曹海涛，杨蒙

我公司2 500t/d 电石渣制水泥熟料生产线于2012 年投产，以二级预热器出口约580℃的废气为热源烘干主钙质料湿电石渣。自投产以来，生产线存在水泥窑结圈、预热器结皮堵塞频繁、出篦冷机熟料温度过高、电石渣输送及烘干破碎系统故障多、无法满足NOX超低排放标准等诸多问题。

电石渣制水泥生产线的原料特性与常规石灰石制水泥生产线的原料特性不同，二者的生产工艺也有较大差异，且国内电石渣制水泥生产线较少，生产工艺不成熟，可借鉴经验较少。近年来，我公司不断摸索实践、总结分析，制定了一系列优化改进技术措施，较好地解决了长期困扰电石渣制水泥生产线稳定运行的难题。

1 解决预热器结皮堵塞及窑结后圈工艺问题

1.1 氯、硫有害组分形成的原因分析

电石渣制水泥与石灰石制水泥的一个重要区别是电石渣带入的氯离子比常规石灰石制水泥生产线要高。氯离子在分解炉内与CaO 反应生成氯化钙，氯化钙在固相反应区或更高温度下与碱反应生成氯化碱。氯主要以氯化碱化合物的形态挥发，生成的氯化钾沸点低、挥发率高，可以直接由固态升华为气态挥发，经多次循环富集后，浓度逐步升高。

电石渣制水泥生产线生产过程中，由原燃料带入的硫，在分解炉内被碳酸钙分解产生的碱性氧化物吸收（如CaO等），形成硫酸盐进入回转窑。部分硫酸盐在回转窑高温区域发生分解，分解产生的SO2再次进入分解炉并被炉内的CaO等碱性氧化物吸收，由此形成硫在分解炉-回转窑的高温循环。

1.2 预热器结皮及窑结圈原因分析

在氯化碱与硫酸盐等组成的多组分系统中，最低共熔点为650℃～700℃，以熔融态粘附在预热器内物料表面，形成液相粘膜。随着温度的升高，液相粘膜粘附性增大，对末级旋风筒入窑热生料的温度变化尤为敏感。入窑热生料温度偏高，会造成预热器结皮加剧，极易产生堵塞[1]。分解炉-回转窑有害组分的循环富集，导致入窑热生料的有害组分含量偏高，增大了入窑物料的液相量，改变了物料的液相粘度。当入窑物料成分波动大时，窑内火焰会发生伸长与缩短的往复变化，分解的物料与液相不断混合，造成烧成带末端的窑皮不断增厚，进而发展为后结圈。

1.3 预热器结皮及窑结圈改进控制措施

1.3.1 优化入窑表观分解率计算方法

在分解炉出口温度为950℃的情况下，检测入窑表观分解率时，因入窑热生料所含KCl组分已挥发，导致该温度下检测的分解率偏低，对实际操作控制易产生误导。在评估实际入窑分解率时，应考虑测试时KCl挥发对检测数据的影响。

入窑热生料的化学成分检测数据如表1所示。根据化学反应方程式：K2O+CaCl2=2KCl+CaO，由表1中的Cl-含量可推算出KCl含量为4.65%，实际入窑分解率应在检测值基础上加4.65%。入窑热生料有害组分含量与对应分解炉出口温度控制值如表2所示。鉴于有害组分含量高时，预热器结皮对温度的敏感状况，实际生产时，应根据入窑热生料有害组分总量的高低，控制分解炉出口温度。

表1 入窑热生料的化学成分检测数据，%

表2 入窑热生料有害组分含量与对应分解炉出口温度控制值

1.3.2 改善物料易烧性

通过在生料配料中引入矿山废渣、铁选矿污泥等原料，降低生料配料中易烧性较差的河沙用量，适当降低生料细度、熟料硅率，降低烧成温度，减少硫、氯的挥发。

1.3.3 燃烧器采用中心定位

避免煤粉落入熟料中，造成局部还原气氛，加剧硫酸盐的挥发。

1.3.4 增加气体分析仪，实时监测参数变化

（1）增加窑尾烟室高温气体分析仪，确保窑内氧化气氛，实时检测窑尾烟室的CO、NO、SO2和O2含量，正常操作时，CO≤0.05%、1 100ppm≤NO≤1 500ppm、SO2≤50ppm、3%≤O2≤5%。

