废气处理与车间工艺设计的改善

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1平面布置优化设计的原因和优点

这里应当首先说明一下，国外工程和国内工程是有区别的，尤其是我们的国外市场绝大部分都在发展中国家，有的甚至被联合国列为最不发达国家。我们要充分了解并理解业主目前的技术水平和对工艺流程的要求，不能和我国目前的水平完全一样。例如这条3300t/d生产线，在我国通常只用一座生料均化库，库底设一个小钢仓做入窑系统的储料仓即可，但业主却坚持要两座φ18m生料均化库互为备用，除库底各有一个小仓外，还要求在生料均化库外再设两个钢仓为入窑喂料系统，也互为备用，我们优化的前提是不能违背业主坚持的意愿。

1.1　缩小生料立磨和旋风收尘器组间矩

原设计者参考另一国外3000t/d水泥生产线，生料立磨设计产量270t/h，选用了一台德国莱歇公司LM46.4立磨，主电机2300kW，设备总重506t/台，而本工程业主要求产量320t/h，选用了一台合肥院HRM3700Q立磨，主电机3150kW，设备总重460t/台。设计者考虑到本工程立磨产量大于参考的3000t/d工程，所以立磨中心到旋风收尘器厂房外侧立柱之间矩离就应由9500mm增大到本工程的12900mm，如图1所示。设计者并不了解，原料易磨性不同，会影响设备的选型。他参考的产量3000t/d生产线原料易磨性差，所以虽然选用了磨盘名义直径φ4600mm的大磨，但产量只有270t/d。而本工程原料易磨性好，产量尽管高些，达到320t/h，但磨盘名义直径只有φ3700mm，比3000t/d系统的规格还小。所以本3300t/d工程，选用的生料立磨比他参考的3000t/d工程选用的立磨总重还轻46t。而一般为立磨正常稳定工作，要求有一个不小于设备自重300%的砼基础。这样下来，我们这条3300t/d系统的生料立磨基础承受的垂直载荷，比那个3000t/d系统地基承受的重力还要小184t。为了设备之间既紧凑又便于施工，运行后还不互相影响，一般要求立磨和旋风收尘器的厂房立柱基础下面的放大脚砼外壁间距不小于600mm即可：因为这两个厂地耐力相同，因此本工程立磨中心与旋风收尘器厂房间距完全可以由12900mm缩小到图3的9500mm，和原3000t/d流程相同，即缩短3400mm。

