【doc】湿磨干烧工艺在湿法水泥厂技术改造中的应用

【doc】湿磨干烧工艺在湿法水泥厂技术改造中的应用 湿磨干烧工艺在湿法水泥厂技术改造中的 应用 ? ;硅酸盐栏目l ** l前言 湿磨干烧工艺在湿法 水泥厂技术改造中的应用 四川金顶(集团)股份有限公司葛冠军 湿磨干烧是指在水泥熟料生产中以湿法制备料浆,经机械脱水,烘干破碎后进入新型 干法窑炉煅烧的工艺过程.它既具有对特种原料的高度适应功能,又吸纳了新型干法生产 的先进技术,从而成为独具特色的水泥生产工艺,与干法分解窑工艺同具有强大的生命 力. 湿磨干烧工艺能在特定条件下,巧妙地溶合干法的优点,做到了生产方法上的优势互 补,项目投资上的高额产出,这无疑给众多湿法老厂提供了一个颇有吸引力的技改途径. 在我国新型干法窑飞跃发展的今天,由于受各种条件的制约,湿法窑目前仍是我国水 泥生产中的重要窑型.据统计,全国共有湿法窑生产线190条,其中的68家大中型重点企 业中,有36家是湿法生产,湿法水泥总产量约3000万吨.这些湿法窑大多数是五十年代 至七十年代建设起来的,不仅科技含量低,能耗高,而且大都已运转3O年以上,设备陈旧, 运转率逐年降低,亟待更新改造根据我国水泥企业的现状,如何认识和应用湿磨干烧工 艺进行湿法老厂技术改造?通过何种技改模式的实麓才能获得最佳经济效益?是值得我 们认真探讨的问题 2湿磨干烧工艺是适合我国国情的有效技改途径 湿法窑技术改造方式多种多样,仅就生产方法而言,可分为全干法(干磨干烧)和半干 法(湿磨干烧)两大类.我国自1988年以来,在国家产业政策指导下,湿法窑技术改造经过 多厂不同方式的实践,走过了一段曲折的里程,使人们对适合中国国情的技改方式有了新 的认识.多年的技改实践:只追求单纯技术指标的先进性,不顾投入产出的实际效果, 必定使企业陷入"高额负债,入不敷出"的困境.所以,困地翻宜,因厂制宜,综合考虑各种 因素,进行多论证比较,寻求最佳经济效益才是企业决策技改方式的关键. '中国搪瓷'第22卷第1期2Oo1年3月 评价技改项目经济上是否可行,可通过如下关系式判断: A+B?C×e—D×f+H×g+K 式中:A——技改投资额(元/吨,熟料); B——改造期间停产损失(元/吨,熟料:同上); c——改造后降低的煤耗(MJ/吨,熟料) D——改造后增加的电耗(kwh/吨,熟料); e——煤价(元/MJ); f——电价(元/kwh); H——产品增量(吨/吨,熟料); g——产品增量盈利(元/吨); K——节约的人工与管理费(元/吨,熟料). 注:该式按6年投资回收期计算,仅适合于老厂改造. 从上式可以看出:工程投资(A),停产损失(B),降低的煤耗(c)和增产效果(H)是评价 项目经济可行性的4大因素,其项目效益的优劣,取决于某一条件下各因素的综合平衡 降低熟料热耗是湿法窑技改的主要目标,单就这一目标来说:在一般情况下,全干法 改造比湿磨干烧改造技术指标更先进,即热耗平均低100X4.18kj/kg—cl.技改实践证明: 全干法改造由于水泥生产方法的完全改变,使其改造范围广,新投资项目多,可利用设施 少,停窑时间长,项目总投资约为湿磨干烧的1.5-2倍据德国洪堡公司(K舳)资料证 实:同规模的水泥生产线,湿磨干烧比全干法的总投资节省约20一33,就建一条 2000t/d新水泥生产线(鉴于原料原因)而言,全干法总投资为7.5亿元,湿磨干烧总投资 为6亿元,可省投资1.5亿元.按全干法热耗低于湿磨干烧100X4.18kj/kg—cl计算,全干 法每年节标煤86oot,年节煤费用为258万元,尚需54年才能平衡高出的投资颧从而说 明,全干法的节能效益已被其高投资所抵消,全干法优越性遭到削弱.