4500t/d水泥回转窑提产降耗技改优化
引言
目前水泥企业单线设计产能规模4500~5000t/d水泥生产线高达90%以上，数量上百条，在国家倡导供给侧改革大背景下，在环保错峰生产常态化的形势下，提供水泥回转窑的台时产能尤其重要，特别是在销售旺季，产能直接影响销售出货量，进而影响企业效益。
4500t/d新型水泥熟料生产线是目前水泥生产线单线主要且应用多的规格，2017年底，全国新型干法水泥生产线累计1715条（注:去除部分2016年已拆除或无法恢复的生产线），设计熟料产能达18.2亿t，4500t/d线数量居多达上千条，水泥回转窑及其驱动控制系统设备是水泥生产全线设备的关键核心，回转窑的转速又很大程度上决定着生产线的产能，近年来水泥等过剩产能行业实行秋冬季错峰生产、开二停一等等管控、限产措施，水泥全年有效生产时间一下减少近1/3，有的地区甚至全年仅有半年的允许生产时间，被政策牢牢绑定的水泥企业很是无耐，如何在有效的生产时间内产出更多水泥熟料保证销售出货量利润提升成了企业高管们关心的重点。在此特别探讨一下如何利用回转窑提速进而达到提产增效的目的。
某公司于2012年9月建成4500t/d新型水泥熟料生产线，设计年生产水泥用熟料139.5万t。工艺流程简介：生料进入五级旋风预热器后，在自上向下逐级运动的逐步预热、分解。预热器具有较高的热交换效率。生料经过预热器和分解炉，碳酸盐大部分分解后，进入Φ4.8×72m回转窑进行煅烧。分解炉所用热风来自冷却机的三次风，更有利于煤粉的燃烧。出预热器的废气经过PH 锅炉后由高温风机排入废气处理系统。出窑熟料进入篦式冷却机进行冷却，出冷却机熟料温度为 65℃＋环境温度。大块熟料经冷却机出料端的破碎机破碎后，由链斗输送机送往熟料库。
2.1 技改优化涉及的设备
1）回转窑：采用的基本是通用的φ4.8×72m米规格，设备图纸按天津水泥工业设计研究院图纸，经中信重工机械股份有限公司转化后图纸生产。数量：1台（套）；规格：φ4.8×72M（筒体内径×长度）；型式：单传动、单液压挡轮；支承：3档；斜度：3.5%（正弦）；转速：主传动 0.396～3.96 r/min；辅助传动11.45r/h；旋向：从窑头向窑尾看窑为逆时针方向旋转。附属设备包含窑头罩、耐火材料、筒体部分、传动装置、大齿圈装置、齿轮罩、支承装置、带挡轮支承装置、挡轮油站、主减速机油站、冷却风管、窑头和窑尾密封装置、挡砖圈、地脚螺栓等。
2）篦冷机：推动篦式冷却机用于5500t/d熟料生产线的熟料冷却、破碎及输送；规格型号TC-12108；型式：充气梁型篦冷机；额定能力：5500t/d；入料：1370℃，出料：环境温度+65℃；篦床有效面积:128.6m²；传动段数:3 段；单位冷却风量:2.1～2.3Nm³/kg.cl。
3）预热器：TTF炉型5500t/d窑尾预热器用于5500t/d熟料生产线的生料预热和预分解；额定能力：5500t/d(与φ4.8m回转窑匹配)，主要包含：C1-C5 级旋风筒及内筒、C1-C5级下料管（含料管上锁风阀和分料阀）、气体管道，撒料装置、TTF分解炉（含窑尾燃烧器一套）、喂料室（含喂料舌头、喂料室冷却风机）、脱氮风管（含脱氮风管用闸板阀）等。
4）主驱动电机：型号及主要参数：ZSN4-400-92；额定功率：630 kW；额定电压：660 VDC；额定电流：1 020A；额定转速：1 000rpm；励磁电压：180 V；励磁功率：4.75 kW；励磁电流：26.4 A；调速范围：100-1 000rpm；绝缘等级：F 级；防护等级：IP44；冷却方式：IC37；启动转距：2.5 倍；定子测温元件（与主电机装配在一起），数量：3组，规格：Pt-100，精度：0.1 级；测速发电机（与主电机装配在一起），型号：ZYS-3A，额定功率：22 W，额定电压：110V，测速范围：0～2 000 rpm，数量：1 套。
