相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，2022年我國水泥產(chǎn)量21.3億t,，約占全球51%,，排放CO2約13.2億t，約占全國碳排放總量12%,?！丁笆奈濉痹牧瞎I(yè)發(fā)展規(guī)劃》要求加快水泥企業(yè)節(jié)能技改，水泥產(chǎn)品單位熟料能耗水平降低3.7%,，在雙碳背景下,，水泥工業(yè)降碳迫在眉睫，為此,，我國水泥工業(yè)將加快節(jié)能減排技術(shù)開發(fā)的步伐。目前水泥行業(yè)節(jié)能降碳技術(shù)主要包括低能耗燒成,、高效粉磨,、智能化,、燃料類及原料類替代等。據(jù)統(tǒng)計,，現(xiàn)有的水泥熟料燒成系統(tǒng)存在缺乏先進(jìn)可靠的技術(shù)裝備,，煤耗、電耗普遍偏高,，旋風(fēng)筒阻力大,，分解爐爐容小，冷卻機(jī)換熱效率低等問題,，開展技改工作時應(yīng)根據(jù)不同熟料生產(chǎn)線實(shí)際情況,，選用不同的節(jié)能降碳技術(shù)以達(dá)到最佳效果。本文以廣西某5?000 t/d水泥熟料生產(chǎn)線為例,，介紹我公司在綜合分析該生產(chǎn)線存在的問題后,，有針對性地采取綠色高效節(jié)能升級改造方案，并對技改前后關(guān)鍵生產(chǎn)參數(shù)進(jìn)行對比,，分析節(jié)能技改效果,，為其他水泥熟料生產(chǎn)線節(jié)能改造實(shí)踐提供技術(shù)參考。
廣西某水泥企業(yè)5?000 t/d熟料生產(chǎn)線采取雙系列5級預(yù)熱器,，技改前熟料實(shí)際產(chǎn)量5?800 t/d,，熟料燒成標(biāo)準(zhǔn)煤耗為104.43 kg/t，燒成電耗為18 kWh/t,，預(yù)熱器系統(tǒng)阻力為5?200 Pa,，C1出口溫度為340 ℃。企業(yè)為進(jìn)一步提高生產(chǎn)效率,，降低能耗,，需對現(xiàn)有生產(chǎn)線進(jìn)行技術(shù)改造，預(yù)期將熟料燒成標(biāo)準(zhǔn)煤耗降至102 kg/t,，燒成電耗降至17 kWh/t,，預(yù)熱器系統(tǒng)阻力降低至5?000 Pa以下，C1出口溫度有所降低,。根據(jù)企業(yè)的需求,，我公司技術(shù)團(tuán)隊對現(xiàn)有生產(chǎn)線工藝進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)以下問題：
（1）旋風(fēng)筒進(jìn)口面積偏小造成風(fēng)速過高,，增大系統(tǒng)阻力,。
（2）燒成系統(tǒng)偶有溫度不穩(wěn)定的情況，可能與生料喂料不均勻及煤粉燃燒不充分有關(guān),。
（3）原始設(shè)計受預(yù)熱器塔架載荷冗余量因素影響,，無法增加預(yù)熱器級數(shù)或者增加較大的荷載。
針對以上問題，我公司確定采用預(yù)熱器交叉換熱技術(shù)和旋風(fēng)筒,、撒料裝置,、分解爐、煙室及后窯口的結(jié)構(gòu)改造相結(jié)合的技術(shù)方案完成生產(chǎn)線技術(shù)改造,。
2.1 預(yù)熱器交叉換熱技術(shù)
預(yù)熱器交叉換熱技術(shù)原理是在雙系列旋風(fēng)預(yù)熱器中,，并行氣流與串行料流相結(jié)合，使五級旋風(fēng)筒出來的氣體均等地通過平行雙系列預(yù)熱器,，全部物料從一個系列到另一個系列交替喂入,，串行料流交叉進(jìn)入2兩股平行氣流中，使100％的物料與50％的氣流交換熱量,，旋風(fēng)預(yù)熱器內(nèi)的固氣比可以提高到2.0左右或更高,，從而提高了系統(tǒng)的熱效率，有效地降低系統(tǒng)廢氣的溫度,。預(yù)熱器交叉換熱通?？煞譃榫植拷徊妗⑷拷徊鎿Q熱,，結(jié)合該線的實(shí)際情況,，在不增加預(yù)熱器級數(shù)和較大的荷載前提下，采用局部物料交叉換熱技術(shù)實(shí)現(xiàn)換熱效率的提升（見圖1和圖2）,，降低C1出口溫度,，從而降低出預(yù)熱器熱損。
2.2 旋風(fēng)筒改造
本項目改造前預(yù)熱器規(guī)格如表1所示,。
采取增大旋風(fēng)筒進(jìn)口面積,、合理設(shè)計蝸殼結(jié)構(gòu)形式等措施，來提高旋風(fēng)筒的分離效率,，降低切向風(fēng)速,，減小系統(tǒng)阻力。具體改造措施如下：
（1）C1旋風(fēng)筒的A列和B列各向外側(cè)偏轉(zhuǎn)1.56°,，同時將其整體抬高600 mm,。這項措施可以改善物料在旋風(fēng)筒內(nèi)的運(yùn)動軌跡和分布狀態(tài)，從而提高旋風(fēng)筒的分離效率,。
圖1 預(yù)熱器局部交叉換熱流程
圖2 改造后水泥生料走向
表1 改造前預(yù)熱器規(guī)格
（2）更換C1旋風(fēng)筒的蝸殼結(jié)構(gòu),，可以更好地引導(dǎo)氣流并減少渦流的產(chǎn)生，以提高氣體流速和旋風(fēng)筒的分離效率,。
