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預分解窯窯內通風優化措施

發布時間:2015-12-22 來源:原創文章

?水泥熟料煅燒技術是水泥生產的中心環節。預分解窯煅燒技術用于熟料生產,使回轉窯產量大大提高,窯襯的穩定性增強,熱耗降低,燃料選擇范圍加寬,大氣污染程度大大降低。在生產中,由于操作人員技術的理論水平和實踐經驗存在差異,加之系統設計的些許不合理,預分解窯煅燒技術的優勢不能充分發揮,這在一些新型干法水泥生產線上是常有的事情。預分解窯煅燒技術優勢發揮的關鍵在于是否合理把握好風、煤、料的配合。根據近幾年的生產運行實踐,筆者僅就窯內通風量的控制提出一些看法與同行交流。

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一、 對預分解窯窯內通風量的要求

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 ?。?span>1)在頭煤用量波動范圍內始終有足量的O2供燃料燃燒,保證窯內不出現還原氣氛,而且使窯內O2適度偏大控制。

   眾所周知,長期以來窯尾結皮一直是眾多預分解窯生產線的一大難題。為了緩解結皮,一方面要控制原燃料有害元素的帶入量,另一方面得減少有害元素在高溫帶的揮發以增加出窯熟料有害元素的帶出量。本文以國內普遍的硫過剩為例。硫的揮發系數隨窯內O2量增加而降低。窯內硫揮發量主要來自CaSO4的熱分解:

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   CaSO4=CaO+SO2+1/2O2

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   這是一個可逆反應。在溫度一定的條件下,當O2量增加時,反應利于向左進行,CaO、SO2減少,CaSO4增加;否則反之。國外實驗室對不同O2量的SO2測定認為:O24%左右是抑制熱生料中SO2揮發的關鍵點,當O2量大于4%左右后,生料中SO2釋放量明顯地大幅下降 ;且隨O2量的進一步增加,生料中SO2釋放量繼續下降。

   窯內存在不完全燃燒時,部分煤粉落在料面上,硫酸鹽與C作用,生成SO2

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 ?  K2SO4+C→K2O+SO2+CO

  ? CaSO4+C→CaO+SO2+CO

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   這是SO2揮發量增加的又一途徑。

   另外,燒成帶溫度提高及燒成帶物料停留時間增加,SO2揮發量均會隨之增加。

   以上情況的種種組合使熟料攜帶出窯的硫酸鹽含量變化范圍頗寬。而窯尾煙氣中SO2濃度過高,致使結皮加劇,影響窯內通風,還原氣氛更濃,SO2揮發更多。結果,系統陷入惡性循環之中,熟料產質量也受到影響。窯內還原和還原氧化反應在窯磚內產生體積效應(包括反復地收縮與膨脹相更迭的體積效應),磚的結構弱化,強度降低,窯磚易于損壞。

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 ?。?span>2)窯尾縮口等部位的風速足以保證日常運行中不塌料,而分配給三次風管的通風量能滿足爐煤燃燒對新鮮空氣量的要求。

 ? 窯尾縮口等部位風速不足從而引發塌料在生產中時有見聞。對于國內近幾年最為流行的爐型,窯尾煙室上方即為爐的下錐體底部縮口,其風速如果不足以托住下錐體內高濃度、且分散并不十分均勻的熱生料,就會觀察到部分生料一股股黑影般地下竄入窯。這些短路入窯生料的碳酸鹽分解率很低,給燒成帶增加了負擔,不得不加大頭煤用量來提高火力以彌補預燒之不足。另外,塌料會破壞系統熱工制度,令系統失去穩定性。對于某些離線分解爐,三次風自爐下錐體進入,也存在風速與熱生料濃度及其穩定性的匹配問題。一旦塌料,熱生料進入三次風管,整個燒成系統會極度混亂,導致生產不能正常進行。分解爐的新鮮空氣來自三次風。若該風量過大,容易燒垮爐襯;過小,爐的能力受削弱。三次風的風路與窯的風路兩者并聯,彼此的風量有此少彼多的相關關系,不可顧此失彼。

