福建水泥股份有限公司3號窯技改生產調試

　　1  技改工程介紹
　　福建水泥股份有限公司3號窯(以下稱3號窯)技改工程是我院承擔可行性研究和工程設計的。該工程于1995年1月開始工程設計，同年9月份開始進行分解爐、三次風管、旋風筒、各種管道等非標設備的現(xiàn)場制造，并在不影響生產的條件下，進行分解爐框架、三次風管支柱及部分窯頭設備基礎等的土建施工和這些設備的安裝工作。在所有技改增加設備安裝就緒并做好一切準備工作的基礎上，于1995年11月1日停窯，于1996年1月中旬施工安裝完畢，1月18日點火烘窯，1月20日開始投料，進入生產調試階段。到3月24日，全系統(tǒng)順利通過連續(xù)運行72h的達標考核，熟料產量、熱耗及熟料標號均達到技改設計指標(設計指標:熟料產量:1320t/d;熱耗:3768kJ/kg熟料，熟料標號大于60MPa)。該項技改工程總投資約2600萬元，停窯施工安裝75d，技改后增加熟料產量約500t/d。考核結束后，3號窯轉入正常生產運行。目前，窯產量已達1350t/d以上，窯系統(tǒng)運轉率達90%以上，其中NSP狀態(tài)運轉率達75%以上，并正在穩(wěn)步提高。        

　　3號窯燒成系統(tǒng)原為懸浮預熱器窯(SP窯)，技改前產量為850t/d左右，熱耗約4396kJ/kg熟料。為滿足沿海地區(qū)市場對高標號水泥需求量的日益增加及進一步增強公司自身的科學技術水平和經濟實力，公司決定用預分解新技術對3號窯系統(tǒng)進行技術改造。本次技改增設了我院研究開發(fā)的Φ3.8m×18m微增型離線噴騰———管道式分解爐和三次風管系統(tǒng)一套，改造和更換了原有預熱器系統(tǒng)旋風筒、連接風管、下料管、閥門等所有設備，更換了新的LBT篦式冷卻機及煤粉計量、輸送和燃燒裝置，更換了新的增濕塔和窯尾主排風機，還改造了煤粉制備系統(tǒng)和冷卻機余風排放系統(tǒng)的除塵放風設備及窯頭罩、點火燃油系統(tǒng)、各處風管閥門等附屬設備或附屬系統(tǒng)等等。

　　2 技改后的生產調試操作  
　　經過技改后的3號窯，于1996年1月18日點火烘窯，20日投料，進入生產運行，到春節(jié)前的2月8日為止，作為一個運行周期。通過這一階段運行，一方面使系統(tǒng)進行磨合，另一方面從中暴露問題，尋求優(yōu)化整改措施。2月8日到2月11日，結合回轉窯定期檢修，對3號窯系統(tǒng)進行了優(yōu)化整改。從2月12日起，重新點火，以SP窯狀態(tài)進入春節(jié)期間正常生產，春節(jié)后從3月6～24日，進行生產優(yōu)化操作并完成了達標考核。整個調試達標過程，包含春節(jié)在內，僅用了67d。

　　2.1  第一周期生產操作及其分析
　　2.1.1　運行情況及存在問題
　　3號窯系統(tǒng)技改后，在生產調試第一周期內，我們以SP窯運行為主，分解爐僅短時投入試運行，摸索NSP運行性能。這一期間，生產操作主要參數(shù)(隨機抽樣)見表1。由表1可見，3號窯系統(tǒng)從總體來說，基本達到設計目標，工藝流程設計及計算正確，設備選型合理，主附機設備運行可靠穩(wěn)定。尤其是在這一時期內，SP窯運行情況良好，產量達到1000t/d，據(jù)公司1月份生產統(tǒng)計，從1月20日中班投料到1月31日，生產熟料達11326t。在整個第一周期(1月19日到2月8日)，從回轉窯連續(xù)轉動開始到停窯檢修，生產運行時間共488h，其中因各種原因導致的停窯時間總和23.13h，即窯系統(tǒng)正常運轉率達到95.26%。       

