- 原生产状况分析
金隅冀东西北某公司烧成系统采用了冀东装备的五级双系列旋风预热器、管道式在线分解炉、Ф4.8×74m回转窑、第4代篦冷却机等设备。该生产线于2009年建成投产，目前产能稳定在6500t/d左右，标煤耗约103kg/t.cl，烧成系统电耗28.72 kWh/t.cl，熟料电耗64.48kWh/t.cl。为进一步提高产量，优化能耗指标，拟对生产线进行技术改造，控制NOx排放满足国家及地方标准，以实现熟料产量≥6500t/d且稳定运行的目标。改造设计中，厉行节约，物尽其用，尽可能降低改造工程的投资，以最小的投入获取最大的经济效益。
2. 烧成系统现状
2.1 烧成系统主机规格及参数表
| 名称 | 单位 | 型号及规格 | ||
| 预热器 | 型号 | 五级双系列预分解旋风预热器 | ||
| 规格 | C1 | mm | 4-φ5000 | |
| C2 | mm | 2-φ6900 | ||
| C3 | mm | 2-φ6900 | ||
| C4 | mm | 2-φ7200 | ||
| C5 | mm | 2-φ7200 | ||
| 分解炉 | 规格 | 炉体 | mm | Φ7500 |
| 管道 | mm | Φ5650 | ||
| 有效容积 | m3 | 4-φ5000 | ||
| 回转窑 | 规格 | m | Ф4.8×74 | |
| 斜度 | % | 4 | ||
| 转速 | r/min | 0.396~4 | ||
| 电机功率 | kW | 630 | ||
| 三次风管 | mm | Φ3200 | ||
| 篦冷机 | 型号规格 | 四代篦冷机 | ||
| 篦床面积 | m2 | 133.2 | ||
| 窑头袋收尘器
（改造后） |
风量 | m3/h | 650000 | |
| 窑头排风机 | 风量（改造前） | m3/h | 700000/580000 | |
| 全压（改造前） | Pa | 2200/3200 | ||
| 电机功率 | kW | 800（已改造成1250kW） | ||
| 窑尾高温风机（变频） | 风量 | m3/h | 930000/850000 | |
| 风压 | Pa | 7500/7800 | ||
| 电机功率 | kW | 2800 | ||
（2） 原燃料
2.2 改造前主要经济技术指标
改造前主要经济技术指标
| 设计产量（t/d) | 5000 | 实际产量（t/d) | max6500 |
| 实物煤耗（kg/t.cl） | – | 标准煤耗（kg/t.cl） | 103 |
2.3 系统存在的主要问题及分析
- 烧成系统阻力偏高，不同风机厂家测定的风机效率偏差较大，计划增加SCR后、进一步提产时高温风机能力吃紧，若不进行系统技改，需更换效率更高的风机；
- C1旋风筒本身阻力高达1500Pa，内部结构不适应高风量的工况，进口风速高，分离效率偏低，约92%；
- 分级燃烧改造导致炉内煤粉分布不均衡，且炉容相对于产量而言偏小，煤粉燃烧不完全，导致炉出口CO高，影响SNCR还原反应进行，氨水耗量高；NOx排放不能控制小于50mg/Nm3。
- 目前协同处置危废，是导致CO波动大、排放浓度高的另一个主要原因。危废成分、水分、热值的波动会直接影响分解炉和窑的运行稳定性，应特别予以重视。
- 烧成系统煤耗偏高，一方面源于C1出口温度较高，较高浓度的CO导致的不完全燃烧，氨水使用量较高，也是热耗偏高的一个原因；
2.4 运行参数计算对比
根据工艺参数和生产数据，计算目前烧成系统运行参数如下表：
| 类 别 | C1 | C2 | C3 | C4 | C5 | 炉 |
| 旋风筒个数 | 4 | 2 | 2 | 2 | 2 | 1 |
| 工作温度℃ | 325 | 520 | 680 | 780 | 870 | 880 |
| 工作负压 Pa | ~5600 | ~4100 | ~3400 | ~2300 | ~1450 | ~800 |
| 旋风筒断面风速 m/s | 3.44 | 4.90 | 5.77 | 5.63 | 5.90 | 10.49 |
| 出口风速m/s | 15.52 | 18.66 | 19.54 | 19.73 | 20.68 | 12.31 |
| 进口风速m/s | 17.65 | 19.89 | 20.64 | 19.60 | 18.88 |
考虑到增加SCR脱硝系统后，系统工作阻力将大幅提高约1000Pa，有必要对预热器进行降阻改造，以降低总的电耗；并且SCR系统对粉尘含量比较敏感，热工标定数据显示，现有C1出口粉尘浓度约95g/Nm3,略高于预热器的设计基准（80），也需要对C1做改造，在不大幅增加其阻力的情况下，提高收尘效率。