（2）每2h 检测一次熟料及入窑热生料的SO3、K2O、Na2O 和Cl-含量，实时掌握硫、氯的挥发率变化情况。若热生料SO3、K2O、Na2O、Cl-含量升高且熟料中SO3、K2O、Na2O、Cl-含量降低，说明窑内的硫、氯挥发率在升高，需及时进行调整。

通过采取以上技术措施，降低了有害组分在系统内的挥发率，辅之以数据监测和参数控制，有效解决了预热器结皮堵塞和窑结后圈问题。

2 窑头燃烧器改造

2.1 窑头燃烧器存在的问题

（1）窑头燃烧器设计规格偏大，燃煤能力10～12t/h，生产过程中，窑头实际用煤量为5.5～6.0t/h。工作状态下，一次风用量达17.8%，掺入冷风多，造成煤耗升高。

（2）窑头燃烧器在煅烧过程中，火焰温度低，对生料的波动适应性较差。当生料KH值或SM值稍偏高，游离氧化钙即偏高。游离氧化钙合格率偏低，烧成带末端易结厚窑皮。

2.2 窑头燃烧器改造方案

经对比分析国内各燃烧器产品情况，结合电石渣生产线所使用的原煤煤质情况和生料成分波动大的特点，改造时选用高推力、一次风量为8%～10%的燃烧器。虽然一次风过剩会造成热耗增加，但一次风风量适当偏大的燃烧器的抗干扰能力强、推力大、火力强劲，能提高煤粉燃尽率、烧成温度和产量[2]，与当前生产线现状相匹配。窑头燃烧器改造方案如下：

（1）将燃烧器整体更换为五风道煤粉燃烧器。

（2）更换一台窑头一次风机，流量76m3/min（正常使用50m3/min），压力58.6kPa，功率110kW，更换相应电气设备。

（3）新增一台平衡风机，风量1 485m3/h，全压11 439Pa，电动机型号Y160M2-2，功率11kW。

（4）更换窑头送煤管道，管道内径由194mm 改为180mm。

五风道煤粉燃烧器投入使用后，对生料的波动适应性增强，熟料升重增加，游离氧化钙合格率提升，窑烧成带末端长厚窑皮的问题得到解决。

3 篦冷机系统鼓风及排风等关键部位改造

现使用篦式冷却机型号为TC-1168，生产能力2 800t/d，出料温度65℃+环境温度。受窑提产及设备磨损老化影响，熟料冷却效果变差，系统热回收效率降低。通过新增窑头废气处理系统，优化改造篦冷机本体，实现了高效生产。

3.1 窑头废气处理改造

3.1.1 改造必要性

该生产线窑头未配置废气处理系统及余热发电系统，窑头废气一部分与预热器废气汇合后入烘干破碎系统，用于补充预热器废气电石渣烘干用风，烘干电石渣后经窑尾袋收尘器处理后排空；一部分用于煤磨烘干用风，经煤磨袋收尘器处理后排空；另一部分用于生料磨烘干用风，经生料磨收尘器处理后排空。

篦冷机废气为含氧量21%的空气，入窑尾后氧含量高达12%以上，窑尾在线监测烟尘折算值高，无法满足≤5mg/Nm3的排放标准。上游化工企业对压滤工艺进行升级改造后，电石渣水分由40%降至32%，预热器余热已能够满足电石渣的烘干。在此情况下，封堵了窑头废气直接进入烘干破碎系统的通道，导致篦冷机余风排放能力减小，篦冷机鼓风受限，冷却能力不足，在生产过程中，熟料温度经常在200℃以上，对篦冷机篦板、熟料输送设备的安全运行均带来了隐患，对后续水泥生产也带来了不利影响，气温高时，回转窑被迫减产。