因此,应用全干法改 造湿法窑在国际上已很少采用湿法窑技术改造如其寻求实现节能环保指标而不增产,在 中国的市场经济条件下也是难以取得工厂经济效益的这是由于我国水泥结构不合理:总 量饱和而大水泥又有较好市场,并且煤炭价格低廉,电价相对昂贵.因而,增产与节 能相 比,其产生的经济效益更加明显倒如,一台华新窑如技改成同规模的湿磨干烧窑,资金投 入约为3000万元,每年的节能效益只有30o万元,仅够偿还贷款利息;但如技改为11oot/ d生产规模其总投资仅增加1500万元,可项目的总效益却增加到1070万元,贷款偿还期 为5年.因而,技改方案的选择必需兼顾节能与增产双重效益 我国湿法窑技改从1988年开始,经历了10年的探索和实践,较为成功并有代表性的 企业有:金山,自马山,广州,英德,渠江等水泥厂除金山属于全干法改造外,其它均采用 湿磨干烧工艺.据对五个厂的考察统计数据表明:湿磨干烧的熟科最低热耗为英德5号 窑:838.3×4.18kj/kg—cl,最高为自马山2号窑:982×4.18/kg-el}水泥增量吨投资最低 为广州5号窑:314.22元/t—C,最高为英德5号窑(异地新建):852.51元/t.cl生产规模最 大的是广州6号窑:2000t/d预分解窑生产线,最小的是自马山2号窑:850t/d预热器窑 生产线}技改产量增幅为40oA-180各技改企业均取得较好的经济效益和社会效益,为 我国湿法窑技术改造提供了成功的经验.(表1) 36'中国搪瓷'第22卷第1期2001年3月 裹1显鸯干烧技改工程考察情况 项目渠江3号窑白马山2号窑白马山1号窑广州5号窑广州6号窑英德5号窑 改造性质与离线改造在线改造在线改造离线改造离线改造异地新建 改造后窑型t.5X54M培.5X88M3.5X9lM柏.5X53M母4.55X71M神.5X47M 真空筒式吸滤板框压滤板框压滤真空筒式吸滤真空盘式吸滤真空盘式吸滤 改造方式+烘破+2级+烘破+2级+烘破-}-3级+供破+2级+烘破+2级+供破+3级 PC+蓖冷机SP+蓖冷机PC+蓖冷机Pc+多筒冷却Pc+多筒冷却PC+蓖冷机 改造前552z/d 指标 1450KCal/kcdl16^II1450KCal/kg~q1450KCsl/kg~l1450KCal/fqpc[1450KCal/kg~] 改造后1000d$00t/dll00~/d2000t/d1700t/d 指标920KCal/ka,-cI1o5?II900KC.al/kg-d895KCaL/ka,-d860KC~/kg-cl850KCal/kg-cl 达产达标lOOOt/d8/d713.n2155~/dl"t0et/d 72h考棱情况9CtKCa[/ka'-cl9B2Kc.VlStSKCal/kc~I875KCal/krd838.3KCtlikg-rL 净增热料30万t7.7万吨13.3万t21万吨6O万吨5l万t 产量水泥34.5万t8.9万t15.3万t24万吨69万吨5B.65万t 降低热耗与一530KCal/kg-cl一26.'tgKCal/k~--550KCal/k~-cl一555KCa[/ka,-d--590KCal/ka,-cl一6.0Kc|Il 节约标准煤2.27万,tO.12万t259万t1.67万t5万t4.3万t +15K~/r-cJ一10KWh/t-d+16K~t'~l+lOKWh/t~:l+8KWh/t--d+0ml,J增加电耗 +450万庄一7万庄+528万庄+210万庄+480万庄+255万庄 项目总投资21341万元1484万元4807.63万元6250万元13000万元50000万元 甍料增量吨投资711.37元192.73元361.48元297.62元980.O4元 水泥增量吨投资618.58元166.74元3l4.22元260.42元852.51元 项目内容略略略略略略 年利润1445.6万元339.1万元920万元1002.6万元2747.6万元 ?