水泥熟料生產(chǎn)線煤粉制備系統(tǒng)改造
1.前言
我國大部分回轉(zhuǎn)窯采用煙煤作燃料，但我國的煙煤礦藏分布不均，北多南少，南方的煙煤比無煙煤價格高出許多。如果采取措施使用無煙煤做燃料，或者參加一定量的無煙煤，則可降低生產(chǎn)成本，提高企業(yè)經(jīng)濟效益。但與煙煤相比，無煙煤成礦地質(zhì)年代更加久遠，晶體更加完整，因而質(zhì)地更硬，易磨性差。同時，無煙煤揮發(fā)分低、著火溫度高、燃燒速度慢、燃燼率差。因此當采用無煙煤時，必須提高燃燒反應空氣溫度和降低燃煤粒徑。水泥廠采用煙煤作燃料時，出磨煤粉細度一般要求在10～12%左右，但采用無煙煤時，出磨煤粉細度一般要求不超過3%，當采用煙煤和無煙煤搭配時，出磨煤粉細度一般控制在5%左右。
2005年5月份，合肥水泥研究設計院對韶峰集團2000t/d水泥生產(chǎn)線煤粉制備系統(tǒng)進行了綜合改造，采用煙煤和無煙煤搭配使用，改造前后，節(jié)能和經(jīng)濟效益顯著。
2、原煤粉制備系統(tǒng)存在的問題
湖南韶峰水泥集團2000t/d水泥熟料生產(chǎn)線建于上世紀九十年代初，煤粉制備系統(tǒng)由于受當時技術條件的限制，仍為傳統(tǒng)配置，即由Φ2.9×4.7m風掃煤磨、Φ2.6m粗粉分離器和Φ2.5m旋風收塵器和雙風機組成的煤粉制備系統(tǒng)。由于粗粉分離器分離效率低，回粉細度一般不超過20%，系統(tǒng)采用二級收塵。
由于無煙煤的價格比煙煤低許多，企業(yè)為了降低生產(chǎn)成本，提高企業(yè)經(jīng)濟效益，決定摻加20～50%的無煙煤作燃料。系統(tǒng)改造前，韶峰公司也采用了一部分無煙煤作燃料（約33%），磨機產(chǎn)量只有13t/h左右，出磨煤粉細度控制在10%左右，不能滿足燒成系統(tǒng)的煤粉需要量。但企業(yè)改造前的煤粉制備系統(tǒng)只適用于煙煤的制備，不適用于無煙煤的生產(chǎn)制備，另外為了進一步提高無煙煤的摻加量，韶峰集團決定對煤磨系統(tǒng)進行改造。但該系統(tǒng)用于制備無煙煤時，粗粉分離器和旋風分離器的分離效率很低，很難滿足摻加50%無煙煤的生產(chǎn)要求，因此必須更換。另外，原有的電收塵器漏風嚴重，收塵效率難以滿足新環(huán)保標準的排放要求，因此也要改造或更換。
3、改造措施
3.1改造內(nèi)容
當采用煙煤和無煙煤搭配時，出磨煤粉細度一般控制在不超過5～6%。在摻加20～50%無煙煤作燃料后，回轉(zhuǎn)窯能正常煅燒、粉塵排放符合國家新標準的前提下，為了盡量降低投資、縮短施工周期，將生產(chǎn)損失降低到最低程度。因此本次改造只對磨機、選粉系統(tǒng)、收塵系統(tǒng)及控制系統(tǒng)進行改造，原煤破碎和儲存系統(tǒng)、窯頭喂煤系統(tǒng)不做改造。
工藝改造方案：廢除原有的粗粉分離器、旋風分離器、循環(huán)風機和循環(huán)管道，增加新型的渦流式高效煤粉選粉機，采用高濃度防爆型氣箱脈沖煤磨袋收塵器取代原來的電收塵器（由于收塵器本身投資不大，為了縮短施工周期，減少停產(chǎn)損失，廢除原有的電收塵器，直接新增一臺袋收塵器），新增一臺高壓風機。同時對磨內(nèi)進行改造，采用新型襯板，調(diào)整研磨體級配，以提高粉磨效率，降低出磨煤粉細度。
