礦粉磨利用篦冷機(jī)余熱為熱源的熱工分析及技改措施

我公司水泥粉磨系統(tǒng)采用的是“分別粉磨”的生產(chǎn)工藝，礦粉磨為成都建材設(shè)計院的CRM4622型立磨，由燃煤沸騰爐提供熱源，隨著環(huán)保要求的日趨嚴(yán)格，礦粉磨系統(tǒng)的排放濃度不能滿足國家標(biāo)準(zhǔn)GB4915—2013《水泥工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》的要求，沸騰爐被淘汰，礦粉磨熱源需重新選擇。我公司經(jīng)過熱工標(biāo)定計算，從窯頭AQC鍋爐進(jìn)口引高溫廢氣入礦粉磨，達(dá)到了節(jié)能減排、保護(hù)環(huán)境的目的。1、礦粉磨原生產(chǎn)工藝介紹礦粉磨用于粉磨礦渣、脫硫石膏與鋼渣按一定比例組成的混合料，系統(tǒng)用風(fēng)主要由熱風(fēng)爐熱風(fēng)和循環(huán)風(fēng)組成。熱風(fēng)爐熱風(fēng)為原煤燃燒后產(chǎn)生的高溫?zé)煔?，循環(huán)風(fēng)為礦粉收塵器出口的部分氣體。入磨后對物料進(jìn)行烘干，物料水分汽化后與入磨風(fēng)一起入收塵器，一部分氣體作為循環(huán)風(fēng)使用，其余氣體經(jīng)磨尾風(fēng)機(jī)，由煙囪排入大氣。2、礦粉磨系統(tǒng)及篦冷機(jī)余熱分布的熱工標(biāo)定為核實(shí)燒成系統(tǒng)篦冷機(jī)余熱分布和礦粉磨熱量消耗情況，我公司對礦粉磨及篦冷機(jī)余熱利用進(jìn)行熱工標(biāo)定。標(biāo)定的范圍為從礦粉磨熱風(fēng)爐至煙囪的氣體，出篦冷機(jī)空氣除去二次空氣、三次空氣外的其他空氣，在測定期間，窯及礦粉磨系統(tǒng)運(yùn)行基本平穩(wěn)，標(biāo)定結(jié)果具有代表性和可靠性。標(biāo)定及計算方法按照GB/T26282—2021《水泥回轉(zhuǎn)窯熱平衡測定方法》和GB/T26281—2021《水泥回轉(zhuǎn)窯熱平衡、熱效率、綜合能耗計算方法》的要求進(jìn)行。出篦冷機(jī)的熱風(fēng)除了提供二次風(fēng)和三次風(fēng)外，還用于煤磨和余熱發(fā)電系統(tǒng)的AQC鍋爐，剩余熱風(fēng)經(jīng)窯頭收塵器除塵后，再由煙囪排出。當(dāng)煤磨停機(jī)時，僅有AQC鍋爐抽取熱風(fēng)進(jìn)行余熱發(fā)電。為了掌握出篦冷機(jī)熱風(fēng)除用于二次風(fēng)、三次風(fēng)之外的余熱分布及利用情況，分別測量在煤磨正常運(yùn)行狀況下，余熱發(fā)電AQC鍋爐進(jìn)口空氣的溫度、流量及其顯熱，同時考慮在窯系統(tǒng)開機(jī)而礦粉磨停機(jī)的狀況下，除去AQC鍋爐利用余熱外，篦冷機(jī)排出空氣的余熱情況。2.1各測點(diǎn)氣體顯熱結(jié)果各測點(diǎn)氣體顯熱及相關(guān)熱量結(jié)果見表1。表1各測點(diǎn)氣體顯熱2.2礦粉磨運(yùn)行所需熱量分析原礦粉磨入磨風(fēng)由熱風(fēng)爐產(chǎn)生的高溫風(fēng)和磨機(jī)收塵器出口的低溫循環(huán)風(fēng)組成。在煤磨正常運(yùn)行情況下，礦粉磨對熱風(fēng)需求主要體現(xiàn)在以下幾方面。2.2.1礦粉磨正常運(yùn)行時所需熱量分析原熱風(fēng)爐的供風(fēng)是與循環(huán)風(fēng)一起進(jìn)入磨機(jī)，若利用余熱發(fā)電用風(fēng)代替熱風(fēng)爐作為磨機(jī)熱源，則余熱發(fā)電從篦冷機(jī)抽的熱量應(yīng)大于熱風(fēng)爐的熱量供給量?