节船利润410.6万元72.1万元461.0万元362.6万元1160.0万元969.1万元 术泥增量利{蠹1035万元267万459万元720万元1759.5万元 改造时间95.1?96.1295.4?95.687.8.90.494.9694.8.97.4 丹麦FLs+成南京水泥设南京水泥设丹麦FLs+广丹麦FLs+广略KHD+南京单位 都建材设计院计院计院东建材设计所东建材设计所水泥设计院 建成后撤除备注待建 旧窑 '中国搪瓷'第22卷第1期2001年3月37 注:为僵手比较项目效益,特模拟确定几十基本计算数据,并怍说明如下: a节能利润:谊项利润为节}嘛煤费用减去增加电耗费用.其中标煤吨价为280元.每度电价为0.5 元.b.水泥增量:统按普通硅酸盐水泥计算,其数值为熟料增量×1.15系数.c-白马山水泥厂2号窑经 历过二次改造,奉表只列出第二次改造情况,实质上应认为第=次改造也含有第一次改造的成功成份. 综上所述,我们认为:湿磨干烧既可使熟料热耗指标接近新型干法先进水平,又能最 大限度地利用原有设蘸增大工厂生产规模,确是一种适于我国湿法老厂改造并解决其能 耗高.效率低,资金短缺三大难题的有效途径 3湿磨干烧技改方式的选择 湿磨干烧工艺作为一种适应性很强的生产方法,有着诸多的工艺流程和实施模式.就 其原料处理来说,可分为料浆过滤法(包括机械压滤与真空吸滤),喷浆法与混合法{在煅 烧工艺上分为千法长窑,预热器窑与分解窑;在生产规模上可分节能型,微增型与倍增型{ 在技改实蘸上又分为在线改造,离线改造和异地新建等.总之,这此花样翻新的技改方式 均取决于各工厂的原料条件的技改目标,某种方式或许在一个工厂能够成功,但在另一个 工厂未必可行,这就需要实蘸技改的企业,尊重自然规律和市场经济的特点,本着最大限 度地提高经济效益的原则,从本厂具体情况出发,在技术和经济上进行科学论证,去寻求 适合厂情的最优方案. 如何选择技术先进,经济可行的技改方案呢?首先要冷静地分析某种方案的先决条件 是什么?再好的方案如失去其特定条件就不具有科学性.例如,丹麦阿乐堡水泥厂在原料 处理上的喷浆法,是以采用于粉煤灰为配料组份并作为降低料浆水份掺和料的,如没有这 一 前提条件,只是喷浆烘干是无法降低热耗的;再如我国曾在某厂推崇过采用于生料与料 浆搅拌烘干的混合法,皆因工艺过程复杂,控制难度大,多年未能达产达标.实践证明,料 浆过滤法较为可靠易行,值得推广,至于是采用机械压滤还是真空吸滤,需视料浆过滤性 能加以确定;其次,在煅烧工艺的选择上应以分解工艺作为方向.但在生产规模的增幅上 必须以原生产线的能力为基础,投资的承受能力为条件,提高经济效益为目标,合理确定 技改规模的大小.对于某些技改方案,如滤饼直接入窑,镦增型干法长窑虽有投资低,效益 好,风险小的优点,但其降耗幅度小,规模产量低,抵御市场风险能力的潜力也小,还易造 成多次改造的局面,这就需要企业根据企业自身条件长远计议.众所周细,任何方案的优 劣都是相对的,关键是怎样根据自身条件,挖掘应有的潜力,选择最佳方案来达到预定的 目标.下面通过几种技改模式加以具体分析 3.1在线改造 它是在原生产线不动的情况下,根据技改要求维持原窑长度或将窑体截短而实蘸的 改造.它的特点是旧设施利用率高,固定资产投资少.较适合于原生产系统富余能力大, 而窑的附属设备状况较好,改造场地又受局限的项目.通过生产平衡计算,我们认 为:当窑 的技改增产幅度在85范国内时,原系统的大多数设备均可经改造或不经改造继续使 用.