　　但是，通過這一階段的生產運行，3號窯系統(tǒng)還是暴露出一些問題和不足，主要是一些參數(shù)和操作情況并未達到優(yōu)化，特別是分解爐投運時問題比較突出，有些問題還會影響NSP窯系統(tǒng)的長期安全運行。

　　歸納這些問題主要是:
　　(1)C1出口溫度偏高(見表1)；

　　(2)窯尾上升煙道上的高溫調節(jié)閥調節(jié)范圍偏小，使窯、爐兩個系列風量匹配調節(jié)不夠理想，調節(jié)較難。

      (3)在NSP狀態(tài)運行時，系統(tǒng)用風量偏大，這一點在表1中明顯可見，從SP狀態(tài)變?yōu)镹SP狀態(tài)時，系統(tǒng)負壓增加1.63kPa，窯尾主排風機電流增加26.1A，排風機轉速增加400多轉。這將影響整個系統(tǒng)技術經濟指標和優(yōu)化操作。           　

                  表1   第一階段生產主要參數(shù)

　　(4)在NSP狀態(tài)運行時，C3筒時有下料不暢情況發(fā)生。分解爐也有塌料情況發(fā)生。

　　(5)窯中傳動大齒輪連接螺栓斷裂，引起NSP窯運行時窯中基礎發(fā)生振動。

　　(6)增濕塔噴槍頭在高溫下滴水，對高溫含塵氣體增濕降溫不夠，并導致收下的粉塵較濕，影響生產和電收塵器長期安全運行。

 　　(7)進廠原料成分波動很大，嚴重影響系統(tǒng)的操作和熟料質量。

　　(8)3號窯系統(tǒng)入窯生料、煤、熟料均缺乏較準確的計量，生產中多憑經驗控制，難以適應現(xiàn)代化的生產。

　　2.1.2  原因查找及分析
　　(1)從工藝技術、機電設備上分析，首先是因為整個系統(tǒng)是按1320t/d規(guī)模設計的，在SP窯生產時，產量僅為設計產量的65%～70%，系統(tǒng)內風量也降低20%～30%，故管道內風速較小，使喂入生料分散性能較差，預熱器系統(tǒng)換熱效果不夠好，導致物料預熱不理想，氣體降溫也差。也因為產量低，三級筒下分料閥管道內物料較少，當來料量波動時，容易引起料封性能不佳，產生下漏風，影響三級筒分離效率，形成三級筒有時下料不暢。其次，因為窯尾上升煙道上高溫調節(jié)閥門在1320t/d范圍生產時，其通風面積調節(jié)范圍偏小，使窯系統(tǒng)阻力較小，即使三次風管上調節(jié)閥門處于全開狀態(tài)，窯系統(tǒng)阻力仍然偏小。當分解爐投入運行時，窯、爐兩個系統(tǒng)風量平衡難調，若窯尾排風小了，反映在爐內風量不夠，入爐生料懸浮不充分，易產生沉落塌料。若排風過大，則反映在窯內通風量過大，使火焰向后拉，窯內高溫帶后移，窯皮長達30多米，窯頭溫度降低，難以正常煅燒。第三是C3筒下分料閥到分解爐的下料管布置上有欠缺，中間有一段彎管，容易產生物料聚積，引起下料不暢。第四是入窯生料成分大范圍波動，影響窯系統(tǒng)熱工制度的穩(wěn)定，從而影響預熱器系統(tǒng)的操作穩(wěn)定，也會引起堵料或爐內溫度波動，進而引起分解爐塌料，我們在操作中發(fā)現(xiàn)，當入窯生料的硅率小于一定值(相應熟料硅率小于2.2)時，三級筒下料管、分料閥等處易發(fā)生下料不暢或堵料現(xiàn)象，分解爐內溫度易上下波動，若處理不當，容易發(fā)生塌料情況。