，F(xiàn)場測試是從AQC鍋爐抽取高溫空氣，將熱風(fēng)爐供熱量與余熱發(fā)電抽取空氣顯熱進(jìn)行對比。熱風(fēng)爐供熱量：Qrfl=33?274?678.46kJ/h；余熱發(fā)電抽取空氣顯熱：Qdk=84?375?125.58kJ/h。Qdk＞Qrfl，說明利用篦冷機(jī)余熱可以滿足礦粉磨正常運(yùn)行時的熱量需求。2.2.2礦粉磨重啟后所需熱量分析在礦粉磨長時間停機(jī)后重啟至穩(wěn)定運(yùn)行過程中，在缺少循環(huán)風(fēng)熱量的情況下，熱風(fēng)爐是唯一的熱源。當(dāng)然，隨著磨機(jī)喂料量的不斷增加，可利用的循環(huán)風(fēng)量、風(fēng)溫及其顯熱也在不斷增加。綜合考慮認(rèn)為，礦粉磨所需熱量應(yīng)為熱風(fēng)爐供熱量與循環(huán)風(fēng)顯熱之和，現(xiàn)場測試后得到進(jìn)入磨機(jī)的所有熱風(fēng)顯熱為：單位時間進(jìn)磨風(fēng)（南）顯熱：QR1=24?514?795.48kJ/h；單位時間進(jìn)磨風(fēng)（北）顯熱：QR2=27?257?979.40kJ/h；進(jìn)入磨機(jī)的所有熱風(fēng)顯熱：QR=QR1+QR2=51?772?774.88kJ/h；Qdk＞QR，說明利用篦冷機(jī)余熱可以滿足礦粉磨啟動至穩(wěn)定運(yùn)行狀況下的熱量需求。2.3磨機(jī)運(yùn)行所需風(fēng)量分析礦粉磨入磨熱風(fēng)不僅要完成物料烘干工作，還應(yīng)完成物料的選粉和輸送任務(wù)，為此，需要分析物料選粉和輸送的風(fēng)量需求。（1）熱風(fēng)爐運(yùn)行狀況下，礦粉磨入磨用風(fēng)為：進(jìn)磨風(fēng)管道（南）：工況風(fēng)量為160?284.97m3/h，標(biāo)況風(fēng)量為70?935.55m3/h，風(fēng)溫為263℃。進(jìn)磨風(fēng)管道（北）：工況風(fēng)量為159?530.89m3/h，標(biāo)況風(fēng)量為63?125.41m3/h，風(fēng)溫為327℃。進(jìn)入礦粉磨標(biāo)況風(fēng)量為134?060.96m3/h，平均溫度為295℃。（2）余熱發(fā)電系統(tǒng)抽取篦冷機(jī)熱風(fēng)情況下，礦粉磨入磨用風(fēng)為：AQC鍋爐進(jìn)風(fēng)管：工況風(fēng)量為411?666.84m3/h，標(biāo)況風(fēng)量為127?610.65m3/h，風(fēng)溫為493℃。對比可知，從余熱發(fā)電系統(tǒng)抽取的熱風(fēng)，風(fēng)溫可以滿足要求，只是風(fēng)量略顯不足，在運(yùn)行過程中，可利用磨機(jī)收塵器出口的低溫循環(huán)風(fēng)作為補(bǔ)充，既能調(diào)整風(fēng)溫，又能滿足風(fēng)量要求。2.4所需余熱發(fā)電熱風(fēng)與循環(huán)風(fēng)比例分析結(jié)合現(xiàn)場測試結(jié)果，分析抽取余熱發(fā)電熱風(fēng)進(jìn)入礦粉磨的風(fēng)溫和風(fēng)量情況。因入AQC鍋爐風(fēng)溫（493℃）較高，應(yīng)引入一定比例的循環(huán)風(fēng)來調(diào)節(jié)入磨風(fēng)溫，使入磨風(fēng)溫控制在280~290℃。根據(jù)收塵器出口氣體溫度為94℃計算，得出抽取余熱發(fā)電熱風(fēng)比例約為51%，其余為循環(huán)風(fēng)，則可以滿足入磨熱風(fēng)溫度要求。