CN107084617B - 一种水泥旋风预热器窑改造为窑外预分解窑的节能减排改造方法 - Google Patents

一种水泥旋风预热器窑改造为窑外预分解窑的节能减排改造方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种水泥旋风预热器窑改造为窑外预分解窑的节能减排改造方法，在原有旋风预热器回转窑线基础上新建三次风管(07)、离线分解炉(08)、分解炉燃烧器(09)、五级预热器系统(10)、新高温风机(11)、常温气体分析仪(12)、三次风闸阀(13)、高温气体分析仪，新旧两套预热器系统共同服务于水泥生产。将原需8个月停窑期缩短至2‑3个月；节省了旧预热器拆除费用；旧预热器的生料粉全部送至离线分解炉内，利用离线分解炉将生料粉入窑分解率由原全部窑内分解提高到入窑分解率90％以上，新预热器生料粉全部经由原窑尾烟室进入窑内。旋风预热器窑改为预分解窑后，原窑头100％的燃料降低至40％，降低了窑头高温环境下NOx的生成量，该方法快速改变水泥生产工艺，实现水泥烧成系统增产、节能减排功效。

Description

一种水泥旋风预热器窑改造为窑外预分解窑的节能减排改造方法
技术领域
本发明涉及水泥窑技术改造、节能减排领域，特别是涉及一种对水泥旋风预热器窑改造为窑外预分解窑提产、节能减排改造的方法。
背景技术
目前，水泥生产的主流工艺为新型干法水泥窑外预分解生产工艺，该工艺是从旋风预热器窑工艺经过技术升级而来，在国际上例如俄罗斯、中亚、非洲等区域，仍然存在一定数量的水泥旋风预热器窑，这类窑型的热耗、电耗、NOx排放量均远高于新型干法水泥预分解窑；经过国际水泥市场的发展，水泥预热器窑终将逐步退出历史舞台，但局限于当地市场占有率和投资成本的要求，业主在很大程度上会选择一次性投资费用较低的技术改造方法，本发明是针对水泥旋风预热器窑快速改造为窑外预分解窑，升级改造周期短、费用低，改造效果显著，NOx排放量大幅降低。
改造周期短：本发明所采用的方法是：在原有预热器系统基础上，新建一套预热器分解炉系统，与已有预热器系统并用，从时间上来讲，新建过程可以在已有系统持续运行期间建设，建设期间不影响已有市场，可保持市场稳定性，在水泥生产淡季检修期间组织新老系统的搭接工作，因此从时间和市场效益来讲可以做到无缝对接，降低停窑周期，一般而言停产检修2-3个月内可以完成新老系统的对接工作，为业主节省了大量的停窑时间。
改造费用低：传统改造方法需要拆除老预热器系统，如此拆除不但费用较高，周期也较长，本发明不但避免了老预热器系统的拆除工作，节省了拆除费用和拆除时间，更重要的是生产线持续运转，保持了正常的市场供应。
NOx排放量大幅降低：传统预热器窑将100％燃料通过回转窑窑头送入系统，在窑头高温煅烧条件下产生巨量NOx，对环境造成较大影响，本发明将引窑头三次风至离线分解炉底部注入，将60％燃料送入离线分解炉燃烧，因离线分解炉中的燃料燃烧放热和原料分解吸热过程交织进行，因此炉温可控制在900℃以内，相比窑头1500℃的燃烧环境，热力型NOx的产生量呈指数型降低。最大程度的降低了NOx排放量。
发明内容
本发明的目的在于设计一种水泥旋风预热器窑改造为窑外预分解窑的节能减排改造方法，在原有预热器窑基础上通过新建窑外预分解系统，将新老系统在最短时间内有机合并，通过改变系统风、煤、料的分布，从而将生料的分解工作置于新建的离线分解炉内，一方面窑内燃料用量由100％降低至40％，大幅降低了回转窑的热负荷，降低了回转窑热损失；另一方面NOx产生量也因窑头燃料量的大幅降低呈指数型降低。实现了烧成系统的节能减排目标。新旧两套预热器系统共同服务于水泥生产。将原需8个月停窑期缩短至2-3个月；节省了旧预热器拆除费用；旧预热器的生料粉全部送至离线分解炉内，利用离线分解炉将生料粉入窑分解率由原全部窑内分解提高到入窑分解率90％以上；新预热器生料粉全部经由原窑尾烟室进入窑内。旋风预热器窑改为预分解窑后，原窑头100％的燃料降低至40％，降低了窑头高温环境下NOx的生成量，该方法快速改变水泥生产工艺，实现水泥烧成系统增产、节能减排功效。
