水泥熟料生产线煤粉制备系统改造
2010-12-20 00:00
1.前言
我国大部分回转窑采用烟煤作燃料，但我国的烟煤矿藏分布不均，北多南少，南方的烟煤比无烟煤价格高出许多。如果采取措施使用无烟煤做燃料，或者参加一定量的无烟煤，则可降低生产成本，提高企业经济效益。但与烟煤相比，无烟煤成矿地质年代更加久远，晶体更加完整，因而质地更硬，易磨性差。同时，无烟煤挥发分低、着火温度高、燃烧速度慢、燃烬率差。因此当采用无烟煤时，必须提高燃烧反应空气温度和降低燃煤粒径。水泥厂采用烟煤作燃料时，出磨煤粉细度一般要求在10～12%左右，但采用无烟煤时，出磨煤粉细度一般要求不超过3%，当采用烟煤和无烟煤搭配时，出磨煤粉细度一般控制在5%左右。
2005年5月份，合肥水泥研究设计院对韶峰集团2000t/d水泥生产线煤粉制备系统进行了综合改造，采用烟煤和无烟煤搭配使用，改造前后，节能和经济效益显著。
2、原煤粉制备系统存在的问题
湖南韶峰水泥集团2000t/d水泥熟料生产线建于上世纪九十年代初，煤粉制备系统由于受当时技术条件的限制，仍为传统配置，即由Φ2.9×4.7m风扫煤磨、Φ2.6m粗粉分离器和Φ2.5m旋风收尘器和双风机组成的煤粉制备系统。由于粗粉分离器分离效率低，回粉细度一般不超过20%，系统采用二级收尘。
由于无烟煤的价格比烟煤低许多，企业为了降低生产成本，提高企业经济效益，决定掺加20～50%的无烟煤作燃料。系统改造前，韶峰公司也采用了一部分无烟煤作燃料(约33%)，磨机产量只有13t/h左右，出磨煤粉细度控制在10%左右，不能满足烧成系统的煤粉需要量。但企业改造前的煤粉制备系统只适用于烟煤的制备，不适用于无烟煤的生产制备，另外为了进一步提高无烟煤的掺加量，韶峰集团决定对煤磨系统进行改造。但该系统用于制备无烟煤时，粗粉分离器和旋风分离器的分离效率很低，很难满足掺加50%无烟煤的生产要求，因此必须更换。另外，原有的电收尘器漏风严重，收尘效率难以满足新环保标准的排放要求，因此也要改造或更换。
3、改造措施
3.1 改造内容
当采用烟煤和无烟煤搭配时，出磨煤粉细度一般控制在不超过5～6%。在掺加20～50%无烟煤作燃料后，回转窑能正常煅烧、粉尘排放符合国家新标准的前提下，为了尽量降低投资、缩短施工周期，将生产损失降低到最低程度。因此本次改造只对磨机、选粉系统、收尘系统及控制系统进行改造，原煤破碎和储存系统、窑头喂煤系统不做改造。
工艺改造方案：废除原有的粗粉分离器、旋风分离器、循环风机和循环管道，增加新型的涡流式高效煤粉选粉机，采用高浓度防爆型气箱脉冲煤磨袋收尘器取代原来的电收尘器 (由于收尘器本身投资不大，为了缩短施工周期，减少停产损失，废除原有的电收尘器，直接新增一台袋收尘器)，新增一台高压风机。同时对磨内进行改造，采用新型衬板，调整研磨体级配，以提高粉磨效率，降低出磨煤粉细度。
电气及自动化改造方案：改造后的装机容量增加55KW，原供电线路可以满足改造后的要求;新增的煤粉排风机采用软起动方式，其他新增电机采用全压起动方式; 煤磨选粉机的调速采用全数字式交流变频器起动与调速; 保留的原有设备还继续由原控制回路控制，新增两台控制柜, 信号引至原控制回路，相应增加硬件和修改操作程序;新增供配电线路的敷设采用电缆沟与电缆桥架、穿管相接合。
3.2 改造后的工艺流程
改造后的工艺流程为：原煤进入Φ2.9×4.7m风扫煤磨内进行烘干兼粉磨，煤粉和气流一起进入CMS39涡流选粉机内进行分选，粗粉重新回到磨内进行粉磨，细粉随气流进入高浓度防爆型气箱脉冲煤磨袋收尘器内进行气料分离，经收尘器收集下的合格煤粉进入原有的煤粉仓内储存，净化后的气体由排风机排入大气。
3.3 新增主要设备说明
3.3.1 磨内改造
