窑高温区域发生分解，分解产生的SO2再次进入分解炉并被炉内的CaO等碱性氧化物吸收，由此形成硫在分解炉-回转窑的高温循环。1.2预热器结皮及窑结圈原因分析在氯化碱与硫酸盐等组成的多组分系统中，最低共熔点为650700，以熔融态粘附在预热器内物料表面，形成液相粘膜。随着温度的升高，液相粘膜粘附性增大，对末级旋风筒入窑热生料的温度变化尤为敏感。入窑热生料温度偏高，会造成预热器结皮加剧，极易产生堵塞1。分解炉-回转窑有害组分的循环富集，导致入窑热生料的有害组分含量偏高，增大了入窑物料的液相量，改变了物料的液相粘度。当入窑物料成分波动大时，窑内火焰会发生伸长与缩短的往复变化，分解的物料与液相不断混合，造成烧成带末端的窑皮不断增厚，进而发展为后结圈。1.3预热器结皮及窑结圈改进控制措施1.3.1优化入窑表观分解率计算方法在分解炉出口温度为950的情况下，检测入窑表观分解率时，因入窑热生料所含KCl组分已挥发，导致该温度下检测的分解率偏低，对实际操作控制易产生误导。在评估实际入窑分解率时，应考虑测试时KCl挥发对检测数据的影响。入窑热生料的化学成分检测数据如表1所示。根据化学反应方程式：K2O+CaCl2=2KCl+CaO，由表1中的Cl-含量可推算出KCl含量为4.65%，实际入窑分解率应在检测值基础上加4.65%。入窑热生料有害组分含量与对应分解炉出口温度控制值如表2所示。鉴于有害组分含量高时，预热器结皮对温度的敏感状况，实际生产时，应根据入窑热生料有害组分总量的高低，控制分解炉出口温度。表1入窑热生料的化学成分检测数据，%K2O2.800Na2O1.230SO30.960Cl-2.196总计7.186high efficiency and low consumption of carbide slag cement production line can be realized.After theoptimization and upgrading,the amount of ammonia water per ton of clinker decreased by more than50%when the NOXemission of the chimney was less than 100mg/Nm3.Key words:carbide slag;crushing system;quenching inflation box;tertiary air duct;improvementand renovation生产技术2023年第4期871.3.2改善物料易烧性通过在生料配料中引入矿山废渣、铁选矿污泥等原料，降低生料配料中易烧性较差的河沙用量，适当降低生料细度、熟料硅率，降低烧成温度，减少硫、氯的挥发。1.3.3燃烧器采用中心定位避免煤粉落入熟料中，造成局部还原气氛，加剧硫酸盐的挥发。1.3.4增加气体分析仪，实时监测参数变化（1）增加窑尾烟室高温气体分析仪，确保窑内氧化气氛，实时检测窑尾烟室的 CO、NO、SO2和O2含量，正常操作时，CO0.05%、1 100ppmNO1 500ppm、SO250ppm、3%O25%。（2）每2h检测一次熟料及入窑热生料的SO3、K2O、Na2O和Cl-含量，实时掌握硫、氯的挥发率变化情况。若热生料SO3、K2O、Na2O、Cl-含量升高且熟料中SO3、K2O、Na2O、Cl-含量降低，说明窑内的硫、氯挥发率在升高，需及时进行调整。通过采取以上技术措施，降低了有害组分在系统内的挥发率，辅之以数据监测和参数控制，有效解决了预热器结皮堵塞和窑结后圈问题。2窑头燃烧器改造2.1窑头燃烧器存在的问题（1）窑头燃烧器设计规格偏大，燃煤能力1012t/h，生产过程中，窑头实际用煤量为5.56.0t/h。工作状态下，一次风用量达17.8%，掺入冷风多，造成煤耗升高。（2）窑头燃烧器在煅烧过程中，火焰温度低，对生料的波动适应性较差。当生料KH值或SM值稍偏高，游离氧化钙即偏高。游离氧化钙合格率偏低，烧成带末端易结厚窑皮。2.2窑头燃烧器改造方案经对比分析国内各燃烧器产品情况，结合电石渣生产线所使用的原煤煤质情况和生料成分波动大的特点，改造时选用高推力、一次风量为 8%10%的燃烧器。