　　(2)從操作上分析，由于該生產線是非標準型的生產線，是在原預熱器窯基礎上改造的，缺少可仿效的先例，也缺乏相應的操作借鑒經驗，在生產調試初期，對系統(tǒng)真正具備的生產能力和性能需要了解熟悉，特別是微增型分解爐系統(tǒng)中，燃料的分配、入窯物料分解率的控制、風煤料的平衡等，還需要進行實踐摸索。再加客觀上，該系統(tǒng)原有計量設施(未改造部分)與改造部分設施的銜接不夠完備，缺乏完備的計量能力和精度，必然給優(yōu)化操作帶來很大困難。

　　(3)一些其他因素如附屬設備的安裝問題，分料閥、翻板閥的漏風問題，吹掃系統(tǒng)的設置問題，測試儀器和控制儀表的校調問題，窯頭罩較小等等，也會影響系統(tǒng)的優(yōu)化操作。

　　2.2  優(yōu)化整改方案及其實施
　　我們根據(jù)現(xiàn)場情況，提出的優(yōu)化整改方案主要有:

　　(1)適當加長Cl～C2、C2～C3筒之間的連接風管上撒料箱內的撒料板長度，加強喂入物料在上升氣流中的分散程度，使系統(tǒng)換熱效果更好。

　　(2)適當加長Cl筒內筒的長度，提高Cl筒的分離效率，減少生料飛損。

　　(3)在窯尾上升煙道高溫調節(jié)閥閥體內增設風冷圓柱內芯，使該調節(jié)閥在NSP狀態(tài)下運行時，有較寬的調節(jié)范圍，能夠調節(jié)自如。

　　(4)適當縮小分解爐下縮口，進一步提高入爐風的噴騰速度，減少分解爐和系統(tǒng)的用風量，并減少或消除分解爐塌料的可能性。

　　(5)在C3筒下料管及分料閥上下處增設壓縮空氣吹掃裝置。

　　(6)用耐高溫(300～400℃)的膠帶處理增濕塔噴槍噴頭，使其在高溫狀態(tài)下不滴水，保持較好的霧化。

　　(7)更換回轉窯傳動大齒輪連接螺栓。

　　(8)對系統(tǒng)中所有測溫、測壓及其他測試儀器和所有控制儀表進行校調，以保證顯示的參數(shù)具有一定的準確性。

　　(9)加強進廠原料成分和配料、生料制備各過程的技術控制，保證入窯生料成分盡量在要求的范圍內波動，超標波動盡量少發(fā)生。

　　(10)對熟料計量、煤粉計量、喂煤計量進行標定，對生料入窯采用計量手段，生產中對煤、料進行量化控制。

　　除此之外，在定期檢修階段，要求對存在的附屬設備問題進行修理和技術處理，使整個系統(tǒng)處于更完善狀況。

　　在2月8～11日3號窯的定期檢修中，我們提出的前八項優(yōu)化整改方案得到了較好的實施，對第九項方案采取了許多控制措施，但第十項方案尚有待更好實施。

　　2.3  優(yōu)化整改后的生產操作
　　經過實行優(yōu)化整改，3號窯系統(tǒng)運行技術性能更趨完善合理，操作中風煤料能更好地達到平衡，主附機設備運行更加可靠。到3月24日，3號窯系統(tǒng)完成連續(xù)運行72h的達標考核。這段時間內，NSP系統(tǒng)生產操作參數(shù)(隨機取考核期及考核期前后共5d的代表性數(shù)據(jù))見表2。             