普通风扫煤磨内装波形衬板，采用30～70mm的钢球作为研磨体。全部衬板的截面结构尺寸都相同，磨内钢球经常出现反向分级，不符合粉磨规律的要求。用普通风扫煤磨磨制细度要求高(0.08mm方孔筛筛余小于5%)的无烟煤和劣质煤时，矛盾更加突出，一方面，由于细度要求高，应该采用较小的研磨体，才能产生更多的细粉; 另一方面，无烟煤和劣质煤里的煤矸石较多，应该采用较大的研磨体，才能满足破碎能力的要求。由于上述原因，其产量将大幅度下降，电耗上升，细度不易稳定。
磨内改造的目的就是解决上述矛盾，提高粉磨效率。其要点是采用新型衬板和合理的研磨体级配。
新型衬板：是一种分级衬板。用于水泥磨的分级衬板不适用于煤磨，因为它有明显的死角，可引起煤粉积聚而导致自燃和爆炸，此外它还使磨机的有效容积显著减少。新型衬板的主要特征为不产生死角，不降低磨机有效容积。在磨机的横截面沿周长方向，衬板形状仍呈波形，而在沿磨机的轴线方向，衬板的提升能力由进料端向出料端逐渐变小。生产实践证明，这种衬板使研磨体沿筒体轴向实现了正向分级，同时还使平均球径降低成为可能，从而提高细磨能力，本次改造更换新的端盖衬板和筒体衬板约22吨。
合理的研磨体级配：由于衬板的分级作用，平均球径可以降低，可以大量采用小球提高细磨能力。结合我院多年从事煤粉粉磨的经验，设计出合理的研磨体级配方案，使磨机本身能产生更多的细粉，配合高效选粉机，提高整个系统的效率。
3.3.2 CMS选粉机
自从国内第一条在窑外分解线上成功地采用全无烟煤煅烧水泥熟料后，国内回转窑水泥厂为降低熟料煅烧成本，掀起了采用当地廉价的无烟煤或贫煤代替价格昂贵的烟煤的热潮。另一方面，如果提供给分解炉的煤粉足够的细的话，可以确保煤粉在分解炉内完全燃烧或可适当提高分解炉用煤的比例，从而可进一步提高分解炉窑的熟料产质量。我院研究和设计的CMS煤磨选粉机充分结合了国内关于风扫煤磨方面的经验和教训，可有效降低和控制煤粉细度并能提高风扫磨系统产量，CMS煤磨选粉机的结构及其工艺系统与从国外引进的和其它国产的煤粉用选粉机相比具有独到之处。
带CMS煤磨选粉机的新型风扫煤磨有如下几个特点：
1)系统产量高
带CMS煤磨选粉机的新型风扫煤磨系统的产量可比带粗粉分离器的老式风扫煤磨系统提高30%以上，比带国产其它牌号的煤粉动态选粉机的新型风扫煤磨系统的产量提高10%左右。
2)CMS煤磨选粉机分级效率高。
3)可以有效地降低和控制煤粉细度。在系统用风量固定在某一合理范围以后，只要调整选粉机叶轮的转速，就可以有效地控制煤粉细度。煤粉颗粒级配合理，有利于煤粉着火和完全燃烧。
4)系统配备了性能良好的防爆型高浓度气箱脉冲袋收尘器并采用全负压操作，可以做到清洁文明生产和达标排放。
5)系统通风良好，料路畅通并设置了足够数量和面积的防爆阀，可确保安全生产。
6)CMS煤磨选粉机采用了新型耐磨材料，使用寿命长，维修工作量小。
7)CMS煤磨选粉机体积小、处理量大、运转平稳，动载荷小，新厂和老厂都可以采用。
3.3.3 高浓度气箱脉冲煤磨袋收尘器
1)本体结构的特殊设计
为防止内部构件煤粉的积灰。所有粱、分离板等均设置了防尘板，而防尘板的角度均为70°以上，灰斗的溜角大于70°，同时为防止两斗壁间夹角(谷角)太小而积灰，两相邻侧板焊上溜料板，加大谷角,消除煤粉的沉积，另外考虑到由于操作不正常和煤粉湿度大时出现灰斗结露堵塞，在对收尘器壳体进行保温的同时也要对收尘器灰斗进行保温。
2)采用防静电滤料
在袋收尘器内部，由于约650g/m3以上的高浓度煤粉随空气流动，粉尘与滤布的冲击摩擦等都能产生静电。静电的积灰会产生火花从而引起燃烧。对于高浓度脉冲清灰，滤袋更需要抗静电，同时收尘器壳体要接地，接地电阻小于4Ω。
3)采用防爆安全阀
在爆前安全阀可自动打开并进行压力释放，释放压力的大小可以调节，压力释放后可以自动恢复原状，保持原来密封效果。
4)采用高能清灰系统