1.2　缩小循环风管直径

（1）循环风回到立磨由于中东地区的一些水泥厂缺少水源，废气不能采用国内常用的增湿塔降温，而使用汇风箱渗冷风来降低温度到180℃，以适应窑尾袋式除尘器的工作温度。在这个系统中，由于工艺需要，立磨后面的循环风机出口约90℃的一部分循环风要回到立磨前面再次进入立磨，其余的废气进入汇风箱，与其它气体混合，使废气温度降为180℃再进入窑尾袋式除尘器。（2）循环风管内风速的确定循环风管内的风量要根据原料含水变化而变化。因为高温风机421FN1（见图1）到立磨的热风约320℃左右，蒸发能力强，而通过循环风机出来的循环风只有90℃左右，蒸发能力弱。为了保证立磨361MC1的正常工作，就要保证磨内合理的风速，所以原料中含水少，需要的热风量应当减少，循环风用量就大。一旦循环风管上的阀门全开，循环风量仍不够降温，高温风机至立磨的主风管上还设有一个冷风阀，可以打开直接引入周围大气中温度更低（中东地区一般不超过45℃）的风，进一步降温，来满足工艺要求。（3）循环风管内的最高风速确定从以上分析可知，由于原料含水量的变化，导致循环风管内风速变化很大，有个别公司推荐循环风管内最高风速12.8m/s，实践证明这是不恰当的。我国就有个别水泥厂应设计循环风管风速偏低等原因，导致管内沉积粉尘过多，而将管道支架压塌，不得不停窑检修。根据国内大量水泥厂的使用经验，循环风管内的最高风速以18~22m/s为宜，一般不要超过25m/s，因为超过25m/s管道阻力偏大，不经济，但低于18m/s容易积灰，造成生产事故。（4）循环风管的走向循环风管应避免水平布置，因为风速低于18m/s水平管内就会积灰。当粉尘因重力向下滑落的方向与管内气流方向一致时，我们称为下行风管。根据生产操作经验及有关资料推荐，为使粉尘不在管底沉积，下行循环风管的中心线与水平线夹角不小于35°。粉尘不落方向与气流方向相反，称为上行风管。上行循环风管中心线与水平线夹角不宜小于55°。有的国外咨询公司或业主不了解情况，要求循环风管上行和下行中心线与水平线夹角都不小于60°，是不合理的，会导致管道系统高度增大，不仅增加了制造、安装费用，也增加了运行阻力，会增加水泥生产成本。遇到这种情况，我们常用粉尘逆风或顺风在管道内所受作用力不同的这一下滑原理，向他们耐心解释，一般他们都会理解并同意采用优化方案。（5）本工程循环风管的优化该厂原设计（见图1）循环风管直径φ2800mm，优化后（见图3）改为φ2240mm，并将在循环风管上的φ1500mm冷风阀设置到高温风机至立磨φ3200mm的主风管上。这样不仅循环风管直径减少了，节省了它本身及支座等的制造、安装费用，而且由于循环风管直径减少了，就能将布置于旋风收尘器组361MC1旁边（见图1）改为布置在旋风收尘器组中间（见图3），缩小了预热器塔架至立磨之间的距离2200mm。

1.3　工艺平面布置优化设计的效益

我们认为优化工艺设计要考虑的主要问题不仅是优化工艺流程，选择最适宜的设备，而且设备要有合理的间矩，及合理的巡检空间。具体到本工程的优化，主要体现在：（1）除一些输送设备缩短外，热风管道和非标准件溜子等也可以缩短，不仅降低了设备投资和安装等基建费用，而且由于管道缩短，减小了系统阻力，可以节约用电，降低生产成本。（2）有人担心窑尾预热器塔架上一级旋风预热器到高温风机的风管，从顶层的84m高到地面上高温风机，气体在垂直向下运行过程中，经前面1.2（1）条的变动，水平方向移动3mm（如图3所示）没有问题，其实这是非常可靠的，也是欧洲一些公司常用的方法，例如德国伯利休斯公司向我国山东泗水和安徽池州水泥厂供应的φ5.6m×87m回转窑窑尾预热器塔架到高温风机的管道，歪斜得更厉害，使用情况很好，没有发生问题。（3）由于本子项用地长、宽都减少了，因此可节约用地。以本项目为例，厂区原长550m，宽240m。本子项优化后长度可缩短5.6m，宽度缩窄4.5m，因此全厂有可能节约用地3794m2，约5.69亩。（4）由于厂区长、宽减小、厂区内道路、上下水管网、电缆及电缆廊道都可以缩短，又可以进一步降低工厂投资和经营费用。

2　合理降低设备布置的高度

优化前的生料立磨系统工艺布置立面如图2所示，首先我们提出优化的思路，然后对本工程采取具体措施。

2.1　确定设备布置高度的原则

（1）设备选型，废气热风管道直径，走向合理。因为过小不能满足工艺要求，但过大也增加了高度和电耗，造成浪费，也是不可取的。（2）要处理好两相邻设备间的关系。这不仅要使物料顺利、可靠地进入下一个设备，而且落差尽可能小，非标准件的适合溜角可参考《水泥工厂工艺设计手册》下册表14-6-1等资料，落点是最适合下一个设备进料的地方，物料下落的运动方向不会引起设备跑偏，物料飞溅，落料运动方向与设备运动方向一致。这样可以减少粉尘飞扬，确保废气经除尘器设备处理后，排放达标。（3）综合考虑一方面要降低整个子项工艺流程的高度。另一方面又要尽量避免和减少地下工程，选择一个最优化的方案。（4）系统标高的确定，一般都是由本系统物料出口开始，反物料流程，通过逐个设备之间，加上合理的非标准件联接起来，确定各个设备的标高。