電氣及自動化改造方案：改造后的裝機容量增加55KW，原供電線路可以滿足改造后的要求；新增的煤粉排風機采用軟起動方式，其他新增電機采用全壓起動方式；煤磨選粉機的調(diào)速采用全數(shù)字式交流變頻器起動與調(diào)速；保留的原有設備還繼續(xù)由原控制回路控制，新增兩臺控制柜,信號引至原控制回路，相應增加硬件和修改操作程序；新增供配電線路的敷設采用電纜溝與電纜橋架、穿管相接合。
3.2改造后的工藝流程
改造后的工藝流程為：原煤進入Φ2.9×4.7m風掃煤磨內(nèi)進行烘干兼粉磨，煤粉和氣流一起進入CMS39渦流選粉機內(nèi)進行分選，粗粉重新回到磨內(nèi)進行粉磨，細粉隨氣流進入高濃度防爆型氣箱脈沖煤磨袋收塵器內(nèi)進行氣料分離，經(jīng)收塵器收集下的合格煤粉進入原有的煤粉倉內(nèi)儲存，凈化后的氣體由排風機排入大氣。
3.3 新增主要設備說明
3.3.1磨內(nèi)改造
普通風掃煤磨內(nèi)裝波形襯板，采用30～70mm的鋼球作為研磨體。全部襯板的截面結(jié)構尺寸都相同，磨內(nèi)鋼球經(jīng)常出現(xiàn)反向分級，不符合粉磨規(guī)律的要求。用普通風掃煤磨磨制細度要求高（0.08mm方孔篩篩余小于5%）的無煙煤和劣質(zhì)煤時，矛盾更加突出，一方面，由于細度要求高，應該采用較小的研磨體，才能產(chǎn)生更多的細粉；另一方面，無煙煤和劣質(zhì)煤里的煤矸石較多，應該采用較大的研磨體，才能滿足破碎能力的要求。由于上述原因，其產(chǎn)量將大幅度下降，電耗上升，細度不易穩(wěn)定。
磨內(nèi)改造的目的就是解決上述矛盾，提高粉磨效率。其要點是采用新型襯板和合理的研磨體級配。
新型襯板：是一種分級襯板。用于水泥磨的分級襯板不適用于煤磨，因為它有明顯的死角，可引起煤粉積聚而導致自燃和爆炸，此外它還使磨機的有效容積顯著減少。新型襯板的主要特征為不產(chǎn)生死角，不降低磨機有效容積。在磨機的橫截面沿周長方向，襯板形狀仍呈波形，而在沿磨機的軸線方向，襯板的提升能力由進料端向出料端逐漸變小。生產(chǎn)實踐證明，這種襯板使研磨體沿筒體軸向?qū)崿F(xiàn)了正向分級，同時還使平均球徑降低成為可能，從而提高細磨能力，本次改造更換新的端蓋襯板和筒體襯板約22噸。
合理的研磨體級配：由于襯板的分級作用，平均球徑可以降低，可以大量采用小球提高細磨能力。結(jié)合我院多年從事煤粉粉磨的經(jīng)驗，設計出合理的研磨體級配方案，使磨機本身能產(chǎn)生更多的細粉，配合高效選粉機，提高整個系統(tǒng)的效率。
3.3.2 CMS選粉機
自從國內(nèi)第一條在窯外分解線上成功地采用全無煙煤煅燒水泥熟料后，國內(nèi)回轉(zhuǎn)窯水泥廠為降低熟料煅燒成本，掀起了采用當?shù)亓畠r的無煙煤或貧煤代替價格昂貴的煙煤的熱潮。另一方面，如果提供給分解爐的煤粉足夠的細的話，可以確保煤粉在分解爐內(nèi)完全燃燒或可適當提高分解爐用煤的比例，從而可進一步提高分解爐窯的熟料產(chǎn)質(zhì)量。我院研究和設計的CMS煤磨選粉機充分結(jié)合了國內(nèi)關于風掃煤磨方面的經(jīng)驗和教訓，可有效降低和控制煤粉細度并能提高風掃磨系統(tǒng)產(chǎn)量，CMS煤磨選粉機的結(jié)構及其工藝系統(tǒng)與從國外引進的和其它國產(chǎn)的煤粉用選粉機相比具有獨到之處。
帶CMS煤磨選粉機的新型風掃煤磨有如下幾個特點：
1）系統(tǒng)產(chǎn)量高
帶CMS煤磨選粉機的新型風掃煤磨系統(tǒng)的產(chǎn)量可比帶粗粉分離器的老式風掃煤磨系統(tǒng)提高30%以上，比帶國產(chǎn)其它牌號的煤粉動態(tài)選粉機的新型風掃煤磨系統(tǒng)的產(chǎn)量提高10%左右。