3.1.2 改造方案

新增一套窑头废气降温与除尘系统，提高窑头废气处理能力。在现有窑头二层平台上的空地新增一台空冷器，在电力室与窑头槽式输送机之间的空地新增一套收尘器及风机。新增设备布置如图1～图3所示。部分窑头高温废气先通过空冷器降温，再进入新建的袋式除尘器除尘后排空。主机设备参数如下：

图1 新增设备布置平面图

图2 新增设备布置剖面图1

图3 新增设备布置剖面图2

（1）新增空冷器：处理风量150 000Nm3/h，入口温度≤350℃，出口温度≤200℃。

（2）新建收尘器：处理风量125 000m3/h，正常废气温度≤200℃，排放浓度≤10mg/Nm3。

（3）新建风机：处理风量130 000m3/h，静压-3 000Pa，电机功率180kW。

3.2 篦冷机本体优化改造

3.2.1 一段固定篦床改造

篦冷机性能主要取决于篦床系统运行效率，因而篦冷机改造的核心就是改造篦床。细化篦床供风单元、优化篦板形式及配风合理性是提高篦床性能的主要手段。

篦冷机的本体改造主要是针对固定篦床急冷高温段（即一段），具体改造部位如图4红圈区域所示。原设备外壳体、底部框架保持不变，拆除原有固定篦床（5排固定充气梁、35块篦板、10块盲板），更换为新型急冷充气箱，重新布置原一室3台风机篦下充气管道。急冷充气箱采用分区供风，每一块篦板均配置管道风量平衡阀，改变物料离析导致的料层阻力不均匀进而影响供风的现象。将固定篦床分为3个独立的供风单元，由横向供风改为纵向供风。改造后的高温段固定篦床结构如图5所示。

图4 固定篦床急冷高温段

图5 改造后的高温段固定篦床结构

3.2.2 一段风机扩容改造

利用电石渣生产的水泥熟料结粒细，通风阻力大，一段风机运行电流普遍偏低，存在一段鼓风能力不足且风机效率偏低的问题。利用高效风机对篦冷机一段的4 台充气梁风机和二室风机进行替换性改造，改造后风机装机功率略有增加，篦冷机一段风机改造前后的参数对比如表3所示。

表3 篦冷机一段风机改造前后的参数对比

通过上述改造，篦冷机热回收效率提升，二、三次风温提高，鼓风能力和排风能力提升，解决了篦冷机因冷却风量不足造成熟料温度偏高的问题，提高了生产系统稳定性。

4 电石渣输送设备优化改造

上游提供电石渣原料的化工企业对压滤工艺进行了升级改造，电石渣水分由40%降至32%，水分的降低使电石渣物理特性发生改变，原有水泥生产配套的输送设备已不适应生产需求，设备运行功率增加，卡堵事故频发。通过优化改造输送设备，降低了输送系统能耗，提升了系统运行可靠性。

4.1 电石渣刮板机改造

4.1.1 改造必要性

压滤工艺升级改造后，电石渣水分由40%降至32%，压滤机下方的刮板机经常“压”死，维修时间较长，导致输送设备不能正常输送电石渣，影响烘干破碎系统的连续稳定运行，需开启管道喷水，以降低废气温度，但此举易引发废气管道结壁，从而影响系统通风，甚至造成塌料，压停烘干破碎机。

4.1.2 改造方案

拆除刮板机，在钢构廊道增加两排承重钢梁，加宽两侧钢构廊道，截短压滤机下料仓；安装胶带输送机，重新制作下料仓，在两侧安装导料护皮。

以上改造很好地解决了电石渣输送不稳定及因电石渣不能及时输送导致的烘干破碎系统不能连续运行等问题。

4.2 烘干破碎喂料锁风双管螺旋输送机改造

4.2.1 改造必要性

烘干破碎喂料锁风双管螺旋输送机在输送电石渣时经常发生压死、断料、掉叶片、断轴等事故，尤其在电石渣水分降低后，故障更加频繁，对生产系统的连续稳定运行造成极大影响，需停机检修，费时、费力且浪费能源。