为了实现上述目标，本发明新建离线分解炉预热器系统包括：三次风管、离线分解炉、分解炉燃烧器、预热器系统、高温风机等。
所述三次风管，需要在原篦冷机前端开孔取风引至离线分解炉底部。新预热器系统由高温风机单独引风。
物料由窑尾喂料系统经新建预热器系统预热升温后，送入离线分解炉的中部和下部，大部分物料送至离线分解炉下部，中部入料仅用于调节下部和中部炉温平衡；炉内已分解物料随风进入预热器系统后，经分离的物料送至旧系统窑尾烟室，从而进入回转窑进行熟料煅烧。原有预热器系统物料经过预热后，可将物料送至离线分解炉进行高温分解，再送入回转窑煅烧，从而实现新旧预热器共用离线分解炉的特点，保证入窑生料都是经过高温分解后，满足回转窑入窑分解率，降低窑内分解所用工作量。由此，原有回转窑转速在满足篦冷机冷却条件的前提下，可以大幅提高，达到提产增效、降耗减排的目的。
本发明的有益效果是：
1.一次性投资费用低：关于投资，是每个业主需要重点考虑也是项目是否能顺利开展的关键性因素。本发明的特点是尽可能节俭一次性投资，保留原有预热器系统，即节省了原系统拆除费用，只需要考虑建设和改造搭接费用，从而在一次性投资成本上大幅降低传统改造工程的费用，为业主节省了一次性投资。
2.改造停窑工期短：本发明如前所述，90％的工作是在不影响老线生产的情况下建设而成的，剩余10％的新老线搭接工作仅需在停窑检修期间快速搭接完毕，从而将传统改造项目8个月之久的改造周期缩短至2-3个月内停窑完成，节省了改造停窑工期。
3.提产增效：新老预热器系统合并，预热后的生料均进入离线分解炉，可保证入窑生料全部都是经过高温分解后的，生料分解率由原来不足10％大幅提升至90％以上，在降低回转窑内分解工作的同时，窑内所需热量也可以大幅降低，仅需满足熟料煅烧，将分解所需大量热量移至离线分解炉内，回转窑热负荷大幅降低，不但耐火材料的使用寿命会延长，由于熟料纯煅烧时间较短，可以允许回转窑转速由原2rpm提高至4rpm，也即回转窑的产量从理论上来讲可以成倍增长。
4.节能减排：在NOx减排方面，由于改变了煅烧工艺，明确了设备职能，原来的回转窑因承担煅烧和分解两项职能，需要足够的热量满足煅烧和分解两项热量需求；本发明将预热器窑快速转变为窑外预分解窑的成熟工艺，一方面降低了回转窑的热辐射，减少了热量损失，另一方面降低了热力性NOx的产生量，从源头上大幅降低了排放总量，从而达到降低系统NOx排放的目的。
附图说明
图1为本发明中对水泥预热器窑改造为窑外预分解窑节能减排改造后的工艺流程图。
图1中：原生产线设备有：篦冷机(01)；回转窑燃烧器(02)；回转窑(03)；窑尾烟室(04)；预热器系统(05)；旧高温风机(06)；本发明新增加的设备有：三次风管(07)；离线分解炉(08)；分解炉燃烧器(09)；五级预热器系统(10)；新高温风机(11)；常温气体分析仪(12)；三次风闸阀(13)；高温气体分析仪(14)。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细说明：
本发明提供了一种水泥旋风预热器窑改造为窑外预分解窑节能减排改造方法，如图1所示，旧系统包括篦冷机(01)；回转窑燃烧器(02)；回转窑(03)；窑尾烟室(04)；预热器系统(05)；旧高温风机(06)。新增加的设备为三次风管(07)；离线分解炉(08)；分解炉燃烧器(09)；五级预热器系统(10)；新高温风机(11)；常温气体分析仪(12)；三次风闸阀(13)；高温气体分析仪(14)。