　　從表2數(shù)據(jù)及現(xiàn)場操作情況看，經優(yōu)化整改后的NSP窯系統(tǒng)各項生產參數(shù)比較理想，C1筒出口溫度能控制在合理范圍內，系統(tǒng)阻力反映在C1筒出口約5kPa左右，與技改前的SP窯系統(tǒng)相比，增產50%左右，而阻力沒有增加，Cl出口氧含量基本在6%～8%之間，系統(tǒng)用風量得到控制，基本處于較合理范圍內?；剞D窯轉速、窯尾主排風機能力等尚有增產的可能。特別要說明的是，由于該燒成系統(tǒng)的生料喂料部分僅對提升泵內部結構作了少量改造，沒有更換設備，在實際生產中，窯系統(tǒng)生產能力受到了喂料設備能力的限制。在整個NSP窯運行時，生料喂料系統(tǒng)始終處于滿負荷工作條件下，熟料產量決定于喂料設備的喂料能力。據(jù)考核期及考核期前后一段時間的生產計量統(tǒng)計，熟料產量約55～58t/h。我們認為，若將喂料系統(tǒng)中設備進行更換，使喂料系統(tǒng)喂料能力能充分滿足技改后燒成系統(tǒng)的生產需要，則3號窯系統(tǒng)生產能力還可進一步提高，各項技術經濟指標還有望進一步優(yōu)化。在此期間，3號窯燒成系統(tǒng)用煤熱值基本在20900～22600kJ/kg間波動，耗煤量約9t/h左右，按計算，技改后3號窯系統(tǒng)生產熱耗約3550kJ/kg熟料。

 表2  優(yōu)化整改后NSP窯系統(tǒng)主要生產操作參數(shù)

　　我們把技改前后3號窯系統(tǒng)主要生產參數(shù)列于表3，進行對比分析。

表3  技改前后3號窯系統(tǒng)主要生產參數(shù)對比

　　通過技改前后生產參數(shù)對比可知，技改后C1出口溫度略有升高，若提高生料喂入量，使熟料產量提高的話，可有望使其降低。C1出口負壓幾乎沒有變化，若考慮產量增加使整個系統(tǒng)物料輸送量增加的話，實際上系統(tǒng)阻力是降低的。增設分解爐后，由于入窯物料分解率提高一倍左右，使窯內熱負荷減輕，生產能力提高，窯產量提高約50%，熱耗降低約800kJ/kg熟料。其經濟效益十分可觀，從表中看出，技改后的各項生產參數(shù)更為優(yōu)化合理。

　　3  技改及生產操作經驗簡析
　　在這次技改中，我們根據(jù)3號窯現(xiàn)有工藝、設備條件，采用目前新的工藝技術和設備，改造老的生產線，取得了好的效果。我們認為，為了適應生產方法的改變，生產操作方法和習慣以及管理模式也應有相應的進步。從原料開采、生料配制到熟料燒成熱工制度及熟料冷卻，整個生產過程也應有所改變。福建水泥股份有限公司作為一個大型老企業(yè)，在管理及生產技術上有較高的水平，能在短時間內適應這種改變，較快掌握新的生產操作技術，對3號窯技改達標起了十分重要的作用。通過這一階段的生產操作，我們取得不少經驗，并提出一些建議。

　　(1)前階段實踐證明技改后的NSP窯窯內煅燒溫度較高，強化煅燒能力較強，因此可利用以前不能使用的含結晶硅砂土配料，生產高標號水泥。           

　　(2)3號窯系統(tǒng)的生產調試表明，對于NSP窯，要求采用高硅率、高鋁率、中飽和比的配料方案生產水泥較好。由于原料本身品質問題及該公司考慮1號、2號窯對原料的適應性問題，長期以來，該公司SP窯采用低硅率、高飽和比配料方案生產水泥。我們在技改后的操作中也對配料方案問題進行過嘗試。結果發(fā)現(xiàn)，若生料成分不合適，特別是SM值較低，則C3旋風筒容易發(fā)生下料不暢或堵塞情況，從生產記錄看，調試過程中C3筒堵得較多的時候，往往是SM值較低的時候。至于SM值對窯頭煅燒的影響，在我們生產調試階段，尚未明顯發(fā)現(xiàn)。從系統(tǒng)生產操作經驗及該公司具體情況看，我們認為采用中高硅率(SM>2.2)、中高飽和比(KH=0.91～0.92)、高鋁率的配料方案較好。既利于生產操作，熟料質量也好，系統(tǒng)煅燒穩(wěn)定。在生產中應嚴加控制入窯生料成分，另外，為了穩(wěn)定入窯生料成分，提高入窯生料合格率，針對公司粘土礦現(xiàn)狀，有必要對粘土質原料采取預均化措施。        