2.2　子项标高的确定

（1）生料磨和废气处理我们确定全部设备都布置在±0.000平面之上，而且窑尾除尘系统的拉链机421CV4（见图1）的出料口与下一子项窑尾预热器塔架喂料提升机451BE1，451BE2入料口和进生料喂料钢仓的提升机391BE2入料口相连。（2）φ18m生料均化库入库提升机391BE1入料口和喂料钢仓提升机391BE2，391BE3入料口与立磨系统旋风收尘器组361MC1下气力输送斜槽361AS3卸料口相连。（3）废气处理优化的措施是将拉链机421CV4的原设计（见图1）长度27300mm缩短4500mm，改为图3的22800mm长。由水平在标高4.700m平台改为机尾在地平面，机头向上10°倾斜布置。这台拉链机向上倾斜10°，仍然会可靠地工作。因为①这一倾斜角度在拉链机允许范围内；②它的总长度只有20m多一点，物料爬升的高度也不大，其中的链条和传动装置受力都在合理范围内；③输送物料是以生料为主的粉状物料，对设备磨蚀性不大；④拉链机通过几十年的技术进步，质量提高，能适应这种工况条件，在国内水泥厂类似场合使用证明工作是可靠的。（4）由于这一优化，拉链机421CV3的巡检廊道平台可由标高6.5m降低到2.5m，窑尾大袋除尘器421BF1和汇风箱421GC1的土建平台标高由9m降低到5m，总高度降低4m，这个底层厂房仍够作窑尾电气室使用，基建投资也可以大大降低。这些由图1和图3平面图中所示的标高就可以看清楚了。为节省篇幅，这里不画出优化前后的立面图。（5）生料粉磨系统，降低旋风收尘器组361MC1的土建结构高度，由图2优化到图4。原设计旋风收尘器362MC1布置偏高，使土建平台的高度达28.5m。经我们缩短立磨、旋风收尘器组和预热器塔架之间的间矩，并将高温风机421FN1移动位置后，这一土建结构高度降低4m。不仅节约了土建投资，也可以节约设备和热风管道的安装费用。（6）降低旋风收尘器组361MC1进出口风管高度。由图2优化到图4，旋风收尘器进风管高度可降低10m。由管中心最高45.9m降到了35.9m。出风管高度也由图2降低到图4所示高度。这不仅降低了高度，而且也缩短了热风管道总长度。既可节省基建投资，又可以减小系统阻力，降低生产经营成本。另外旋风收尘器布置在生料立磨361SR1这样的振动源附近，建筑物和设备越高，振动就越大。我们大幅度降低了旋风收尘器组和热风管道的高度，也可以减小振动，有利于安全生产和巡检。

3　一点说明

原布置图（见图2）还存在一个技术问题，热风炉361HG1φ2000mm出风管不能垂直接在高温风机到立磨φ3200mm主风管的正下方。因为φ3200mm倾斜管道底部总有沉积下来的粉尘不断地由上向下滑落。如果热风炉出口φ2000mm风管接正下方，不久后φ2000mm风管内就积满了灰，361VM1阀门被积灰压死，也打不开了，使热风炉的热风不能进入立磨系统。故热风炉φ2000mm出风管道应在φ3200mm主管侧部或上部插入（见图4）。总之，这些年来我们的新型干法水泥厂设计在不断进步，已取得了优良的成绩。但仔细检查，我们认为还有优化的空间。由这里我们具体讨论的某国外3300t/d水泥生产线生料立磨和废气处理系统可见，有些项目还可以布置得紧凑一些，高度降低一些，这既减少了基建投资，也会减少投产后的经营费用。

作者：张晓辉 辉 赵钢 刘启元 单位：浙江中成建工集团有限公司 中建材国际装备有限公司