5）主驱动减速机：型号参数：JH800C；输入功率：630 kW；输入转速：1000r/min；速比：30.848:1；数量：1 套。
6）配套驱动调速控制系统型号及主要参数：全数字直流调速器 M1850，磁场控制器 FXM5。
7）全密封油浸整流变压器型号及主要参数：型号：ZTS11-M-1400/10.5/0.59；额定容量：1 400kVA；额定电压：一次侧：10 kV±2×2.5%；二次侧：0.59 kV（根据直流传动柜输入要求电源确定）；轨距：纵向 /横向820×820 mm（安装孔中心距，参考数据），相数：三相，频率：50 Hz，冷却方式：油浸自冷。
2.2 技改优化方案、原理
目前国内大多水泥回转窑驱动系统采用直流电机 +全数字直流电动机调速控制系统，其核心为全数字直流电动机调速驱动器，国内主流应用大多采用 CT、ABB、SIEMENS等进口品牌全数字直流电动机调速控器或者全数字直流调速驱动系统，驱动器能对电机的速度和转矩进行全面，输出电流范围25 A~1 850A，全系列产品具有控制、监测、保护和串行通讯的功能。运行参数可由面板或通过串行通讯接口进行选择和修改。直流电动机在实际运用中必须控制的量是速度、输出转矩和转向。速度与电枢反电动势成正比，与磁通成反比，转矩与电枢电流和磁通成正比，转向简单地由电枢和励磁电压的相对极性决定。以下为必须控制的量：
1）电枢电压：反电势是电枢电压的一部分。若假定磁场不变，控制电枢电压能完全控制速度直到电枢的大电压设计值。电枢电流也是电枢电压的函数。在速度能达到的范围内，转矩也由电压控制。只要磁场是完全激励的，从零速到大电枢电压(基速)一般能保持大转矩。
2）励磁电压：它决定励磁电流，从而决定磁通量。若励磁电压能独立于电枢电压变化，在满功率（满电枢电压）下速度可以超过电压提供的基速点并且电流为大值。因为转矩直接与磁通成正比，当速度由弱磁开始增加时大转矩减少。直流调速是控制电枢的端电压从而控制电机的电流。如要求速度超过基速，则驱动器必须有控制磁场的能力。工作在基速以下的系统，采用独立励磁方式，可扩展速度和转矩的控制功能，以满足更复杂的电机应用场合。
3）直流调速原理：单相电源给一个可控硅全控桥供电，在电阻负载上所产生的电流是断续的。当可控硅被触发时有电流，当电源电压在每半个周期过零时电流消失。当触发角完全推前时整流桥得到大电压输出。触发角后移时电流输出减少。当负载是感性时，如电机或者触发角充分推前时电流变为连续。电流基波滞后于电压，一部分原因是负载的电感特性，另一部分原因是触发角延迟。
4）根据运行原理分析，根据驱动器的大输入电压：主回路 480 V+10%标准，525 V+10%可选，660V+10%特殊订货，推荐选取大电机电压，电枢电压 Varm=1.15* 电源电压 Vsupply，1.15*660=759；其中，0大电枢电压值 0~1 000，出厂设定值+600 选用标定因子 1.2 允许实际电枢电压比大值高出 20%，以生产超调；03.06高转速 0~1 999 出厂设定值 +1 750rpm。调整设备、优化修整关键技术参数：调整整流变压器输出即提高直流调速系统输入电压至 660 V，使电枢电压接近 690V；调整励磁控制器稳定励磁电压和电流至额定值，逐步提速加产使回转窑转速达额定 3.96r/min，台时达 260 多t，改造前后主要参数如表1、表2所示。
表1 电气运行参数
表2 系统运行指标
数据对比分析，技改优化使得水泥回转窑迅速提产超 10%，单位消耗下降超 10%的历史性突破，高产低耗，质量稳定。
公司通过对回转窑系统电气技改优化后，台时产能迅速提升，并非常有利于回转窑内物料实现薄料快烧，确保了出窑熟料强度质量，高产低耗，充分说明此次技改改优化后已有效解决了产能扩大及节能降耗的瓶颈问题，通过多年运行实践，公司运行质量综合排名集团，行业，应该说此项改造非常成功。