　　(3)在NSP窯生產操作中，要求穩(wěn)定喂入生料量和煤量，還要穩(wěn)定分解爐中分料量及窯、爐煤的比例，并據(jù)此調節(jié)好系統(tǒng)用風量，使系統(tǒng)各部分壓力和溫度相對穩(wěn)定。由于分解爐內空氣不僅起助燃作用，還起著懸浮輸送物料的作用。故這一部分風的多少及窯、爐兩個系列風的平衡對系統(tǒng)操作影響很大。操作上可根據(jù)Cl出口氧含量及窯、爐內煤粉燃燒情況調節(jié)三次風管與上升煙道上的兩處閥門，使系統(tǒng)總風量及兩個系列風量平衡均達到要求。另外，根據(jù)3號窯預熱器系統(tǒng)及窯本體的原有情況，確定技改后產量增加50%左右為宜。以后隨著操作水平的提高及系統(tǒng)性能的熟悉，尚有增加產量的可能。但在目前情況下，根據(jù)已定的增產目標，我們認為控制入窯生料表觀分解率不要太高比較適宜，片面提高入窯分解率會使窯、爐能力的平衡遭到破壞，影響系統(tǒng)的優(yōu)化操作，是不合適的。在操作上可通過調節(jié)分料閥門及改變分解爐內溫度來調整入窯生料的表觀分解率。         

　　(4)出C3筒的物料經分料閥，一部分進入分解爐，一部分進入窯尾上升煙道。該分料閥可在0～100%范圍內任意調節(jié)。正常生產時，可根據(jù)窯內煅燒情況確定向爐內的分料量，并根據(jù)爐內溫度相應調節(jié)喂煤及風量。當分解爐系統(tǒng)需停止工作時，可將物料全部分入上升煙道。在65%～70%產量狀況下以SP窯方式繼續(xù)生產，使回轉窯運轉率較高，但在此種情況下系統(tǒng)操作可能不是最優(yōu)狀況。調試操作還表明，該系統(tǒng)在SP窯狀態(tài)轉入NSP窯狀態(tài)時，操作十分簡單。只要先在分解爐內加煤燃燒、供風，達一定溫度時，交分料閥直接開到設定值，一步到位，進入NSP狀態(tài)運行，隨后根據(jù)爐內溫度微調煤量和風量即可。整個投爐過程僅需10～20min。

　　(5)操作中要根據(jù)情況合理掌握冷卻機料層厚度、冷卻風機用風量及冷卻機余風放風量等，保證入窯二次風溫和入爐三次風溫不致太低，又能有效對出窯熟料進行快速冷卻。燃燒器適當向外拉出，使窯內燒成帶適當前移。這些措施對穩(wěn)定窯況及保證熟料質量有很大作用。        

　　(6)對于目前存在的三次風管集灰斗排灰較多，C3筒有時下料不暢等問題，我們建議，一方面應繼續(xù)研究工藝、設備改進措施，一方面應從原料開采、生產制備、調節(jié)翻板閥配重、減少漏風等操作上摸索經驗，使整個系統(tǒng)更趨完善。              

　　(7)3號窯系統(tǒng)在技改中盡管采用了NSP生產技術，但在生產檢測和控制上，目前仍采用儀表控制和原來的計量設備，生產實踐表明，這些計量設備和儀表在生產中不能盡如人意，反映的數(shù)據(jù)和參數(shù)誤差較大，特別是生料、熟料、煤粉的計量和預熱器系統(tǒng)的溫度參數(shù)反映情況不夠真實，且難以調校，對優(yōu)化操作帶來困難。我們建議公司在下一步工作中要對此引起重視，采取必要措施，加強對生產的監(jiān)控和計量，進一步實現(xiàn)現(xiàn)代化生產。