摘要：煤粉計(jì)量與輸送是水泥廠燒成系統(tǒng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。目前，國內(nèi)外新型干法水泥生產(chǎn)線燒成燃煤計(jì)量主要采用轉(zhuǎn)子秤和科里奧利秤。下面僅就這兩種計(jì)量設(shè)備在國外某 5000t/d 生產(chǎn)線的選型實(shí)例，淺析煤粉計(jì)量秤對熟料燒成能耗以及生產(chǎn)工藝方案的影響。

煤粉計(jì)量與輸送是水泥廠燒成系統(tǒng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。煤粉計(jì)量設(shè)備連續(xù)穩(wěn)定的運(yùn)行， 是穩(wěn)定水泥燒成熱工制度，提高熟料產(chǎn)質(zhì)量，降低煤耗，保證系統(tǒng)安全和連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)的關(guān)鍵因素。目前，國內(nèi)、外新型干法水泥生產(chǎn)線燒成燃煤計(jì)量主要采用轉(zhuǎn)子秤和科里奧利秤。下面僅就這兩種計(jì)量設(shè)備在國外某 5000t/d 生產(chǎn)線的選型實(shí)例，淺析煤粉計(jì)量秤對熟料燒成能耗以及生產(chǎn)工藝方案的影響 。

1 工藝及設(shè)備參數(shù)

該5 000t/d 生產(chǎn)線設(shè)計(jì)熟料熱耗指標(biāo)為3032kJ/kg，燒成燃煤煤質(zhì)波動較大，其熱值19011~28304kJ/kg之間，工藝設(shè)計(jì)值為23000kJ/kg。另外，業(yè)主要求煤粉制備采用窯尾廢氣烘干，由于地形影響，總圖布置中煤粉制備車間與窯頭車間距離較遠(yuǎn)，煤粉倉至窯頭燃燒器輸送距離為：水平170m，高度16m，彎頭10個;煤粉倉至窯尾燃燒器輸送距離：水平70m，高度35m，彎頭6個。據(jù)此計(jì)算煤粉計(jì)量秤的主要選型參數(shù)見表 1 。

2 方案比較

2.1 煤粉輸送穩(wěn)定性

雖然對于5000t/d生產(chǎn)線，窯頭用煤量很少用到16t/h，但設(shè)計(jì)考慮了最差煤質(zhì)工況狀態(tài)及某些自身的情況。對于窯頭煤粉秤，如果輸送距離不超過150m，轉(zhuǎn)子秤廠家承諾可滿足工藝要求，對應(yīng)工藝方案如圖1 所示。

圖 1 至窯頭輸送距離 <150m 時轉(zhuǎn)子秤工藝流程喂煤穩(wěn)定性決定著回轉(zhuǎn)窯和分解爐的運(yùn)行及熟料質(zhì)量，當(dāng)喂料量波動過大時，會造成分解爐堵塞，窯內(nèi)結(jié)圈，跑生料的現(xiàn)象，嚴(yán)重影響生產(chǎn)的正常運(yùn)行。因此，本生產(chǎn)線工藝布置中，當(dāng)窯頭煤粉輸送能力超過16t/h 時，轉(zhuǎn)子秤會發(fā)生輸送不穩(wěn)定的現(xiàn)象，此時需在窯頭車間增加煤粉倉，將用于窯頭的煤粉秤移到此倉下，并需增加螺旋泵將煤粉從煤磨車間送至此倉， 這樣方可保證穩(wěn)定的喂煤，工藝方案如圖 2 所示 。

圖 2 這種方案的變化以及設(shè)備的增加，意味著設(shè)計(jì)的變更及工程成本的增加，這是在總包項(xiàng)目中最難以接受的。而如果使用科里奧利秤就不存在此問題，科里奧利秤不需要工藝方案做任何改變即可滿足煤粉輸送的穩(wěn)定要求， 其工藝方案如圖 3 所示 。

2.2 輸送煤粉至窯頭用羅茨風(fēng)機(jī)

根據(jù)兩個廠家提供的輸送煤粉至窯頭的送煤風(fēng)量及風(fēng)壓，羅茨風(fēng)機(jī)選型結(jié)果見2。 按照窯系統(tǒng)年運(yùn)轉(zhuǎn)率 90%計(jì)算，采用科里奧利秤每年可節(jié)省用電82.78 萬kWh。

2.3 輸送煤粉至窯尾用羅茨風(fēng)機(jī)

根據(jù)兩個公司提供的輸送煤粉至窯尾的送煤風(fēng)量及風(fēng)壓，羅茨風(fēng)機(jī)選型結(jié)果見表3。按照窯系統(tǒng)年運(yùn)轉(zhuǎn)率90%計(jì)算，采用科里奧利秤每年可節(jié)省用電50.46萬kWh。