本发明所述的改造方法为：篦冷机(01)和回转窑(03)通过非标窑头罩法兰连接在一起，窑头罩作为熟料和热风通道；回转窑燃烧器(02)通过窑头罩上的燃烧器孔法兰连接，进入回转窑(03)窑口；窑尾烟室(04)作为回转窑(03)和预热器系统(05)的连接非标，焊接链接，接收预热器(05)和五级预热器系统(10)来料，也作为回转窑(03)进入预热器(05)的热风通道；高温风机(06)和预热器系统(05)通过大非标管道法兰连接，整个系统的用风和负压由高温风机(06)提供；三次风管(07)焊接连接篦冷机(01)和离线分解炉(08)，三次风管(07)焊接连接至篦冷机(01)前端，抽取高温三次风送至离线分解炉(08)底部；分解炉燃烧器(09)用套管固定在离线分解炉(08)底部，法兰连接，作为离线分解炉燃料入口；五级预热器系统(10)与离线分解炉(08)焊接连接，离线分解炉(08)的气体通过五级预热器系统(10)；改造后的系统用风和负压由新高温风机(11)控制；窑炉用风平衡，由法兰连接在三次风管(07)上的三次风闸阀(13)控制；配合法兰连接，安装于窑尾烟室(04)的高温气体分析仪(13)和法兰连接，安装于五级预热器系统(10)出口的常温气体分析仪(12)所测得的O2、CO、NOx含量来控制高温风机(11)频率和三次风闸阀(13)的开度。
其中01～06为原生产线设备，07～14为新建设备。在老线生产过程中完成五级五级预热器系统(10)、离线分解炉(08)和结构框架的制作、安装、砌筑工作；等停窑后，组织新老系统的搭接工作。该搭接工作包括如下几项：
1)风系统搭接：新制作安装的三次风管(07)需要与篦冷机(01)搭接，在篦冷机(01)前端开孔取风，作为三次风引至离线分解炉(08)底部；五级预热器系统(10)、离线分解炉(08)系统用风量的多少是靠分解炉燃烧器(09)出口的常温气体分析仪(12)显示的O2含量和CO含量来进行判断；同时对于窑尾烟室缩口，原系统中100％全部废气都要通过该缩口，而改造后，窑尾烟室缩口需要根据控制风速确定截面尺寸，从而平衡二三次风用量。三次风管(07)上设置电动闸阀(13)，用于控制三次风用量，三次风用量的控制依据为窑尾烟室(04)的高温气体分析仪(14)显示的O2含量、CO含量、NOx含量。调节三次风电动闸阀(13)至高温气体分析仪(14)O2含量控制在2-3％即可，经过反复测试，可固定电动闸阀(13)的开度。五级预热器系统(10)、离线的分解炉燃烧器(09)由新高温风机(10)单独引风，改造前的预热器系统(05)由旧高温风机(06)引风。
2)燃料系统搭接：原系统燃料全部进入窑头，改造后需要重新配置窑头窑尾燃料比例，按照窑头40％燃料计划，重新核算回转窑燃烧器(02)，将原100％燃料降低至40％燃料。新增的离线分解炉燃烧器(09)承担60％燃料。
3)物料系统搭接：来自窑尾喂料系统的生料送入五级预热器系统(10)，经过五级预热器系统(10)和离线分解炉(08)后，由老系统的窑尾烟室(04)送入回转窑(03)内。老预热器系统(05)的物料预热后送至离线分解炉(08)，经高温分解后的生料经由老系统的窑尾烟室(04)进入回转窑(03)。因90％的分解任务在离线分解炉(08)中完成，窑内热负荷大幅降低，在同样熟料煅烧时间的前提下，可以大幅提高回转窑转速，使得已分解进入回转窑的生料快速通过烧成带，避免熟料过烧。因此相应的改造回转窑(03)的传动系统，需要根据产量重新配置电机减速机，确保窑速可以满足修改后的产量，以满足熟料在窑内停留时间的要求；另外因窑速提升，窑产量提升后，需要改造篦冷机(01)的适应能力，确保改造后的熟料达到40t/m3冷却面积，以满足熟料极冷需求。
实施例：
某水泥厂烧成系统技术改造项目，回转窑规格φ5x75m，窑尾采用双系列4级预热器，无分解炉，熟料生产能力2000tpd；在国内，φ4.8x72m的回转窑，五级预热器带分解炉，标配熟料产量为5000tpd；该生产线为1970年的生产线，在当时湿法水泥工艺盛行的年代，2000tpd干法预热器已是走在世界前列的生产工艺；放在半个世纪后的今天做技术改造，随着水泥工业技术进步，预热器窑代表了一个时代，当今预分解窑作为主流，其单位产量，生产热耗、污染排放等经过40年的技术发展已完全成熟，但在短时间内完成技术改造，弥补市场空白是每一位业主需要考虑的首要问题，因此本发明中的旁置预热器应用于该项目，同时配置了生料磨系统、篦冷机系统、回转窑传动改造等综合改造，预热器旁置系统改造历时3个月完成，其余系统改造因为要拆除、新建等综合下来历经6个月完成整个技术改造任务，系统产量由2000tpd提升至合同要求的4500tpd，生产热耗由原来的820kcal/kg熟料，降至750kcal/kg熟料；NOx排放量由原来的1500mg/Nm3降低至700mg/Nm3，熟料单位废气量由原2.0Nm3/kg，将至1.6Nm3/kg。该项目从投资上降低了原有旧预热器系统的一次性拆迁费用，时间上仅预热器改造一项，由正产的8个月将至3个月完成，将传统预热器建设最长周期大幅降低，节省的时间用于完成关键线路的技术改造，从而为真个项目的工期缩短奠定了基础。

