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        技術 | 協同處置系統優化節能降耗的生產實踐

        來源:《1.華潤水泥控股有限公司;2.華潤水泥技術研發(廣西)有限公司;華潤水泥(田陽)有限公司》 發布日期:2021/10/29 編輯:張翀
        核心提示:協同處置系統優化節能降耗的生產實踐

        引言


        隨著國家經濟結構的調整和民眾環保意識的提升,水泥行業實現行業轉型升級和提高企業綜合競爭力已經迫在眉睫,而轉型升級的突破口之一就在綠色生態化發展。某公司協同處置項目于2016年12月8日正式開工,2017年12月25日開始帶料運行。但熱盤爐植入后,燒成系統不太穩定,且能耗較熱盤爐植入之前上升幅度比較大。對窯尾煙室縮口、C4下料管及窯尾分解爐燃料噴入點進行綜合診斷分析,實施優化改造,系統運營可靠性提高,燒成系統能耗明顯降低,達到預期效果。


        一、存在問題


        該公司采用 “機械生物法預處理+熱盤爐焚燒”協同處置生活垃圾,設計處置生活垃圾能力為500 t/d,年處置量18萬t。田陽公司生產線熟料燒成系統采用天津院最新的第三代預分解技術+第四代行進式冷卻機,項目生產電耗、煤耗指標在當時已經到達國內領先水平,但是植入熱盤爐(見圖1))后能耗上升明顯,燒成系統不穩定,給正常生產帶來了困擾。


        圖1 熱盤爐植入示意圖(藍色為改造部位)


        熱盤爐植入方案:


        (1)煙室與分解爐連接縮口由圓形改為方形,有效截面積減少;


        (2)煙室縮口至分解爐增加上升煙道,分解爐下部有效容積減少約11%;


        (3)分解爐進風方式由兩邊徑向進風改為A列切向進風,B列通過熱盤爐后徑向進風;


        (4)噴煤管由4根改為2根,插入角度增大;


        (5)增設旁路放風系統。


        熱盤爐植入后燒成系統變化情況:


        (1)分解爐后燃明顯,中下部溫度偏低,出口溫度偏高,C5出口溫度基本與分解爐出口溫度一致。


        2)實測分解爐內同一截面不同方位溫度偏差大,達90 ℃,說明爐內流暢分布不均勻。


        (3)能耗明顯上升,見表1。


        表1 熱盤爐植入前后主機電耗對比



        二、原因分析


        (1)熱盤爐植入后對熟料燒成系統煤耗及熱耗整體影響很大,入窯垃圾熱值檢測頻率過低及垃圾來源的不確定通常會對燒成系統造成較大的波動。


        (2)熱盤爐植入處置垃圾后預熱器出口風量、溫度、系統阻力增大導致三大主要風機的主電機總功率明顯增加,燒成系統電耗明顯上升。


        (3)熱盤爐植入運行后,蒸發垃圾水分耗熱,焚燒后增加的廢氣從預熱器帶走大量熱,熱盤爐漏風從而減少高溫三次風的用量,相應增加熱耗。


        (4)植入方案的局部不合理、預熱器換熱效率降低等等因素,導致分解爐中煤粉燃燒效果變差,燒成系統煤耗增加。


        (5)對比檢測數據(見表2)表明,熱盤爐植入后預熱器系統出口溫度從301 ℃上升到350 ℃左右,系統壓力從4 860 Pa上升到5 050 Pa左右,預熱器系統風量也由1.31 Nm3/kg.cl增大到1.45 Nm3/kg.cl以上,增加了燒成系統能耗。


        表2 熱盤爐植入前后測試數據



        三、節能優化措施


        3.1  煤管調整方案(插入深度調整)


        2018年3月,田陽基地為了降低燒成系統能耗,進行了優化燃燒、增加噴煤管的技術改造,將噴煤管由2根增加到4根,每根噴煤管的插入深度由之前的450 mm降低到300 mm,插入角度不變,見圖2。


        圖2 煤管調整方案示意圖


        改造完成后分解爐煤粉后燃情況大大改善,分解爐爐內溫度分布較之前均衡,煤耗有所下降,但出現了分解爐中、下部局部溫度嚴重偏高的問題,分解爐及煙室結皮不斷加劇,系統阻力大,高溫風機拉風增加20~30 r/min,電耗偏高(見表3),嚴重影響系統的產質量及垃圾處理量。