2.4 窯頭燃燒器用一次風(fēng)機(jī)

按天津院《煤粉燃燒器系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)程》， 窯頭一次空氣量按窯頭燃燒空氣量的 10%計(jì)算， 其中窯頭燃燒器送煤風(fēng)與凈風(fēng)比例可定為 3.75∶6.25。窯頭凈風(fēng)由羅茨風(fēng)機(jī)提供，壓力取 25 kPa， 其選型結(jié)果見表4。按照窯系統(tǒng)年運(yùn)轉(zhuǎn)率 90%計(jì)算，采用科里奧利秤一年可節(jié)省用電 49.98 萬 kWh。|

2.5 壓縮空氣

本項(xiàng)目設(shè)計(jì)窯頭與窯尾共用一個煤粉倉。轉(zhuǎn)子秤配置大致如下：煤粉倉錐體配有一個攪拌器，每臺秤帶有一個 Pre-hopper(校驗(yàn)小倉)，每個檢驗(yàn)小倉配置一個攪拌器。 攪拌器需壓縮空氣輔助攪拌，使煤粉均勻并穩(wěn)定地卸料，每個攪拌器消耗壓縮空氣 100m3/h;最后每臺轉(zhuǎn)子秤噴吹轉(zhuǎn)子中的煤粉需要 12m3/h。 如果不計(jì)入氣動閘板閥的耗氣量，轉(zhuǎn)子秤共需壓縮空氣324m3/h(標(biāo)態(tài))。 科里奧利秤采用壓縮空氣來保證軸承周圍的微正壓，防止水、煤粉進(jìn)入軸承而影響計(jì)量精度以及軸承壽命，如果不計(jì)入氣動閘板閥的耗氣量， 共需壓縮空氣 65m3/h(標(biāo)態(tài))。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，0.7MPa的壓縮空氣 1m3(標(biāo)態(tài))消耗功率 0.086 7kW，得出壓縮空氣相關(guān)參數(shù)見表 5。 按照窯系統(tǒng)年運(yùn)轉(zhuǎn)率 90%計(jì)算，采用科里奧利秤時，每年節(jié)約用電 17.70 萬 kWh。

2.6 熟料燒成熱耗

1)在用煤量不變的情況下，無論一次風(fēng)量如何變化，燒成系統(tǒng)所需總風(fēng)量是不變的。一次風(fēng)量的增加必然造成二次、 三次風(fēng)量的減少， 燒成系統(tǒng)從冷卻機(jī)回收熱量減少，而這部分減少的熱量需要由一次燃料( 煤) 來補(bǔ)充， 即單位熟料燒成熱耗必然增大。窯頭選用轉(zhuǎn)子秤時一次風(fēng)量 VY1K 為 16 853m3/h( 標(biāo)態(tài)，下同)，選科里奧利秤時一 次風(fēng) 量 VY1K為10 043m3/h，轉(zhuǎn)子秤多出 6 810m3/h， 即入回轉(zhuǎn)窯二次風(fēng)量 VY2K 減少 6 810m3/h。 使用不同秤時， 熟料燒成熱耗的變化計(jì)算如下( 忽略飛灰的顯熱差值)：

?

因此窯頭使用轉(zhuǎn)子秤比使用科里奧利秤熱耗增加 QY2K-QY1K=9.15 ×106kJ/h， 即單位熟料熱耗增加43.90kJ/kg。

2)按《煤粉燃燒器系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)程》， 窯尾燃燒器送煤風(fēng)與凈風(fēng)比例可定為 3.5∶4.5。窯尾選用轉(zhuǎn)子秤時入分解爐一次風(fēng)量VF1K為10 844m3/h，選科里奧利秤時參數(shù) 風(fēng)量( 標(biāo)態(tài) )入分解爐一次風(fēng)量 VF1K 為8 073m3/h ，轉(zhuǎn)子秤多出2 771m3/h，即入分解爐三次風(fēng)量 VF3K 減少2 771m3/h 。

當(dāng)三次風(fēng)溫度為 950℃時，空氣的平均恒壓比熱值為1.407kJ/(m3· ℃)，計(jì)算得：

按照窯系統(tǒng)年運(yùn)轉(zhuǎn)率 90%、煤熱值23 000kJ/kg計(jì)算，選用轉(zhuǎn)子秤時，燒成系統(tǒng)每年多耗煤4254t，燒成系統(tǒng)熱耗增加 61.15kJ/kg。

2.7 燃燒器對送煤風(fēng)的要求

本項(xiàng)目設(shè)計(jì)采用燃燒器相關(guān)參數(shù)見表 7.

