某厂为天津水泥工业设计院设计5000t/d水泥熟料生产线，采用双系列五级旋风预热器+TTF型分解炉。随着环保排放标准的降低，公司于2018年4月委托河南某公司进行脱硝改造，改造采用分级燃烧+SNCR方式，改造后氮氧化物排放浓度小于100mg/m³，氨水喷入量小于1t/h，回转窑产量和质量受影响较大，窑产量由改造前6100t/d降至5200t/d，熟料3d抗压强度由31MPa降至27MPa，最终使产量和质量得到提高。(1)烧成窑尾及废气处理。预热器参数：C1:4-4700 C2:2-ф6800 C3:2-ф6800 C4:2-ф6800 C5:2-ф6800，天津院TTF中7600×59750分解炉；窑尾高温风机风量820000m³/h，静压7700Pa。(2)烧成窑中：ф4.8m×74m回转窑，斜度4％，主传速度0.4～4r/min，TCNB-K55四风道喷煤管，燃煤能力15t/h(最大)。(3)烧成窑头及废气处理：TTFC第四代篦冷机，冷却面积136.2m²(1)窑尾燃烧器。窑尾送煤罗茨风机不变，采用变频调节减少入分解炉冷风量。流量60m³/min，压力25～30kPa；窑尾送煤管道更换，主管路由原外径ф350mm调整为ф245mm，更换原单筒窑尾燃烧器为HJFJL-5000旋风燃烧器，以保证煤粉快速扩散，均匀混合。调整四个窑尾燃烧器位置到分解炉锥体底部烟室连接处上部适当位置。(2)C4下料管的技改方案。对C4下料管下部入口进行调整，调整至连接处上部，并设置撒料板。(3)三次风管技改。将原三次风闸板后的管路拆除，将原三次风进口处封闭，新三次风入口调高1.8m与三次风闸板处相连，相应的增大了分解炉锥体部位还原反应区的高度。(4)氨水喷射系统的技改。优化现有氨水喷射系统，更换新型喷枪，更改喷入点位置由原分解炉第三节位置到分解炉出口入C5管道下部。分级燃烧改造以后，当控制氮氧化物排放浓度小于100mg/m³，氨水喷入量约600kg/h，达到了预期改造效果，但改造后产质量下降严重。具体操作参数见表1。回转窑产量由6100t/d降至5200t/d，产量下降明显；熟料实物煤耗由检修前的138kg/t熟料增至实物煤耗155kg/t熟料，能耗太高；熟料产品游离钙居高不下，为迁就回转窑煅烧熟料率值由KH=0.91，SM=2.55，IM=1.5调整为KH=0.88，SM=2.55，IM=1.5，熟料3d抗压强度由32MPa降至27～28MPa，熟料质量下降明显，经调整操作参数以及更换原材料品位回转窑产质量没有明显的好转，因此更加判断是分级燃烧改造造成的影响。(1)分级燃烧以后，煤粉在分解炉锥体燃烧，分解炉缩口风量以及风速发生变化造成分解炉塌料(在烟室用钎子探入有明显物料冲击感)，使一部分未分解的生料入窑，增大回转窑煅烧负荷影响产量。(2)分级燃烧以后增大了分解炉和缩口部位的阻力，使窑内通风量减少，三次风闸板开度降低(三次风闸板由改造前50％降到30％)，窑尾分解炉喂入煤粉燃烧所需三次风量降低，造成煤粉燃烧不完全，窑尾烟囱检测CO浓度≥2200×10-⁶，不完全燃烧产生的热量损失较高，同时也影响熟料产量；另外三次风闸开度降低增大了预分解系统的整体阻力增加了系统电耗。四级下部下料管(分解炉锥体部位下料)，落差太高(高度约25m)，物料冲出撒料箱，物料分散差，造成未分解料流冲击进人烟室。C1出口温度高(330～340℃)能耗高，高温风机转速720r/min时高温风机进口压力6400Pa，C1出口压力-4800Pa，系统阻力大。(1)解决分解炉塌料问题，提高产量到6100t/d以上。(2)降低熟料实物煤耗13kg/t熟料，标煤耗降低10kg/t熟料以上。分解炉缩口存在塌料现象，是分解炉内风速风量与四级下料风料不匹配造成的，因此首先对分解炉缩口尺寸进行技改，分解炉缩口设计尺寸为ф2400mm，高度800mm，通过理论计算，得出烟室缩口风速约30m/s，符合分解炉设计要求，我厂对分解炉缩口的改造如下：增加分解炉缩口直径，增加分解炉缩口通过风量。将分解炉缩口由ф2400mm调整为ф2550mm，高度由1200mm调回800mm。调整以后烟室缩口风速约27m/s，也在适当的范围内。