虽然一次风过剩会造成热耗增加，但一次风风量适当偏大的燃烧器的抗干扰能力强、推力大、火力强劲，能提高煤粉燃尽率、烧成温度和产量2，与当前生产线现状相匹配。窑头燃烧器改造方案如下：（1）将燃烧器整体更换为五风道煤粉燃烧器。（2）更换一台窑头一次风机，流量76m3/min（正常使用50m3/min），压力58.6kPa，功率110kW，更换相应电气设备。（3）新增一台平衡风机，风量1 485m3/h，全压11 439Pa，电动机型号Y160M2-2，功率11kW。（4）更换窑头送煤管道，管道内径由194mm改为180mm。五风道煤粉燃烧器投入使用后，对生料的波动适应性增强，熟料升重增加，游离氧化钙合格率提升，窑烧成带末端长厚窑皮的问题得到解决。3篦冷机系统鼓风及排风等关键部位改造现使用篦式冷却机型号为TC-1168，生产能力2 800t/d，出料温度65+环境温度。受窑提产及设备磨损老化影响，熟料冷却效果变差，系统热回收效率降低。通过新增窑头废气处理系统，优化改造篦冷机本体，实现了高效生产。3.1窑头废气处理改造3.1.1改造必要性该生产线窑头未配置废气处理系统及余热发电系统，窑头废气一部分与预热器废气汇合后入烘干破碎系统，用于补充预热器废气电石渣烘干用风，烘干电石渣后经窑尾袋收尘器处理后排空；一部分用于煤磨烘干用风，经煤磨袋收尘器处理后排空；另一部分用于生料磨烘干用风，经生料磨收尘器处理后排空。篦冷机废气为含氧量21%的空气，入窑尾后氧含量高达12%以上，窑尾在线监测烟尘折算值高，表2入窑热生料有害组分含量与对应分解炉出口温度控制值K2O+Na2O+SO2+Cl-，%分解炉出口温度，6.08656.58607.08557.58508.0845生产技术CEMENT TECHNOLOGY 2023/488无法满足5mg/Nm3的排放标准。上游化工企业对压滤工艺进行升级改造后，电石渣水分由40%降至32%，预热器余热已能够满足电石渣的烘干。在此情况下，封堵了窑头废气直接进入烘干破碎系统的通道，导致篦冷机余风排放能力减小，篦冷机鼓风受限，冷却能力不足，在生产过程中，熟料温度经常在200以上，对篦冷机篦板、熟料输送设备的安全运行均带来了隐患，对后续水泥生产也带来了不利影响，气温高时，回转窑被迫减产。3.1.2改造方案新增一套窑头废气降温与除尘系统，提高窑头废气处理能力。在现有窑头二层平台上的空地新增一台空冷器，在电力室与窑头槽式输送机之间的空地新增一套收尘器及风机。新增设备布置如图1图3所示。部分窑头高温废气先通过空冷器降温，再进入新建的袋式除尘器除尘后排空。主机设备参数如下：（1）新增空冷器：处理风量150 000Nm3/h，入口温度350，出口温度200。（2）新建收尘器：处理风量125 000m3/h，正常废气温度200，排放浓度10mg/Nm3。（3）新建风机：处理风量 130 000m3/h，静压-3 000Pa，电机功率180kW。3.2篦冷机本体优化改造3.2.1一段固定篦床改造篦冷机性能主要取决于篦床系统运行效率，因而篦冷机改造的核心就是改造篦床。细化篦床供风单元、优化篦板形式及配风合理性是提高篦床性能的主要手段。篦冷机的本体改造主要是针对固定篦床急冷高温段（即一段），具体改造部位如图4红圈区域所示。原设备外壳体、底部框架保持不变，拆除原有固定篦床（5排固定充气梁、35块篦板、10块盲板），更换为新型急冷充气箱，重新布置原一室3台风机篦下充气管道。急冷充气箱采用分区供风，每一块篦板均配置管道风量平衡阀，改变物料离析导致的料层阻力不均匀进而影响供风的现象。将固定篦床分为3个独立的供风单元，由横向供风改为纵向供风。改造后的高温段固定篦床结构如图5所示。3.2.2一段风机扩容改造利用电石渣生产的水泥熟料结粒细，通风阻力大，一段风机运行电流普遍偏低，存在一段鼓风能力不足且风机效率偏低的问题。利用高效风机对篦冷机一段的4台充气梁风机和二室风机进行替换性改造，改造后风机装机功率略有增加，篦冷机一段风机改造前后的参数对比如表3所示。通过上述改造，篦冷机热回收效率提升，二、三次风温提高，鼓风能力和排风能力提升，解决了篦冷机因冷却风量不足造成熟料温度偏高的问题，提高了生产系统稳定性。