Claims (4)

1.一种水泥旋风预热器窑改造为窑外预分解窑的节能减排改造方法，其特征在于：在原有旋风预热器回转窑生产线基础上新建三次风管（07）、离线分解炉（08）、分解炉燃烧器（09）、五级预热器系统（10）、新高温风机（11）、常温气体分析仪（12）、三次风闸阀（13）、高温气体分析仪（14）；篦冷机（01）和回转窑（03）通过非标窑头罩法兰连接在一起，窑头罩作为熟料和热风通道；回转窑燃烧器（02）通过窑头罩上的燃烧器孔法兰连接，进入回转窑（03）窑口；窑尾烟室（04）作为回转窑（03）和预热器系统（05）的连接非标，焊接链接，接收预热器（05）和五级预热器系统（10）来料，也作为回转窑（03）进入预热器（05）的热风通道；高温风机（06）和预热器系统（05）通过大非标管道法兰连接，整个系统的用风和负压由高温风机（06）提供；三次风管（07）焊接连接篦冷机（01）和离线分解炉（08），三次风管（07）焊接连接至篦冷机（01）前端，抽取高温三次风送至离线分解炉（08）底部；分解炉燃烧器（09）用套管固定在离线分解炉（08）底部，法兰连接，作为离线分解炉燃料入口；五级预热器系统（10）与离线分解炉（08）焊接连接，离线分解炉（08）的气体通过五级预热器系统（10）；改造后的系统用风和负压由新高温风机（11）控制；窑炉用风平衡，由法兰连接在三次风管（07）上的三次风闸阀（13）控制；配合法兰连接，安装于窑尾烟室（04）的高温气体分析仪（13）和法兰连接，安装于五级预热器系统（10）出口的常温气体分析仪（12）所测得的O2、CO、NOx含量来控制高温风机（11）频率和三次风闸阀（13）的开度。
2.一种权利要求1所述的改造方法，其特征在于：风系统搭接为新制作安装的三次风管（07）需要与篦冷机（01）搭接，在篦冷机（01）前端开孔取风，作为三次风引至离线分解炉（08）底部；五级五级预热器系统（10）、离线分解炉（08）系统用风量的多少是靠分解炉燃烧器（09）出口的常温气体分析仪（12）显示的O2含量和CO含量来进行判断；同时对于窑尾烟室缩口，原系统中100%全部废气都要通过该缩口，窑尾烟室缩口需要根据控制风速确定截面尺；三次风管（07）上设置电动闸阀（13），用于控制三次风用量，三次风用量的控制依据为窑尾烟室（04）的高温气体分析仪（14）显示的O2含量、CO含量、NOx含量；调节三次风电动闸阀（13）至高温气体分析仪（14）O2含量控制在2-3%即可，可固定电动闸阀（13）的开度；五级预热器系统（10）、离线的分解炉燃烧器（09）由新高温风机（10）单独引风，改造前的预热器系统（05）由旧高温风机（06）引风。
3.一种权利要求1或2所述的改造方法，其特征在于：燃料系统搭接为原系统燃料全部进窑头，改造后需要重新配置窑头窑尾燃料比例，按照窑头40%燃料计划，重新核算回转窑燃烧器（02），将原100%燃料降低至40%燃料，新增的离线分解炉燃烧器（09）承担60%燃料。
4.一种权利要求1或2或3所述的改造方法，其特征在于：物料系统搭接为来自窑尾喂料系统的生料送入五级预热器系统（10），经过五级预热器系统（10）和离线分解炉（08）后，由老系统的窑尾烟室（04）送入回转窑（03）内；预热器系统（05）的物料预热后送至离线分解炉（08），经高温分解后的生料经由老系统的窑尾烟室（04）进入回转窑（03）；相应的改造回转窑（03）的传动系统，需要根据产量重新配置电机减速机，并改造篦冷机（01）的适应能力，确保改造后的熟料达到40t/m3冷却面积。
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