3. 烧成系统改造方案
本项目改造方案的确定，基于对现有设备、管道制作安装状况的了解，生产工艺参数的摸底调查，在此基础上对关键工艺参数进行理论计算，并结合了计算流体力学（CFD）模拟结果，在保证方案可靠性的同时，不做过度的改造，节省投资和施工时间。
- 分解炉及三次风管
现有分解炉结构参数、现有产量下经过理论核算分解炉运行参数如下表所示：
分解炉 |
本体直径 | m | Φ7.5 |
| 有效本体高度 | m | 30.51 | |
| 出口直径 | m | Φ5.65 | |
| 鹅颈管高度 | m | 35.3 | |
| 总有效容积 | m3 | ~2100 |
现有分解炉炉容约2100m3，在现有产量下，气体停留时间约为5.02s，若进一步提产，分解炉需扩容改造。
本次改造拟利用框架的已有空间，加大分解炉至C5旋风筒风管直径并将弯头抬高约2m，经过改造后分解炉炉容可增加600m3以上，同时采用新型防积灰弯头设计，消除顶部弯头积灰。
- 旋风筒及连接风管
在现有6500t/d产量下，各级旋风筒截面及进出口风速偏高。
为了控制提产后预热器的阻力，增加C2~C5旋风筒进口面积，并对进口进行防积灰改造，连接风管进行相应调整。
增加C1旋风筒内部构件，增加内筒长度，提高分离效率；同时适当增加C1进口面积，降低阻力。
- 烟室
将烟室缩口面积适当增大，具体尺寸根据停窑检查的结果确定。
- 脱硝系统优化及新增SCR
对现有SNCR、分级燃烧优化改造，在此基础上，综合考虑，新增SCR脱硝系统。
1）设备改造清单
| 项目 | 改造内容 | 备注 |
| 预热器 | （1） 分解炉扩容
加大分解炉至C5接管管径 锥部燃烧系统优化，喷煤管道更换 窑尾框架进行相应改造 |
|
| （2）C1旋风筒部分改造蜗壳及内筒，增加内部构件 | 以提高分离效率为主要目标 | |
| （3）C2~C5旋风筒扩大进口面积，连接风管相应改造 | 改造了C1，C4，C5三级 | |
| （4）烟室与分解炉链接缩口扩大 | ||
| （5）修复、更换部分撒料箱、翻板阀 | 根据检查结果，若有必要厂方根据原有图纸实施 | |
| 高温风机 | 理论计算，在进行系统改造后，风机可以满足使用要求 | 建议暂不更换风机 |
| 新建SCR
|
（1）原有增湿塔拆除，基础加固，根据SCR反应器改造
（2）废气处理系统改造 （3） 新建SCR反应器，进出口管道配套 （4） 新增管道增湿系统 （5）喷氨系统改造
|
- 改造后烧成系统指标
经过系统改造后，熟料产量可稳定在6600 t/d以上，预热器系统阻力降低约900Pa，NOx排放小于40mg/Nm3。
| 目标 | 改造后 | |
| 熟料产量 | ≥6500tpd | 6666tpd |
| 热耗 | ~103Kg.ce/t.clk | ~101-102Kg.ce/t.cl |
| C1出口负压 | ~5200-5300Pa | ~4700-4800Pa |
| C1出口温度 | 340℃ | 315℃ |
| C1分离效率 | 93% | 有待测定 |
| C1出口CO | <1000ppm | <1000ppm |
| 烟气排放 | NOx＜45mg/Nm3 | NOx<40mg/Nm3 |
| 脱硝综合消耗 | 氨水用量≤3kg/tcl | 氨水用量：~2.0kg/tcl |
效益估算
提产效益：改造完成后系统提产200t/d，按年运转200天，则新增熟料产量4万吨，按吨利润50元计算，年新增利润200万元。
节煤效益：标煤耗降低1kg以上（有待盘库数据验证），按熟料产量约150万/年吨计算，标煤价按1200元/t计算，则年节约煤炭1500吨，费用约：180万元/年。
节省氨水：节省氨水（20%浓度）至少2.0kg/t.cl，按熟料产量约150万/年吨计算，氨水价按800元/t计算，则年节约氨水约3000吨，费用约：240万元/年。
省电效益：目前系统阻力降低900Pa,待C2、C3改造实施后，总体阻力可降低1000Pa以上，理论计算可降低电耗1.15kWh/t.cl，按熟料产量约150万/年吨计算，d电价按0.6元/kWh计算，则年节约用电135万度，费用约：103.5万元/年。
投资节约：高温风机更换费用250万元。
高温风机按照十年折旧期计算，综合以上效益约748.5万元/年。考虑到SCR催化剂的更换费用约为50万元/年，系统技改后，年净收益可达700万元。
改造后系统数据
改造前系统数据
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