窯頭排風(fēng)系統(tǒng)降阻改造實(shí)踐

近年來，隨著水泥窯燒成技術(shù)的持續(xù)進(jìn)步，生產(chǎn)效率與產(chǎn)能提升，冷卻機(jī)頭排風(fēng)機(jī)系統(tǒng)風(fēng)速也相應(yīng)提升，負(fù)荷增加，窯頭收塵器進(jìn)出口壓差也相應(yīng)增大，長期的高負(fù)荷運(yùn)行，出現(xiàn)頭排風(fēng)機(jī)葉輪輪轂開裂、收塵袋使用壽命短、余熱發(fā)電鍋爐管群破管頻繁等一系列問題。本文介紹了窯頭排風(fēng)系統(tǒng)降阻改造措施，解決了生產(chǎn)困擾，同時(shí)取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。0、前言江西某水泥公司制造廠擁有兩條KHDΦ5.2m×61m、設(shè)計(jì)熟料產(chǎn)能6?000t/d的短窯生產(chǎn)線，窯頭配置LPPW270-2×4收塵器，過濾面積8?685m2，設(shè)計(jì)過濾風(fēng)速1.1m/min，兩條熟料生產(chǎn)線配有一套18MW的余熱發(fā)電機(jī)組。經(jīng)該廠多年的系統(tǒng)優(yōu)化，生產(chǎn)效率與產(chǎn)能提升較大，系統(tǒng)風(fēng)量隨之增加，頭排風(fēng)機(jī)風(fēng)速也相應(yīng)增加，接近全速，收塵器進(jìn)出口壓差增大，功率陡增，電耗上升。過高的轉(zhuǎn)速導(dǎo)致頭排風(fēng)機(jī)出現(xiàn)葉輪輪轂開裂，處理風(fēng)量的增大使收塵器中收塵袋的使用壽命縮短，余熱發(fā)電鍋爐管群出現(xiàn)破管等現(xiàn)象。針對上述生產(chǎn)運(yùn)行中出現(xiàn)的問題，該廠經(jīng)過細(xì)致分析、研究與探討，最終確定了系統(tǒng)降阻改造方案。改造后，窯頭排風(fēng)機(jī)運(yùn)行功率下降近200kW，收塵袋使用壽命預(yù)計(jì)可延長2年，也避免了因風(fēng)機(jī)葉輪輪轂及鍋爐管群故障對生產(chǎn)的影響，熟料成本降低2.13元/t，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。1、出現(xiàn)的問題1.1頭排風(fēng)機(jī)葉輪輪轂開裂頭排風(fēng)機(jī)夏季運(yùn)行速度高達(dá)95%~100%，長期高速高負(fù)荷運(yùn)行導(dǎo)致葉輪輪轂開裂（見圖1），裂紋長度達(dá)500mm，每次檢修需要停窯2~3d，熟料產(chǎn)量減少2萬t，損失超過100萬元。1.2窯頭收塵器收塵袋壽命短收塵袋壓差高，易破袋（見圖2），需每年更換一次收塵袋，費(fèi)用近110萬元。1.3余熱鍋爐出現(xiàn)破管現(xiàn)象由于風(fēng)量增大，頭排風(fēng)機(jī)運(yùn)行速度高，導(dǎo)致鍋爐內(nèi)部風(fēng)速高，鍋爐管群磨損嚴(yán)重，出現(xiàn)破管現(xiàn)象（見圖3），每年需檢修2~3次，為控制進(jìn)入窯頭收塵器溫度不超過220℃，窯減產(chǎn)近40%，熟料產(chǎn)量減少約3萬t，損失超過150萬元。圖1葉輪輪轂裂紋圖2收塵袋破袋圖3鍋爐管群破管漏水1.4熟料溫度偏高收塵器壓差大，頭排風(fēng)機(jī)負(fù)荷高，限制了冷卻機(jī)風(fēng)量，夏季熟料溫度較高，水泥粉磨需噴水降溫，粉磨P·O42.5標(biāo)號及以上水泥，熟料配比需增加1%，水泥成本上升1.5~2元/t，以每年夏季生產(chǎn)100萬t水泥計(jì)，生產(chǎn)成本增加至少150萬元。2、運(yùn)行情況及原因分析2.1窯頭排風(fēng)系統(tǒng)工藝布置窯頭排風(fēng)系統(tǒng)工藝布置如圖4所示，2019年4月13日5#線和6#線窯頭排風(fēng)機(jī)的運(yùn)行參數(shù)見表1，這兩條線頭排風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì)過濾風(fēng)速為0.76~1.1m/min，設(shè)計(jì)處理風(fēng)量為400?000~665?000m3/h。圖4窯頭排風(fēng)系統(tǒng)工藝布置表1改造前窯頭排風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)回轉(zhuǎn)窯增產(chǎn)后，熟料冷卻機(jī)頭排風(fēng)機(jī)速度高達(dá)95%，收塵器過濾風(fēng)速接近1.1m/min。2.2原因分析（1）袋收塵器阻力是頭排系統(tǒng)阻力主要來源之一，其阻力高會(huì)造成過濾風(fēng)速高，收塵袋壽命短，系統(tǒng)風(fēng)速加大。（2）AQC鍋爐阻力也是頭排系統(tǒng)阻力主要來源之一，其阻力高會(huì)造成通過的過濾風(fēng)速高，系統(tǒng)風(fēng)速加大，AQC鍋爐管群出現(xiàn)破管，造成窯非計(jì)劃性減產(chǎn)。（3）膨脹節(jié)變形會(huì)造成系統(tǒng)阻力增大，破損則會(huì)漏風(fēng)，增加無效風(fēng)量，造成窯頭排風(fēng)機(jī)速度及功率上升。