生产技术2023年第4期现有电力室窑中心线冷却机中心线注:本车间0.000平面相当于绝对标高150.00m图1新增设备布置平面图89图2新增设备布置剖面图1图3新增设备布置剖面图2图4固定篦床急冷高温段2 6431 0863001 9031 5191 8731 6271 680320生产技术CEMENT TECHNOLOGY 2023/4固定支座固定支座窑口热态工作点窑口冷态点2-1剖面现场根据实际情况做防雨棚窑口热态工作点窑口冷态点2-2剖面现场根据实际情况做防雨棚90图5改造后的高温段固定篦床结构图6密封板式定量给料机实物照片4电石渣输送设备优化改造上游提供电石渣原料的化工企业对压滤工艺进行了升级改造，电石渣水分由40%降至32%，水分的降低使电石渣物理特性发生改变，原有水泥生产配套的输送设备已不适应生产需求，设备运行功率增加，卡堵事故频发。通过优化改造输送设备，降低了输送系统能耗，提升了系统运行可靠性。4.1电石渣刮板机改造4.1.1改造必要性压滤工艺升级改造后，电石渣水分由40%降至32%，压滤机下方的刮板机经常“压”死，维修时间较长，导致输送设备不能正常输送电石渣，影响烘干破碎系统的连续稳定运行，需开启管道喷水，以降低废气温度，但此举易引发废气管道结壁，从而影响系统通风，甚至造成塌料，压停烘干破碎机。4.1.2改造方案拆除刮板机，在钢构廊道增加两排承重钢梁，加宽两侧钢构廊道，截短压滤机下料仓；安装胶带输送机，重新制作下料仓，在两侧安装导料护皮。以上改造很好地解决了电石渣输送不稳定及因电石渣不能及时输送导致的烘干破碎系统不能连续运行等问题。4.2烘干破碎喂料锁风双管螺旋输送机改造4.2.1改造必要性烘干破碎喂料锁风双管螺旋输送机在输送电石渣时经常发生压死、断料、掉叶片、断轴等事故，尤其在电石渣水分降低后，故障更加频繁，对生产系统的连续稳定运行造成极大影响，需停机检修，费时、费力且浪费能源。4.2.2改造方案拆除原有双管螺旋输送机设备，更换为密封板式定量给料机。根据拟更换密封板式定量给料机结构及尺寸，利用现场空间建设土建基础及非标框架，在此基础上安装密封板式定量给料机和称重料仓。通过设定称重料仓仓重，适时调整给料机频率，实现自动控制下料功能，称重料仓料封后，可以有效防止系统漏风，最终确保物料连续稳定输送。密封板式定量给料机实物照片如图6所示，改造后的下料示意如图7所示。改造完成后，电机功率由90kW降至11.95kW，生产技术2023年第4期表3篦冷机一段风机改造前后的参数对比风机型号G8G9G10G11G12改造前风量，m3/h9 4209 42013 50013 50025 800风压，Pa9 8009 8008 0408 0406 420功率，kW4545555575改造后风量，m3/h10 50010 50014 50014 50040 000风压，Pa11 39211 39210 87510 8757 923功率，kW4545555511091密封板式定量给料机料仓且料封效果显著，较好地实现了系统节能降耗，减少了不必要的停机次数，系统运行更加高效。5预分解系统分级燃烧改造电石渣制水泥生产线由于电石渣原料供应量不足，加入了20%左右的石灰石，原材料有害组分含量高，分解炉控制温度偏低，实际入窑的物料分解率仅有90%92%。窑内煅烧负荷大，窑尾烟室NOX含量高，在控制窑尾NOX排放50%，在窑尾NOX排放浓度100mg/Nm3情况下，吨熟料氨水用量约为2.5kg，实现了超低排放目标，达到改造预期效果。6结语电石渣制水泥生产线不同于正常石灰石制水泥生产线，需根据电石渣自身物化特性并结合生产工艺、原燃材料性质及设备特点等，全面加强生产过程环节管控。优化升级改造后，我公司2 500t/d电石渣制水泥生产线运行稳定，实现了电石渣制水泥生产低煤耗、低CO2排放、低生产成本的目标。参考文献：1 程飞，等.预分解窑煅烧高氯生料防范预热器结皮堵塞的对策J.中国水泥，2018，（7）：61-63.2 杨再成，等.水泥工厂风力管路设备关键点的优化J.新世纪水泥导报，2022，（5）：82-85.图7改造后的下料示意生产技术CEMENT TECHNOLOGY 2023/492