窯頭排風系統(tǒng)降阻改造實踐

近年來，隨著水泥窯燒成技術的持續(xù)進步，生產(chǎn)效率與產(chǎn)能提升，冷卻機頭排風機系統(tǒng)風速也相應提升，負荷增加，窯頭收塵器進出口壓差也相應增大，長期的高負荷運行，出現(xiàn)頭排風機葉輪輪轂開裂、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系統(tǒng)降阻改造措施，解決了生產(chǎn)困擾，同時取得了較好的經(jīng)濟效益。0、前言江西某水泥公司制造廠擁有兩條KHDΦ5.2m×61m、設計熟料產(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，設計過濾風速1.1m/min，兩條熟料生產(chǎn)線配有一套18MW的余熱發(fā)電機組。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)風量隨之增加，頭排風機風速也相應增加，接近全速，收塵器進出口壓差增大，功率陡增，電耗上升。過高的轉速導致頭排風機出現(xiàn)葉輪輪轂開裂，處理風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)運行中出現(xiàn)的問題，該廠經(jīng)過細致分析、研究與探討，最終確定了系統(tǒng)降阻改造方案。改造后，窯頭排風機運行功率下降近200kW，收塵袋使用壽命預計可延長2年，也避免了因風機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)濟效益。1、出現(xiàn)的問題1.1頭排風機葉輪輪轂開裂頭排風機夏季運行速度高達95%~100%，長期高速高負荷運行導致葉輪輪轂開裂（見圖1），裂紋長度達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，費用近110萬元。1.3余熱鍋爐出現(xiàn)破管現(xiàn)象由于風量增大，頭排風機運行速度高，導致鍋爐內(nèi)部風速高，鍋爐管群磨損嚴重，出現(xiàn)破管現(xiàn)象（見圖3），每年需檢修2~3次，為控制進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，頭排風機負荷高，限制了冷卻機風量，夏季熟料溫度較高，水泥粉磨需噴水降溫，粉磨P·O42.5標號及以上水泥，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，生產(chǎn)成本增加至少150萬元。2、運行情況及原因分析2.1窯頭排風系統(tǒng)工藝布置窯頭排風系統(tǒng)工藝布置如圖4所示，2019年4月13日5#線和6#線窯頭排風機的運行參數(shù)見表1，這兩條線頭排風機的設計過濾風速為0.76~1.1m/min，設計處理風量為400?000~665?000m3/h。圖4窯頭排風系統(tǒng)工藝布置表1改造前窯頭排風系統(tǒng)運行參數(shù)回轉窯增產(chǎn)后，熟料冷卻機頭排風機速度高達95%，收塵器過濾風速接近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，其阻力高會造成過濾風速高，收塵袋壽命短，系統(tǒng)風速加大。（2）AQC鍋爐阻力也是頭排系統(tǒng)阻力主要來源之一，其阻力高會造成通過的過濾風速高，系統(tǒng)風速加大，AQC鍋爐管群出現(xiàn)破管，造成窯非計劃性減產(chǎn)。（3）膨脹節(jié)變形會造成系統(tǒng)阻力增大，破損則會漏風，增加無效風量，造成窯頭排風機速度及功率上升。（4）風管變形、彎頭變形、接頭錯位等均會造成系統(tǒng)阻力增大。以上四種因素疊加，使得頭排風機速度進一步上升，風機負荷增大，造成風機葉輪輪轂開裂，需要停窯修復；同時也使得冷卻機零壓點前移，過多的熱風被窯頭拉走，從而造成上述問題，且還會造成系統(tǒng)二、三次風溫低，熱回收利用效率低。3、技改方案根據(jù)工藝流程分析，該廠技術團隊提出了兩套解決方案，對收塵器進行改造，擴大過濾面積。3.1方案一將原有收塵器擴大，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）新建外部風道（兩側對稱布置）及風道支撐結構。（3）對收塵器內(nèi)部重新分區(qū)，取消中間風道，將現(xiàn)有風道空間改成袋室。圖5收塵器模型示意本方案預計投資900萬元/套（無土建費用），停窯改造時間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，同時在現(xiàn)有收塵器外側新增一臺CDMC180-6收塵器（過濾面積4?340m2），以達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構，降低了整體漏風率，并聯(lián)收塵器工藝示意如圖6所示。本方案預計投資450萬元/套（含土建費用，需占地105m2，高度7.6m），過濾面積增加50%，停窯風管對接時間僅需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，遠超水泥廠能夠接受的正常停窯大修時間。圖6并聯(lián)收塵器工藝示意（3）方案二為并聯(lián)式收塵，當其中一臺收塵器故障時，可關停故障收塵器，減產(chǎn)燒成進行緊急處理，以避免停窯，減少生產(chǎn)損失。（4）并聯(lián)增加收塵器，原規(guī)劃設置擋板，以便合理分配風量，平衡系統(tǒng)壓差。經(jīng)過一年多的論證，進入并聯(lián)收塵器的風量會自動依據(jù)各自收塵面積進行分配，保持自平衡，達到壓損基本一致，不會造成進入新增收塵器的風量過大而導致破袋。即使不增設擋板，對收塵系統(tǒng)也幾乎無影響。綜上所述，方案二性價比更高、可行性更好、對生產(chǎn)影響更小。因此，最終采用了方案二。4、改造后運行效果整個技改工作于2022年9月完成，現(xiàn)場實景見圖7。改造前后運行數(shù)據(jù)對比見表2，在相近冷卻機風量下，窯頭排風機轉速下降約16.5%，風機功率下降約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改造前后運行參數(shù)對比降阻改造后，取得了如下經(jīng)濟效益：（1）頭排風機節(jié)電效益。5#、6#線頭排風機運行功率分別下降223kW、205kW，每年節(jié)電3?389?000kWh，節(jié)約電費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，過濾風速經(jīng)測試為0.8~0.9m/min，收塵袋使用壽命預估由1年延長至3年，每年可節(jié)省90萬元。（3）避免停窯檢修風機。改造后，風機速度降低，避免了以往每年非計劃性停窯檢修葉輪輪轂，以年度多產(chǎn)2萬t熟料計，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，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，年度增效總計約555萬元。5、結束語該廠窯頭排風系統(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)濟效益。改造后，頭排風機速度下降，延長了風機葉片及輪轂的使用壽命，