        表3 煤管調整前后主機電耗對比



        3.2  噴煤點調整


        為了解決分解爐局部溫度偏高及結皮問題,提高窯產量及垃圾處理量,該公司于2018年8月對窯尾噴煤點進行調整。8月初開始逐步嘗試對接備用煤管的試用:1號和3號煤管(見圖3)使用3月改造前的煤管位置(3月技改曾對兩煤管進行調整);2號和4號煤管垂直上移50 cm,煤管插入角度保持30°不變。


        圖3 分解爐煤管位置分布示意圖


        改造完成后分解爐下部高溫情況逐漸緩解,不用往熱盤爐內分生料,下部溫度也可以穩定在850~900℃,結皮有減少的趨勢,但分解爐下部溫度過低,時常出現還原氣氛,出現煤粉后燃現象?;謴?號和3號煤管即下降到原來位置、2號和4號煤管煤管仍用備用煤管后,不用分料到熱盤爐中、下部,溫度能控制在880~950 ℃,后燃現象減少,煤耗下降,但1號和3號煤管周圍會長厚結皮。


        根據運行情況及理論計算,煤耗應該較熱盤爐植入之前有下降,但實際運行能耗卻有所增加植入前后除鐵質原料較穩定外,其它原料配比略有變化,石灰石波動較大,入窯煤粉熱值略有降低,這對煅燒不利,尤其是在垃圾熱值不穩定的情況下會給窯的煅燒造成很多不利影響,也會間接造成煤耗的增加。不同調整階段燒成系統主要技術參數及熟料強度見表4。


        表4 不同調整階段燒成系統主要技術參數及熟料強度對比



        3.3  煙室及下料管改造


        結合對生產線運行狀況及現場測試結果的分析,技術研發中心于2019年12月提出了對分解爐與煙室縮口、C4下料管及煤管位置等部位進行局部優化的技術改造工作。田陽公司于2019年3月啟動年度大修工作,同步開展上升煙道及C4下料布局調整優化的技改工作。


        3.3.1  煙室改造方案


        植入熱盤爐后預熱器系統阻力增大,間接導致燒成系統能耗增加,為了減小系統阻力,將煙室縮口面積增大,由4.60 m2增加到5.50 m2,見圖4。


        圖4 煙室改造方案


        3.3.2   B列C4下料管改造方案


        改造前 C4多路分料閥出口物料走向見圖5左:


        圖5 B列C4下料管改造


        一路a:( 單個出料口)進入三次風入熱盤爐處;


        一路b:( 單個出料口)進入窯尾上升煙道處;


        一路c:( 2個出料口合并)進入分解爐錐部。


        改造后C4多路分料閥出口物料走向見圖5右:


        一路a:( 單個出料口)進入三次風入熱盤爐處(保持不變);


        一路b:( 單個出料口)進入分解爐中部原有撒料盒區域;


        一路c:( 2個出料口合并)進入分解爐錐部(取消原進窯尾上升煙道)。


        四、改造效果


        優化改造完成后,操作調控明顯改善,預熱器出口溫度降低10 ℃以上,從運行數據統計結果看,技改后窯產量穩定在5 500 t/d以上,優化后系統運行指標明顯改善,見圖6。



        圖6 優化前后部分參數及指標對比


        圖6可知,上升煙道及C4下料布局調整優化后:煅燒垃圾300 t/d以上時標煤耗降低到103 kg/t.cl以下;窯產量穩定在5 500 t/d以上;電耗降低1.2 kWh/t.cl以上。


        技改后燒成系統能耗降低明顯,但是還是存在一些問題:C4分料難以精確控制,影響分解爐錐部流場穩定性,存在局部高溫的風險,建議通過調節旁路放風量來進行調整。


        植入熱盤爐后熟料燒成系統煤耗及熱耗整體上受到很大影響, 盡管煅燒垃圾煤耗有所降低,但總熱耗折算成標煤耗達130 kg.ce/t.cl以上,電耗及余熱發電量明顯上升,本次優化后系統能耗有明顯的改善,但仍高于熱盤爐植入前的狀態。


        熱盤爐植入現有分解爐的技改方案必須充分考慮合理性,盡可能減少對現有分解爐結構的影響。要加大燒成系統維護力度,減少熱盤爐進口處漏風引起的熱損失,降低預熱器系統阻力,適當提高回轉窯產量,從而降低燒成系統能耗。


        作者:蔡翔1,陶從喜2,胡波3,鐘克輝1,劉超鋒3

        來源:《1.華潤水泥控股有限公司;

        2.華潤水泥技術研發(廣西)有限公司;華潤水泥(田陽)有限公司》

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