4.2.2 改造方案

拆除原有双管螺旋输送机设备，更换为密封板式定量给料机。根据拟更换密封板式定量给料机结构及尺寸，利用现场空间建设土建基础及非标框架，在此基础上安装密封板式定量给料机和称重料仓。通过设定称重料仓仓重，适时调整给料机频率，实现自动控制下料功能，称重料仓料封后，可以有效防止系统漏风，最终确保物料连续稳定输送。密封板式定量给料机实物照片如图6所示，改造后的下料示意如图7所示。

图6 密封板式定量给料机实物照片

图7 改造后的下料示意

改造完成后，电机功率由90kW降至11.95kW，且料封效果显著，较好地实现了系统节能降耗，减少了不必要的停机次数，系统运行更加高效。

5 预分解系统分级燃烧改造

电石渣制水泥生产线由于电石渣原料供应量不足，加入了20%左右的石灰石，原材料有害组分含量高，分解炉控制温度偏低，实际入窑的物料分解率仅有90%～92%。窑内煅烧负荷大，窑尾烟室NOX含量高，在控制窑尾NOX排放＜100mg/Nm3的情况下，吨熟料氨水用量5.5kg，熟料成本升高，需对分解炉分级燃烧工艺进行改造，降低NOX排放。

5.1 分级燃烧改造技术路线

拆除原双路三次风管，改为单路侧旋进风，将三次风管上移入分解炉位置，在烟室缩口至三次风管之间建立还原燃烧区，尽量延长还原区长度，以保证脱硝还原燃烧空间充足。同时，在烟室缩口上方喷入分解炉用煤，使其缺氧燃烧，以产生CO、CH4、H2、HCN 和固定碳等还原剂。这些还原剂与窑尾烟气中的NOX发生反应，将NOX还原成N2等无污染的惰性气体。此外，煤粉在缺氧条件下燃烧，抑制了自身燃料型NOX的产生，从而实现了水泥生产过程中NOX的减排。为防止还原燃烧区内局部温度过高，形成结皮堵塞分解炉，将C1旋风筒下料的部分生料喂入还原燃烧区。

5.2 改造方案

5.2.1 加长、加粗原鹅颈管

保留原来的分解炉，拆除从分解炉侧壁接入的ϕ4 100mm 鹅颈管。在分解炉顶部增加ϕ4 500mm鹅颈管，穿过71.625m 平面，向上折返后连接到C2进口。鹅颈管长度由8m 增加至30m，容积增加约296m3。改造后，鹅颈管气体停留时间增加约2.18s，满足了料气换热、物料分解、煤粉燃烧等物理化学反应过程的需要，保障了煤粉燃尽率。

5.2.2 拆除原双路三次风管，改为单路侧旋进风并移位

封堵原双路三次风管靠近窑尾处，上部开孔接入ϕ2 400mm 单路风管，相比原三次风管上移约7m，水平切向进入分解炉。改造后，在烟室缩口至三次风管之间建立起还原燃烧区，确保气体在其间停留约1.5s，将NOX还原成N2，抑制自身燃料型NOX产生。

5.2.3 拆除C1 下料管，重新布置无外风节能型强旋流燃烧装置

保留原上部C1下料管和下部南侧C1下料管，去除下部北侧下料管，分一部分料下料至分解炉锥体，防止还原燃烧区内局部温度过高形成结皮。在分解炉锥体缩口上方，以下部C1 下料管中心为中轴线，对称布置两套无外风节能型强旋流燃烧装置，同时，窑尾煤粉输送管道内径由250mm 改为230mm，降低窑尾煤粉输送用风量。

此次分解炉分级燃烧技改后，吨熟料氨水用量下降＞50%，在窑尾NOX排放浓度＜100mg/Nm3情况下，吨熟料氨水用量约为2.5kg，实现了超低排放目标，达到改造预期效果。

6 结语

电石渣制水泥生产线不同于正常石灰石制水泥生产线，需根据电石渣自身物化特性并结合生产工艺、原燃材料性质及设备特点等，全面加强生产过程环节管控。优化升级改造后，我公司2 500t/d电石渣制水泥生产线运行稳定，实现了电石渣制水泥生产低煤耗、低CO2排放、低生产成本的目标。