2）CMS煤磨選粉機分級效率高。
3）可以有效地降低和控制煤粉細度。在系統(tǒng)用風量固定在某一合理范圍以后，只要調(diào)整選粉機葉輪的轉(zhuǎn)速，就可以有效地控制煤粉細度。煤粉顆粒級配合理，有利于煤粉著火和完全燃燒。
4）系統(tǒng)配備了性能良好的防爆型高濃度氣箱脈沖袋收塵器并采用全負壓操作，可以做到清潔文明生產(chǎn)和達標排放。
5）系統(tǒng)通風良好，料路暢通并設置了足夠數(shù)量和面積的防爆閥，可確保安全生產(chǎn)。
6）CMS煤磨選粉機采用了新型耐磨材料，使用壽命長，維修工作量小。
7）CMS煤磨選粉機體積小、處理量大、運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，動載荷小，新廠和老廠都可以采用。
3.3.3 高濃度氣箱脈沖煤磨袋收塵器
1）本體結(jié)構的特殊設計
為防止內(nèi)部構件煤粉的積灰。所有粱、分離板等均設置了防塵板，而防塵板的角度均為70°以上，灰斗的溜角大于70°，同時為防止兩斗壁間夾角（谷角）太小而積灰，兩相鄰側(cè)板焊上溜料板，加大谷角,消除煤粉的沉積，另外考慮到由于操作不正常和煤粉濕度大時出現(xiàn)灰斗結(jié)露堵塞，在對收塵器殼體進行保溫的同時也要對收塵器灰斗進行保溫。
2）采用防靜電濾料
在袋收塵器內(nèi)部，由于約650g/m3以上的高濃度煤粉隨空氣流動，粉塵與濾布的沖擊摩擦等都能產(chǎn)生靜電。靜電的積黑會產(chǎn)生火花從而引起燃燒。對于高濃度脈沖清灰，濾袋更需要抗靜電，同時收塵器殼體要接地，接地電阻小于4Ω。
3）采用防爆安全閥
在爆前安全閥可自動打開并進行壓力釋放，釋放壓力的大小可以調(diào)節(jié)，壓力釋放后可以自動恢復原狀，保持原來密封效果。
4）采用高能清灰系統(tǒng)
高濃度煤粉在收塵、輸送過程中由于積塵速度快很容易造成堆積，從而形成事故的隱患。采用一級收塵時，由于氣體含塵濃度大，大量煤塵積附在濾袋的表面，為了減少粉塵在濾袋上的停留時間，要求縮短清灰時間，加大清灰強度，高壓脈沖清灰可在極短的時間內(nèi)用高壓氣體（5～7kg/cm2）對收塵器進行噴吹清灰，同時，脈沖閥動作時產(chǎn)生的聲波還可以使濾袋產(chǎn)生微振動，起到了助清灰作用，為了加大清灰強度，采用進口脈沖閥，這種脈沖閥的耗氣量大，脈沖寬度為0.15秒，當閥進口氣體壓力為7kg/cm2時，閥門一次噴出來的氣量可達0.8m3，為了提高清灰效果，在每個袋室內(nèi)，脈沖閥多方位交替噴吹，且一個周期的清灰動作可在很短的時間內(nèi)完成，清灰動作之快，是其它清灰方式無法比擬的。另外，脈沖清灰與以往的反吹清灰相比，吹入的空氣量大大減少，降低了收塵器內(nèi)部氧的含量，因此，高壓脈沖清灰方式可以迅速地清除附著在濾袋上的粉塵，避免濾袋表面粉塵的聚積，是適合高濃度煤粉一級收塵的理想清灰方式。
5）加強設備的密封,減少漏風
由于收塵系統(tǒng)是負壓操作，設備的密封性能直接影響系統(tǒng)內(nèi)部的含氧量，含氧量過高對爆炸粉塵來說是事故的隱患，安裝制作過程中要求設備漏風率控制在<5%。
6）安全檢測及報警
完善的安全監(jiān)測與報警系統(tǒng)是收塵器安全、可靠運行的保證，它可將事故的隱患消除在萌芽狀態(tài)中。我們知道煤粉的自然和外來火源是引起收塵器爆炸的主要原因，所以安全監(jiān)測與報警主要從這兩個方面加以考慮,具體措施有：
?、懦瑴貓缶到y(tǒng)