方案实施主要在于砌筑过程中将浇注料厚度由250mm调整为厚度185mm。调整缩口直径以后，杜绝了分解炉塌料短路事故的发生，同时分解炉系统阻力明显降低，分解炉出口压力由升级前-1300Pa上升至-1050Pa，物料在分解炉内停留时间有所延长，另外也加强了窑内通风，回转窑产质量均有所提高。为加强窑内通风，对窑尾下料斜坡进行技改。技改从两方面考虑，第一降低窑尾烟室粉尘浓度从而降低阻力；第二，增大窑尾烟室通风截面积。经探讨研究，检修时将窑尾下料斜坡中间部分开一个上边2600mm，下边1800mm，深度200mm的梯形沟槽，C5下料管下来的物料进入沟槽，顺着沟槽经过下料舌头入窑，使下料扬起的粉尘浓度降低，降低烟室部位阻力；窑尾拱形门到烟室斜坡的垂直距离由1943.3mm，增加2143.3mm(只是梯形沟槽部分)增加了窑尾烟室废气通过的截面积。使整体烟气室阻力降低，窑内通风顺畅，为回转窑提产做准备。分级燃烧改造以后，窑尾烟囱废气CO浓度高，窑尾检测CO浓度≥2200×10-⁶，煤粉不完全燃烧造成严重热能浪费，为加强窑尾分解炉喂煤燃烧效率，检修时将分解炉下部炉体直径扩大100mm，炉容扩大约15m³。因计划更换分解炉下部耐火砖，所以砌筑施工时将耐火材料进行调整，原砌筑方案62mm硅酸钙板+50mm硅酸钙板+耐火砖总厚度250mm，在施工过程中将50mm硅酸钙板去除，分解炉的有效内径由7100mm扩大到7200mm，更换硅酸钙板为纳米隔热钙板，虽然厚度减少，保温效果不变，热能损失不发生变化。(1)四级下料管上下两根下料管下料，更改为A，B，C三根下料管下料，采用多点分料使物料分散更加均匀，防止塌料的发生。改造方案原有的上下两根下料管位置不变，再增加一根下料管(A)的连接分解炉第二节(从下往上数)喷腾口上部。(2)将下部(C)下料管翻板阀下移，减缓四级下料因高差太大造成的冲料，下移约10m，距离撒料箱5m位置。
(3)对四级下料管撒料箱角度进行调整，将原设计四级下料撒料箱角度由30°调整为15°，增强撒料效果保证四级物料不会冲入烟室造成为分解的物料直接入窑。改造见图1。
图1 四级上部撒料箱(B管)和四级下部撒料箱(C管)原设计翻板阀结构简单，造成四级下料管下料不稳定，通过散料箱以后造成撒料不均匀，产生分解炉塌料现象，另外生产一段时间以后因下料管结皮等因素，翻板阀活动不灵活，动作卡顿，关不严，内漏风严重，长时间运行失去了锁风阀应有的作用。公司利用检修时间将锁风阀由一个普通的单板锁风阀，更换为“微动型双板锁风阀”。微动锁风阀具备动作灵活，下料稳定，关闭较严的特点。解决了系统内漏风，稳定下料，防止不均匀下料引起的分解炉塌料问题，间接的稳定窑尾烟室温度。与此同时增加了C1出口的收尘效率，相应的降低预热器阻力。2019年3月利用检修时间对上述项目进行技改，因分解炉，烟室，四级下料管上下都有交叉作业，最终经过25天检修后，一次点火成功。升级改造后生料喂料量由350t/h增加至425t/h(料耗系数1.61计算)，系统产量由5200t/d增加至6330t/h。C1出口温度由338℃降至308℃，C1出口收尘效率增加至94％，熟料标准煤耗由升级改造前121kg/t熟料降至105kg/t熟料，熟料3d抗压强度由27MPa升高至32MPa，窑尾烟囱CO浓度由2200×10-⁶降至200×10-⁶以下，另改造以后氮氧化物排放浓度控制也得到优化，氮氧化物浓度控制50mg/m³时氨水用量小于1t/h。系统升级改造完成了预期目标，使熟料产量和质量大幅度提高，生成成本大幅度降低。具体升级改造参数对比见表2。表2 升级改造前后参数对比
升级改造后解决了因分级燃烧改造引起的分解炉塌料，改造同时优化预分解系统，降低系统阻力，增大分解炉炉容，选用先进的锁风翻板阀等措施，从而大幅度提高了熟料产量，相应的煤耗降低，二次风温和三次风温都有了大幅度提高，窑内通风顺畅，窑皮平整，窑电流稳定，C1出口温度及粉尘浓度都有降低，另外提高分解炉性能提高煤粉燃烧效率降低了能耗，公司现阶段工艺管理水平，设备漏风等因素能耗方面对比其他优秀企业还有一定的差距，需要持续改进降低能耗。