倒如窑尾电收尘与排风机,并没有因窑的生产能力提高85而增加其废气量(湿法窑 '中国搪瓷,第22辔第1期200}年3月 单位熟料废气量为新型干法窑的两倍),如原设备良好仍可保留,当要更新技改时可在原 土建基础上实施相应改造,无需异地新建;窑头蓖冷机也可采用最新技术对其内部结构和 风室布置进行改造,亦能满足熟料增产的需要;煤磨系统除需新增收尘器外均能适应窑节 能增产的生产平衡.这样以来,原系统的土建设施和多数主机设备都能充分利用,由此大 大降低了技改项目投资.? 在线改造方式的最大缺点是有停窑损失.例如,某厂在全干法改造时,因种种原因截 窑停产达9个月,损失500多万元.使国内同行对截窑改造望而却步.但最近几年来,由 于技改技术的不断发展和施工管理水平的提高,使截窑改造工期缩短为76天.施工方法 可分为两步:第一步利用现有场地在不停窑的情况下,对料浆过滤,窑尾塔架,烘干 破碎, 蓖冷机废气处理,电气与自动化系统进行施工安装;第二步停窑改造,在所有设备与配件 全部到位的情况下,首先拆除不必要的设备及建筑暂,然后进行施工,该段期间,蓖冷机更 新改造是主线(决定停窑时问的长短),截窑与窑尾电收尘改造也同时旄工,总工期可控制 在3个月之内并能做到当年改造当年受益,从而使过去"得不偿失的截窑改造,在适当增 产幅度条件下,发挥出它特有的优势,成为简单易行,经济可靠的技改方式.我国部份工厂 的在线改造实麓情况如下表. 裹2部分工厂在线敢造实施情况(南京水泥设计院资料) 厂家方法改造前改造设计值实际值投资停产改造时间 福建干熟:33ot,d1320t/d>1400t,d 2600万元73天水掘厂法热 :4514kj/kg.cl3553kj/.cl3553kj/kg.cl 白马山湿磨熟:552t,d750t/d84ot,d 1484万元76天水泥厂干烧热 :4857k)/kg.cl4389kj/kg.cl~4090kj/kg.cl 山东干熟:12001:/dl550t/d1700t/d 2300万元l8天水泥厂法热 :4389kj/kg.d3762./kg.d3595kj.~.e.cl 3.2离线改造 该种改造是新建一条完整的烧成工艺系统,它适应于大幅度增产或原设备淘汰更新 的需要,对于增幅在85以上的项目,原系统的主机设备无法满足工艺平衡,已无继续保 留价值,均需另起新建.在这种情况下,与其遭受停产损失搞截窑改造,不如离线新 建简单 易行.这种改造可以部分利用原系统烧成前后富余生产能力,相应扩建各工艺球节的生产 规模,是一种倍增型技改方式.其优点是:离线改造与原系统生产互不影响,无停产损失, 增产空间大.其不足之处是:旧设备的建筑物利用率较低,增量吨投资要高于截窑改造.我 国广州,渠江等厂均采用该种方式实践证明,离线改造是企业立足技改,内部发展的最佳 选择. 玉3异地新建 该改造是在湿法老厂的基础上,扩建一条从料浆制备到水泥包装的完整的湿磨干烧 生产线.它适合于原料性能不宜于干法生产的技改项目德国洪堡(KHD)与丹麦史密斯 l中国搪瓷,第22卷第l期20'01年3月39 (FLS)等公司水泥专家认为:当原料水份>10或物料的粘性使输送储存作业困难时,均 应排除全干法工艺,在这种情况下湿磨干烧节能效果,项目投资及生产管理均优于全干 法.例如:我国两个设计院在对峨眉水泥厂扩建年产7O万吨新生产线进行的可行性研究 啐曾就全干法烘干工艺与湿磨干烧工艺两方案进行对比,在分析中发现:全干法生产在 熟料热耗上虽比湿磨干烧节标煤7052吨/年,但由于原料(石灰石,牯土)的烘干热耗增加 标煤9619吨/年,水泥综合电耗又增加标煤2580吨/年(折合值:1kwh=O.435kg标煤), 使其综合能耗高于湿磨干烧方案5147吨标煤/年,再加之干法投资高于湿磨干烧,其最优 方案应选择湿磨干烧而不是全干法.