驗(yàn)證過程如下：抽取的余熱風(fēng)量為127?610.65×0.51=65?081.43（Nm3/h），循環(huán)風(fēng)量為134?060.96-65?081.43=68?979.53（Nm3/h），加權(quán)計算入磨熱風(fēng)溫度為（65?081.43×493+68?979.53×94）÷（65?081.43+68?979.53）=287.70（℃）。2.5熱工標(biāo)定結(jié)果經(jīng)過對礦粉磨系統(tǒng)及余熱發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行熱工標(biāo)定，結(jié)合測試數(shù)據(jù)及結(jié)果分析可知：（1）按現(xiàn)場測試氣體溫度計算，從AQC鍋爐進(jìn)口抽取51%的空氣可滿足入磨風(fēng)熱量需求，入磨風(fēng)溫達(dá)到287~290℃（氣體輸送過程中溫降忽略不計）。（2）從AQC鍋爐進(jìn)口抽取51%的空氣作為入磨風(fēng)，風(fēng)量明顯不足，需要和循環(huán)風(fēng)配合使用，在調(diào)節(jié)入磨風(fēng)溫的同時，增加物料選粉和輸送任務(wù)所需風(fēng)量。（3）采用干燥的篦冷機(jī)高溫空氣作為入磨風(fēng)，烘干快，效果好。而采用熱風(fēng)爐時，因風(fēng)量低，需加入大量的循環(huán)風(fēng)，循環(huán)風(fēng)中水分含量較高，不利于礦粉磨內(nèi)物料烘干。3、技改過程從窯頭AQC鍋爐出口接一根Φ2?700mm、長度21m的熱風(fēng)管道至礦粉磨進(jìn)口，在熱風(fēng)管道上設(shè)置Φ2?700mm蝶閥一個，用以調(diào)節(jié)礦粉磨進(jìn)口風(fēng)溫，設(shè)置兩個Φ2?700mm金屬膨脹節(jié)，熱風(fēng)管道內(nèi)部涂抹厚度5mm的耐磨陶瓷涂料，礦粉磨拆除沸騰爐及原煤輸送系統(tǒng)，其他設(shè)備正常保留使用。4、效益分析4.1降低原煤成本礦粉磨沸騰爐運(yùn)行時，煤耗為17.62kg/t礦粉，全年生產(chǎn)礦粉45萬t，按照原煤價格1?400元/t計算，每年礦粉磨原煤費(fèi)用為17.62×45×1?400/1?000=1?110（萬元）。4.2降低余熱發(fā)電量礦粉磨使用窯頭熱風(fēng)后，余熱發(fā)電量降低了20kWh/t熟料，因行業(yè)錯峰，2022年全年生產(chǎn)熟料90萬t，受礦粉磨影響的熟料產(chǎn)量為78.66萬t（考慮礦粉磨停機(jī)時間），按照電價0.5元/kWh計算，因余熱發(fā)電量降低而損失的費(fèi)用20×78.66×0.5=786.6（萬元）。4.3降低沸騰爐用電成本原沸騰爐風(fēng)機(jī)及喂煤系統(tǒng)每小時用電245kWh，噸礦粉風(fēng)機(jī)及喂煤系統(tǒng)電耗為2.45kWh/t，2022年全年生產(chǎn)45萬t礦粉，用電110.25萬kWh，按照電價0.5元/kWh計算，可節(jié)約電費(fèi)成本55萬元。礦粉磨技改后每年成本可降低：1?110+55-786.6=378.4（萬元）。5、生產(chǎn)中遇到的問題及解決措施5.1選粉機(jī)軸承溫度高原礦粉磨使用沸騰爐時，進(jìn)口溫度控制280℃，出口溫度為90~95℃，接入篦冷機(jī)熱風(fēng)后，因熱風(fēng)量較熱風(fēng)爐大，控制相同進(jìn)口溫度，出口溫度達(dá)103℃，造成選粉機(jī)軸承溫度高。解決措施：通過調(diào)整熱風(fēng)閥及循環(huán)風(fēng)閥，把進(jìn)口溫度降低至235℃，控制出口溫度為90~95℃。5.2礦粉磨振動大窯系統(tǒng)正常時，礦粉磨運(yùn)行穩(wěn)定，當(dāng)窯系統(tǒng)波動時，入礦粉磨溫度就會波動，引起磨機(jī)振動。解決措施：當(dāng)AQC鍋爐進(jìn)口溫度有