從表 7 可看出，轉(zhuǎn)子秤窯頭煤粉秤的送煤風(fēng)量遠(yuǎn)大于燃燒器的要求。為保證獲得強(qiáng)有力的窄火焰，轉(zhuǎn)子秤公司需加大燃燒器的管道直徑， 加大后的燃燒器對燒成系統(tǒng)將有一定的影響，火焰較難控制，對窯操作人員的要求很高，不利于熟料的質(zhì)量控制，同時也增加了燃燒器的成本。

3 方案選擇及結(jié)論

綜上所述， 對于本工程這樣一個典型的5 000t/d生產(chǎn)線，煤粉計(jì)量控制環(huán)節(jié)使用轉(zhuǎn)子秤與科里奧利秤的能耗比較見表8。

故科里奧利秤在節(jié)能降耗方面具有很大的優(yōu)勢，有利于保證項(xiàng)目的熱耗和電耗指標(biāo)，對于投資方來說可更好地保證熟料質(zhì)量， 降低后期的生產(chǎn)成本。

由于轉(zhuǎn)子秤采用其特有的前饋控制技術(shù)， 具有計(jì)量精度高、喂料穩(wěn)定的特點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用，目前國內(nèi)已有 300 余家新型干法水泥生產(chǎn)線采用了該產(chǎn)品。 科里奧利秤研發(fā)問世后，因其在節(jié)能降耗方面的優(yōu)勢而被諸多設(shè)計(jì)院認(rèn)可，目前被國內(nèi)2 500~6 000t/d、12 000t/d 等約 200 家水泥生產(chǎn)線所采用 。鑒于上述分析， 我們推薦采用科里奧利秤 ，然而業(yè)主卻堅(jiān)持采用轉(zhuǎn)子秤作為本項(xiàng)目的煤粉計(jì)量設(shè)備。為了不增加工程的投資成本，又能保證轉(zhuǎn)子秤的正常使用， 總包方只有修改煤粉輸送管道的布置， 改變以往煤粉輸送管道利用窯中構(gòu)筑物布置的方式， 用最少的彎頭數(shù)量、 最短的輸送距離將煤粉送至窯頭 并在熱耗及電耗指標(biāo)上向業(yè)主提出了浮動的要求。

另外， 對于燃燒器的設(shè)計(jì)也應(yīng)考慮煤粉濃度： 3～6kg/m3( 標(biāo)態(tài))， 實(shí)際考慮 4.0kg/m3; 實(shí)際使用時考慮煤質(zhì)變化的波動，最小煤粉濃度應(yīng)>3.5kg/m3; 如果設(shè)備廠家沒有提供此參數(shù)，可以用煤粉的輸送能力和所用風(fēng)量相除計(jì)算此值， 或?qū)ζ涮峁┑膮?shù)予以驗(yàn)算 。

在選擇煤粉計(jì)量設(shè)備時， 一定要綜合考慮各方面的影響因素，如果業(yè)主堅(jiān)持按其偏好選擇設(shè)備，而煤粉輸送濃度不能滿足上述要求時，我們應(yīng)以書面形式明確告之：系統(tǒng)運(yùn)行后的熱耗指標(biāo)將會提高，或設(shè)計(jì)方案需按圖2變更才能保證熱耗指標(biāo)。

轉(zhuǎn)子秤和科里奧利秤都具有先進(jìn)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)、流暢的倉卸料系統(tǒng)以及優(yōu)異的喂料設(shè)備。 但是由于測量原理的差異，使得科里奧利秤做的精巧細(xì)致， 轉(zhuǎn)子秤則顯得厚重穩(wěn)定。正是由于精巧細(xì)致，科里奧利秤的秤體軸承需嚴(yán)禁水和煤粉的進(jìn)入，否則會很快磨損而難以繼續(xù)工作，測量精度難以保證，這時需停窯維修，給水泥廠造成較大的經(jīng)濟(jì)損失，因此科里奧利秤在操作管理上對操作人員具有很高的要求。 轉(zhuǎn)子秤在操作管理上則沒這么嚴(yán)格?？傊D(zhuǎn)子秤和科里奧利秤互有利弊，而從節(jié)能減排方面考慮，宜選擇科里奧利秤作為煤粉計(jì)量及輸送設(shè)備。

參考文獻(xiàn) ：

[1] 王君偉，李祖尚. 水泥生產(chǎn)工藝計(jì)算手冊[M]. 北京：中國建材工業(yè)出版社，2001.

[2] 天津水泥工業(yè)設(shè)計(jì)研究院有限公司 .煤粉燃燒器系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)程( 內(nèi)部資料)， 2007