當收塵器的進口溫度超過一定值時中央控制室發(fā)出報警信號，意味著系統(tǒng)超溫,需采取措施進行滅火降溫。
⑵安裝CO2或氮氣消防滅火系統(tǒng)
當收塵器內(nèi)部溫度過高，或其中的CO濃度超過300ppm時便自動啟動消防滅火系統(tǒng)，以便降低收塵器內(nèi)部溫度保護濾袋，如果是由于煤粉自燃使收塵室內(nèi)溫度提高同時亦伴隨著CO濃度的提高，出現(xiàn)CO濃度超標報警，則噴入收塵室內(nèi)的CO2或N2應具有阻燃和降低CO濃度的效果，以免發(fā)生爆炸。
7）采用PLC自動控制系統(tǒng)
收塵器的清灰、卸灰、溫度檢測及報警采用PLC自動控制系統(tǒng)。系統(tǒng)靈活、準確可靠，脈沖閥的清灰周期可以任意調(diào)節(jié)?？刂葡涮峁┤齻€無源接點，分別為備妥信號、綜合故障信號和正常運行信號。
4、改造周期
本次改造從2005年5月8號正式開始，由于韶峰廠準備充分，調(diào)配合理，此次改造配合窯內(nèi)更換耐火磚同時進行，于2005年5月18號開始投料，20號即達標達產(chǎn)，總周期只用了12天。
5、改造效果
改造后的煤磨系統(tǒng)，工藝流程簡化，新增功率約為55KW。
1）、改造前后的參數(shù)對比
2)技術經(jīng)濟分析
韶峰公司所用的煙煤主要來源于河南平頂山，到廠平均價為405元，無煙煤為地產(chǎn)，到廠價為255元。改造前實物煤耗為161kg/t-熟料。由于燒成系統(tǒng)沒有改造，因此假定改造前后實物煤耗沒有變化，重新搭配后的綜合低位應用熱值不變。
?。?）節(jié)約燃煤成本
改造前入窯煤：煙煤：無煙煤=67：33
改造后入窯煤：煙煤：無煙煤=50：50。
則每噸熟料節(jié)約：
[(405×67%+255×33%)-(405×50%+255×50%)]×161÷1000=4.516元/t-熟料
根據(jù)設計規(guī)模:2000t/d熟料，年運轉(zhuǎn)率82.2%，即年運轉(zhuǎn)300天，則年生產(chǎn)熟料60萬噸，則年節(jié)約燃煤成本為：60×4.516=270.96萬元。
?。?）由于裝機功率增加而增加的電耗
改造后系統(tǒng)裝機增加55kW，且全部為低壓，回轉(zhuǎn)窯年運轉(zhuǎn)率約82.2%，煤磨系統(tǒng)運轉(zhuǎn)率較回轉(zhuǎn)窯低, 計算電耗時仍按按82.2%考慮。電價平均0.54元/kwh，則因為裝機增加而增加的年用電量為55×70%×7000×0.54=145530元=14.55萬元
(3) 直接經(jīng)濟效益
直接經(jīng)濟效益為節(jié)約燃煤成本與裝機功率增加而增加的電耗之差，即270.96-14.55=256.41萬元，這里沒有考慮系統(tǒng)產(chǎn)量的增加而產(chǎn)生的效益，實際上，當無煙煤摻量進一步增加，或者熟料產(chǎn)量超過設計規(guī)模時，成本還可進一步降低，經(jīng)濟效益更加明顯。由此可見，改造后的經(jīng)濟效益是十分明顯的。
6、存在問題
當然，所有的改造都不可能盡善盡美，本次改造也存在如下問題：
1）由于利用了原有的出粗粉分離器的一部分和膨脹節(jié)，造成管徑稍微偏小，管道風速過大，因此此段磨損比較嚴重
2）由于庫存研磨體不足，造成研磨體未能加載到設計的裝載量，影響產(chǎn)量的進一步提高。
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