（4）風(fēng)管變形、彎頭變形、接頭錯(cuò)位等均會(huì)造成系統(tǒng)阻力增大。以上四種因素疊加，使得頭排風(fēng)機(jī)速度進(jìn)一步上升，風(fēng)機(jī)負(fù)荷增大，造成風(fēng)機(jī)葉輪輪轂開裂，需要停窯修復(fù)；同時(shí)也使得冷卻機(jī)零壓點(diǎn)前移，過多的熱風(fēng)被窯頭拉走，從而造成上述問題，且還會(huì)造成系統(tǒng)二、三次風(fēng)溫低，熱回收利用效率低。3、技改方案根據(jù)工藝流程分析，該廠技術(shù)團(tuán)隊(duì)提出了兩套解決方案，對收塵器進(jìn)行改造，擴(kuò)大過濾面積。3.1方案一將原有收塵器擴(kuò)大，模型示意見圖5，具體改造如下：（1）最大化利用現(xiàn)有收塵器殼體。（2）新建外部風(fēng)道（兩側(cè)對稱布置）及風(fēng)道支撐結(jié)構(gòu)。（3）對收塵器內(nèi)部重新分區(qū)，取消中間風(fēng)道，將現(xiàn)有風(fēng)道空間改成袋室。圖5收塵器模型示意本方案預(yù)計(jì)投資900萬元/套（無土建費(fèi)用），停窯改造時(shí)間60d，過濾面積增加50%。3.2方案二保留原有窯頭LPPW270-2×4收塵器，同時(shí)在現(xiàn)有收塵器外側(cè)新增一臺CDMC180-6收塵器（過濾面積4?340m2），以達(dá)到利用原有收塵器和新增收塵器共同處理窯頭廢氣的目的。另外，新增收塵器采用雙層檢修門結(jié)構(gòu)，降低了整體漏風(fēng)率，并聯(lián)收塵器工藝示意如圖6所示。本方案預(yù)計(jì)投資450萬元/套（含土建費(fèi)用，需占地105m2，高度7.6m），過濾面積增加50%，停窯風(fēng)管對接時(shí)間僅需24h。3.3方案比較方案二（并聯(lián)增加收塵面積）相比方案一（擴(kuò)大原有收塵面積）有以下優(yōu)勢：（1）相比方案一，可節(jié)省投資約50%。（2）方案二僅需對接時(shí)停窯施工1d，對生產(chǎn)影響很小。方案一需停窯改造60d，工期太長，對生產(chǎn)影響太大，遠(yuǎn)超水泥廠能夠接受的正常停窯大修時(shí)間。圖6并聯(lián)收塵器工藝示意（3）方案二為并聯(lián)式收塵，當(dāng)其中一臺收塵器故障時(shí)，可關(guān)停故障收塵器，減產(chǎn)燒成進(jìn)行緊急處理，以避免停窯，減少生產(chǎn)損失。（4）并聯(lián)增加收塵器，原規(guī)劃設(shè)置擋板，以便合理分配風(fēng)量，平衡系統(tǒng)壓差。經(jīng)過一年多的論證，進(jìn)入并聯(lián)收塵器的風(fēng)量會(huì)自動(dòng)依據(jù)各自收塵面積進(jìn)行分配，保持自平衡，達(dá)到壓損基本一致，不會(huì)造成進(jìn)入新增收塵器的風(fēng)量過大而導(dǎo)致破袋。即使不增設(shè)擋板，對收塵系統(tǒng)也幾乎無影響。綜上所述，方案二性價(jià)比更高、可行性更好、對生產(chǎn)影響更小。因此，最終采用了方案二。4、改造后運(yùn)行效果整個(gè)技改工作于2022年9月完成，現(xiàn)場實(shí)景見圖7。改造前后運(yùn)行數(shù)據(jù)對比見表2，在相近冷卻機(jī)風(fēng)量下，窯頭排風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速下降約16.5%，風(fēng)機(jī)功率下降約37.5%，收塵器壓差下降約42%。圖75#線和6#線并聯(lián)收塵器表2改造前后運(yùn)行參數(shù)對比降阻改造后，取得了如下經(jīng)濟(jì)效益：（1）頭排風(fēng)機(jī)節(jié)電效益。5#、6#線頭排風(fēng)機(jī)運(yùn)行功率分別下降223kW、205kW，每年節(jié)電3?389?000kWh，節(jié)約電費(fèi)210萬元。（2）延長收塵袋使用壽命。收塵器壓差由1.4kPa下降至0.8kPa，過濾風(fēng)速經(jīng)測試為0.8~0.9m/min，收塵袋使用壽命預(yù)估由1年延長至3年，每年可節(jié)省90萬元。（3）避免停窯檢修風(fēng)機(jī)。改造后，風(fēng)機(jī)速度降低，避免了以往每年非計(jì)劃性停窯檢修葉輪輪轂，以年度多產(chǎn)2萬t熟料計(jì)，增效100萬元。（4）避免減產(chǎn)檢修鍋爐。往年因鍋爐管群破管而減產(chǎn)檢修2~3次，改造后鍋爐管群至今未出現(xiàn)異常破管，以年度多產(chǎn)3萬t熟料計(jì)，增效150萬元。（5）減碳效益。年降低碳排放870t，產(chǎn)生效益5萬元。綜上，年度增效總計(jì)約555萬元。5、結(jié)束語該廠窯頭排風(fēng)系統(tǒng)降阻改造后，解決了一系列生產(chǎn)難題，還同步降低熟料成本2.13元/t，取得了較好效果和經(jīng)濟(jì)效益。改造后，頭排風(fēng)機(jī)速度下降，延長了風(fēng)機(jī)葉片及輪轂的使用壽命，