高浓度煤粉在收尘、输送过程中由于积尘速度快很容易造成堆积，从而形成事故的隐患。采用一级收尘时，由于气体含尘浓度大，大量煤尘积附在滤袋的表面，为了减少粉尘在滤袋上的停留时间，要求缩短清灰时间，加大清灰强度，高压脉冲清灰可在极短的时间内用高压气体(5～7kg/cm2)对收尘器进行喷吹清灰，同时，脉冲阀动作时产生的声波还可以使滤袋产生微振动，起到了助清灰作用，为了加大清灰强度，采用进口脉冲阀，这种脉冲阀的耗气量大，脉冲宽度为0.15秒，当阀进口气体压力为7kg/cm2时，阀门一次喷出来的气量可达0.8m3，为了提高清灰效果，在每个袋室内，脉冲阀多方位交替喷吹，且一个周期的清灰动作可在很短的时间内完成，清灰动作之快，是其它清灰方式无法比拟的。另外，脉冲清灰与以往的反吹清灰相比，吹入的空气量大大减少，降低了收尘器内部氧的含量，因此，高压脉冲清灰方式可以迅速地清除附着在滤袋上的粉尘，避免滤袋表面粉尘的聚积，是适合高浓度煤粉一级收尘的理想清灰方式。
5)加强设备的密封,减少漏风
由于收尘系统是负压操作，设备的密封性能直接影响系统内部的含氧量，含氧量过高对爆炸粉尘来说是事故的隐患，安装制作过程中要求设备漏风率控制在<5%。
6)安全检测及报警
完善的安全监测与报警系统是收尘器安全、可靠运行的保证，它可将事故的隐患消除在萌芽状态中。我们知道煤粉的自然和外来火源是引起收尘器爆炸的主要原因，所以安全监测与报警主要从这两个方面加以考虑,具体措施有：
⑴超温报警系统
当收尘器的进口温度超过一定值时中央控制室发出报警信号，意味着系统超温,需采取措施进行灭火降温。
⑵安装CO2或氮气消防灭火系统
当收尘器内部温度过高，或其中的CO浓度超过300ppm时便自动启动消防灭火系统，以便降低收尘器内部温度保护滤袋，如果是由于煤粉自燃使收尘室内温度提高同时亦伴随着CO浓度的提高，出现CO浓度超标报警，则喷入收尘室内的CO2或N2应具有阻燃和降低CO浓度的效果，以免发生爆炸。
7)采用PLC自动控制系统
收尘器的清灰、卸灰、温度检测及报警采用PLC自动控制系统。系统灵活、准确可靠，脉冲阀的清灰周期可以任意调节。控制箱提供三个无源接点，分别为备妥信号、综合故障信号和正常运行信号。
4、改造周期
本次改造从2005年5月8号正式开始，由于韶峰厂准备充分，调配合理，此次改造配合窑内更换耐火砖同时进行，于2005年5月18号开始投料，20号即达标达产，总周期只用了12天。
5、改造效果
改造后的煤磨系统，工艺流程简化，新增功率约为55KW。
1)、改造前后的参数对比
2)技术经济分析
(1)节约燃煤成本
改造前入窑煤：烟煤：无烟煤=67：33
改造后入窑煤：烟煤：无烟煤=50：50。
则每吨熟料节约：
[(405×67%+255×33%)-(405×50%+255×50%)]×161÷1000=4.516元/t-熟料
根据设计规模:2000t/d熟料，年运转率82.2%，即年运转300天，则年生产熟料60万吨，则年节约燃煤成本为：60×4.516=270.96万元。
(2)由于装机功率增加而增加的电耗
改造后系统装机增加55kW，且全部为低压，回转窑年运转率约82.2%，煤磨系统运转率较回转窑低, 计算电耗时仍按按82.2%考虑。电价平均0.54元/kwh，则因为装机增加而增加的年用电量为55×70%×7000×0.54=145530元=14.55万元
(3) 直接经济效益
直接经济效益为节约燃煤成本与装机功率增加而增加的电耗之差，即270.96-14.55=256.41万元，这里没有考虑系统产量的增加而产生的效益，实际上，当无烟煤掺量进一步增加，或者熟料产量超过设计规模时，成本还可进一步降低，经济效益更加明显。由此可见，改造后的经济效益是十分明显的。
6、存在问题
当然，所有的改造都不可能尽善尽美，本次改造也存在如下问题：
1)由于利用了原有的出粗粉分离器的一部分和膨胀节，造成管径稍微偏小，管道风速过大，因此此段磨损比较严重
2)由于库存研磨体不足，造成研磨体未能加载到设计的装载量，影响产量的进一步提高。 (中国水泥网)
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