为此,仅从熟料热耗指标上湿磨干烧高于全干法,就 认定为"湿磨干烧属于'中间技术'不宜于广采用"是不科学的.因我们寻求的应是项目 的整体效益.但对于原料性能适合于干法生产的湿法老厂来说,则应尽可能摆脱湿法生产 经验的束缚,力争技术指标与经济效益的统一,立中于采用全干法工艺. 异地新建方式主要运用于企业扩大生产规模上,它不受原生产线限制,增产幅度大} 其缺点是:原生产设藏利用率最低而项目投资费用高.广东英德5号窑就属于此类改造, 这种改造对于周边水泥市场好,融资成本低的项目来说经济效益较好. 4湿磨干烧工艺中预热器级数的确定 在采用湿磨干烧工艺时,窑尾预热器级数的确定是一个重要问题,它直接关系到整体 方案的科学性及技术指标的先进性. 众所周知,确定窑尾预热器级数的原则是使璜热器废气供给烘干破碎机的热量与机 内物料(脱水后的滤饼水份为l8一l2)烘干所需热量的平衡;而供给的热量又取决于 废气温度与废气量的辩证关系,那么几级预热器的设计才能使系统余热得到充分利用,热 料热耗又较低呢?国外对湿磨干烧工艺的一级至四级璜热器均进行过尝试,结果表明:四 级预热系统,因其出口温度太低(360-430"C),尚需从外界补充烘干热源,工艺复杂且投资 也高;而一,二级预热器又困出口温度太高(580—750?),三次风用量太少,蓖冷机 放风太 多造成了热量损失.只有三级预热器,无论在工艺流程的简化及熟料热耗的降低上显示出 特有的优势. 我国已实藏湿磨干烧改造的厂家除英德厂采用三级预热器外都采用了二级预热器系 统.二级预热器系统的烘干破碎机入口温度为585—600?,出口温度为160-180?.处于广 州白云机场附近的广州水泥厂由于其建筑物高度受限,窑尾不得不采用二级预热器.由于 该厂窑系统采用的是多筒式冷却机,分解炉无三次风可用,当窑内物料变动大时,烘干破 碎机入口处的废气温度也频繁波动,经常造成超温报警,为保护烘干破碎机免受损害,自 动喷水装置时常处于工作状态,6号窑有时喷水量竟达6-8吨.相当于增加物料水份5Yo, 这无形中造成了热能的二次浪费.大大降低了节能效果.马山,渠江两厂虽都有蓖冷机 的热风可用.但白马山采用的是SP窑.窑尾无分解炉,为防止尾温过低而设计为二级预 热器是有一定道理的.渠江水泥厂采用二级预热器,因是PC窑,分解炉发挥了稳定窑尾 热工的良好功能.进入烘干破碎机的废气温度能控制在600"C左右,生产稳定.很步有喷 水降温现象,但引用蓖冷机热风有限.使大量高温气体未经利用而排入大气,造成热能的 ,tOt中国搪瓷'第22眷第l期2001年3月 浪费.根据这4个厂熟料热耗的数据统计;自马山1号窑:982X4.18kj/kg—cl{渠江3 号 窑:917X4.18kj/kg—el;广州5号窑:845X4.18kj/kg—el,6号窑:875X4.18kj/kg—el(均未 包括不正常时的喷水热耗);英德5号窑:838.3X4.18kj/kg—cl,可以看出采用三级预热器 的英德5号窑热耗最低CE艺流程见图1). 囝1英镥水泥厂5号窑工艺流程囝 三级预热器系统的特点是:大量使用蓖蓖冷机的高温余风作为三次风,该风经沉降室 除尘后与窑尾废气混合(需适当加大预热器与分解炉规格),用于烘干破碎.烘干破碎机的 入I=1温度为540?,机内正常工作温度为350"C,出机废气温度为160?.蓖冷机高温气体 除供三次风外,剩余气体(30o?)大部分用于煤粉干燥,仅余少量废气排入大气,形成了较 佳的热利用流程.另从投资角度看,三级预热器系统可减小蓖冷机过剩风电除尘器的规 格.能有效的降低工程成本.