（3）C1旋風(fēng)筒的進(jìn)口面積向外擴(kuò)展了300 mm,，并向下擴(kuò)展了800 mm，增加有效進(jìn)口面積,，降低風(fēng)速,，減小系統(tǒng)阻力,。
（4）C1旋風(fēng)筒內(nèi)筒的直徑由2?200 mm調(diào)整為2?300 mm，總高度調(diào)整至5?300 mm,，增加旋風(fēng)筒內(nèi)物料的停留時間,，提高煤粉的熱交換效率。
（5）C2~C5旋風(fēng)筒進(jìn)口面積增大,，進(jìn)口向外、向下擴(kuò)展,，內(nèi)筒插入深度進(jìn)行調(diào)整,，內(nèi)筒長度增加。蝸殼部分做相應(yīng)擴(kuò)大,，相應(yīng)調(diào)整連接進(jìn)口風(fēng)管,，進(jìn)一步提高筒內(nèi)的氣固分離效率。C2和C3旋風(fēng)筒改造示意見圖3,，C4和C5旋風(fēng)筒改造示意見圖4,。
2.3 撒料板改造
對各級撒料裝置進(jìn)行改造，加強(qiáng)分散效果,，同時可延長物料在風(fēng)管中的換熱時間,，提升換熱效果。具體改造措施如下：
圖3 C2和C3旋風(fēng)筒改造示意
圖4 C4和C5旋風(fēng)筒改造示意
（1）將撒料板的角度調(diào)整為5°,，同時捅料孔角度根據(jù)撒料板的角度進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整,。
（2）C1~C3撒料裝置進(jìn)行了內(nèi)部重新澆筑，調(diào)整了C2,、C3撒料裝置下沿距離,。
（3）新增清吹管，增強(qiáng)了撒料裝置的分散效果,。
2.4 分解爐擴(kuò)容改造
充分利用原有窯尾框架內(nèi)部的有效空間對分解爐擴(kuò)容,，增加分解爐的容積，具體改造措施如下：
（1）拆除5F與6F內(nèi)鵝頸管彎頭,，將上行鵝頸管由Φ7?000 mm擴(kuò)大到Φ7?800 mm（有效內(nèi)徑Φ7?400 mm）,，并將其升高至6F梁下后，直徑由Φ7?800 mm縮到Φ6?500 mm升到6F與7F之間,，然后接下行管道（Φ7?000 mm）,，管道接口調(diào)整成方形對接，分解爐的有效爐容增加約760 m3,。
（2）將分解爐錐體下移4?400 mm,，分解爐有效爐容增加約145 m3。
鵝頸管內(nèi)徑的擴(kuò)大增大了進(jìn)風(fēng)面積,，降低了截面風(fēng)速,，提高了煤粉的燃盡率,，從而減少了煤粉的消耗量和二氧化碳排放量。分解爐的擴(kuò)容增加了氣固換熱時間,，提高了生料的熱解率,。此外，技術(shù)改造除了可以節(jié)能降碳外,，還有助于減少氮氧化物和硫化物等有害氣體的排放,，減少環(huán)境污染。
2.5 后窯口和煙室改造
后窯口尺寸通過控制耐火材料厚度適當(dāng)擴(kuò)大,。煙室尺寸通過耐火材料厚度適當(dāng)調(diào)整,，煙室出口拱頂至斜坡尺寸擴(kuò)大。C5物料入窯方式由兩側(cè)進(jìn)料改為背面進(jìn)料,，相應(yīng)下料管及C5錐體做調(diào)整,，C5下料管徑由900 mm擴(kuò)大到950 mm，降低氣流阻力,。
2.6 其他改造措施
（1）將回轉(zhuǎn)窯的最大窯速提高到5 r/min,，優(yōu)化窯內(nèi)負(fù)荷率，同時降低碳排放,。
（2）使用新型高效率高溫風(fēng)機(jī),，降低電耗。
（3）篦冷機(jī)從第三代升級為第四代,。
（4）脫氮管及三次風(fēng)管改造,，從三次風(fēng)管入分解爐位置增加一個Φ2?400 mm脫氮管。
項目采用預(yù)熱器局部交叉換熱技術(shù),，同時對旋風(fēng)預(yù)熱器,、撒料板、分解爐,、高溫風(fēng)機(jī),、篦冷機(jī)等設(shè)施進(jìn)行升級改造，提高了設(shè)備的性能和效率,，優(yōu)化降阻技術(shù),，達(dá)到降低系統(tǒng)能耗目的，改造前后生產(chǎn)情況對比見表2,，改造前后中控畫面見圖5,。
此項改造在5?000 t/d以上熟料生產(chǎn)線有較好的經(jīng)濟(jì)效益，以該線為例,，技改投資約4?500萬元,，工期48 d，技改后產(chǎn)能增加700 t/d,，年節(jié)約用煤約6?000 t,，投資回收期約5年,。除經(jīng)濟(jì)效益外該項節(jié)能技術(shù)還具有良好的環(huán)境效益，有數(shù)據(jù)表明,，水泥熟料生產(chǎn)線每減少使用1 t標(biāo)煤可減少CO2排放量約2.75 t,，由此得出，該生產(chǎn)線技改后,，每噸水泥碳排放減少約7.4 kg,，每年可減少CO2排放量約1萬t，節(jié)能降碳效果明顯,，符合綠色低碳要求,。
現(xiàn)有的水泥熟料燒成系統(tǒng)存在煤耗、電耗普遍偏高,，旋風(fēng)筒阻力大，分解爐爐容小等問題,。本文介紹的技術(shù)可使燒成系統(tǒng)煤耗,、電耗顯著降低，提高換熱效率,，降低預(yù)熱器熱損耗,，節(jié)能降碳效果明顯。
圖5 技改前操作系統(tǒng)畫面