因而,三级预热器系统的技术经济指标明显优于二级,即热耗 降低(35—75)X4.18kj/kg—el,电耗减增5.8kwh/kg—el.由此,我们认为:作为湿磨干烧工 艺,如无特殊的空间高度限制,窑尾应选择三级预热分解系统.二级与三级预热烘干破碎 系统热工参数对比如表3. 表3窑尾预热矗与烘干破碎热工参数 项目预热器级数烘破进,出口气温入,出口物料水份熟料热耗增加电耗 进口:600?l8一2O渠江水泥厂二级 917x4_tSk]/kg-cl15kwh出 口:180?<1 进口:540?<20%英德水泥厂三级 838X4_18kj/kg-cl9.2kwh出口 :160?<1 5湿磨干烧工艺关键设备的国产化与应用前景 湿磨干烧工艺既然具有热耗低,投资省,适应性强等优点,理应迅速在我国得到推广, l中国搪瓷'第z2卷第1期2001年3月41 为什么仍步履艰难呢?主要原因是:第一,我国煤价偏低,湿法窑尚能生存,如无充足的资 金的和坚定的发展目标,企业就缺少内在的技改动力;第二,湿法干烧关键设备如真空吸 滤机,烘干破碎机及喂料密封,计量,监测设备均需进口,工艺设计又需国处公司承接,项 目投资额较高,企业难以承受.例如,渠江,英德两厂使用亚行贷款,采用国际招标购置进 口设备,虽增量吨投资比全干法低20一4O.但仍高达618-852元/t—c,对于市场疲软的 水泥企业也只能望"改兴叹! 历经十年艰辛探索,实施技改的企业在付出了代价的同时也获得了丰富的技改经验, 特别是广州,英德两厂在技改中大胆采用国产盘式真空吸滤机取代国外鼓式真空吸滤机, 用国产滤布取代进口滤布,都取得了成功{烘干破碎机;700t/d,850t/d,lO0~/d,1700t/d, 2000t/d生产线配置的各种型号,国内设计院已完成消化吸收工作并已有开发设计能力, 对于其关键部件轴及锤头,国内某厂家也有加工制造经验,目前该厂生产的烘干破碎机在 广州水泥厂运转良好;窑尾预热分解系统国内设计院完全可自行设计;电收尘器,蓖冷机, 高温风机国内产品也已过关.国内水泥专家认为:除某些关键部件计量监涣圾部分自动化 设备尚需进口外,湿磨干烧工艺设备已基本实现国产化这为该工艺技改大幅度降低投资 创造了条件国内某两水泥设计院都曾对某厂华新窑技改为1100t/d的湿磨干烧生产线进 行了初步方案设计,其总投资额都在4500万左右,仅占渠江3号窑烧成部分的56(已扣 除离线改造多余的土建费用).熟料增量吨投资为340.60元,水泥增量吨投资为296.07 元,只占全干法水泥吨投资的27,年创利润1070万元,投资回收期5年.这种低投入,高 产出所带来的经济效益,必定调动企业投资的积极性,开拓湿法老厂改造的美好前景. 6结论与建议 湿磨干烧工艺既可使熟料指标接近新型干法先进水平,又能最大限度地利用原有设 施,减少项目投资,增大生产规模,是一种适台我国湿法老厂改造的有效途径,应积极推广 实施. 对于有条件实施技改的企业,应尊重自然规律和市场经济的特点,因地制宣,因厂制 宜,依据自身条件进行多方案论证,寻求最佳经济效益方案 华新窑型的技术改造,对于在线改造来说,应立足于最大限度地利用原有设施和设备 的生产能力,规模控制在850-1100t/d比较适宜. 为充分利用蓖冷机高温气体,更有效地降低湿磨干烧的熟料热耗,窑尾应采用三级 预 热分解系统,可望实现850×4.18kj/kg-cl的稳定生产技术指标. 湿磨干烧关键设备国产化,为技改项目低投资建设创造了前提条件,其增量吨投资控 制在350-600元/t.c是完全可能的,因此希望各水泥设计院和相关设备制造厂家继续做 好引进设备技术的消化吸收工作,并力争有所创新,使该工艺在我国湿法老厂技改应用中 创造出更佳的经济效益. 42t中目搪瓷'第22卷第1期2001年3月