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 ?。?span>3)燒成系統低能耗運行。

   在三次風支路加大通風阻力來加強窯內支路的通風量時,窯內支路的通風阻力也將上升。結果,可能使系統的總阻力上升,拉風電耗增大。因此,窯內通風量并不是越大越好,只要適度偏大即可。適度偏大的窯內通風會緩減結皮,減少通風阻力。但風速上升以及由此引起的揚塵量增加,均會使動壓頭損失增大,而動壓頭與風速的平方成正比。因此窯支路降低通風阻力的要求依然存在。另外,要在盡量低控C1筒出口空氣過剩系數的前提下搞好二、三次風風量的精細分配。一些生產線在窯內通風不足而三次風又偏大的情況下自覺或不自覺地靠加大C1筒出口抽力的辦法來解決窯內通風量低的問題,則電耗熱耗均上升,很不經濟。

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二、 影響窯內通風量的因素

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有哪些因素影響窯內通風量呢?

   1.C1 筒出口排風量改變,窯和三次風管內的通風量都會發生同向調整。

   2. 調節三次風閘板閥的開度,三次風量和窯內通風量將得到異向調整。

   3.三次風管內熟料小顆粒沉降堆積,對窯內產生增加通風量的影響。

 ? 4.窯尾結皮、窯尾煙室斜坡結皮或物料堆積、窯內結圈等,均增加了窯內通風阻力,削減了窯內風量。與此同時,三次風管的通風量上升,直至新的平衡建立。

   5.窯內填充率不同,影響通風截面積,進而影響到窯內通風量。

   6.窯頭罩負壓是風量收支平衡的一種反映。如果風的供給不足或窯頭排風機排風過大而出現窯頭罩負壓絕對值增加,則窯內通風量將被削減。

   7.入窯風溫下降,其標況風量上升。

   8.漏風的情況比較復雜。如果漏風發生在窯和三次風管構成的并聯風路之后(即下游),則削弱了兩并聯支路的抽力,窯內通風量下降。如果窯尾密封部位漏風,則窯內通風抽力被搶,引起窯通風量下降。這是窯支路漏風的情況。如果三次風管支路漏風,如風管磨穿或閘板閥密封差,則在削減三次風熱風抽取量的同時削減了窯支路的通風量。如果窯頭罩漏風,則使二、三次風的標況風量增加。強調指出,漏風將使系統熱耗上升,用煤量增大,系統對窯內風量的需求增加。

   9.熟料生燒、飛砂料、高窯速運轉或窯內襯料粘結物不平整及圓周分布的不勻稱等使粉料揚起量增加,均使含塵煙氣密度增加而削減窯內的通風能力。同理,增加窯喂料量也影響到窯內通風量。

   10.熟料變得耐火,或者因種種原因分解爐能力下降,燒成要加強火力,頭煤用量比例提高,窯內O2需求量發生了變化。另外,煤質變劣,須提高燃燒用過??諝庀禂?。

 ? 11.操作中注重增加爐煤比例,減少了窯內通風量的需求。

 ? 12.設計因素 (略)。

   顯然,面對這個復雜多變的局面,在窯尾設置氣體分析儀是明智的選擇。

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三、 控制窯內通風量手段的沿革

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 ? 讓我們回顧一下20世紀80年代初伯力鳩斯公司對三次風管取舍的意見。

   當時伯力鳩斯公司認為:當產量在20003000 t/d時,采用ATAir Through)型分解爐窯比較合適;當產量>3 000 t/d時,采用ASAir Separate)型分解爐窯比之AT型的具有窯襯使用壽命長久的巨大優勢,綜合經濟性優勢明顯。

   自從有了三次風管之后,二、三次風的分配比例及手段經歷了巨大變化。起先,為了保證三次風量足夠大,在窯支路的窯尾部位設置了閘板閥以備必要時壓低窯內通風量來確保三次風風量,體現出給爐提供新鮮空氣特別優先的設計思想。其實,在生產中有的生產線一次都未曾關小過。與此同時,將三次風管有效內徑設計得大大的,以至運行中熟料小顆粒沉積嚴重,有的甚至達五分之二有效內徑的沉積高度。幾年后,窯尾閘板閥被拋棄,三次風路增設了閘板閥且有效內徑縮小。但三次風閘板閥存在明顯的先天不足(下文將細述)?,F在眾多生產線該閘板閥名存實亡,紛紛采用往里扔廢磚頭的土辦法。其缺點是調風粗放,且偏流嚴重。于是,產生了在管道內以抗磨耐火磚砌筑縮口的辦法。

   筆者觀察認為:在預分解技術發展的早期階段,有三次風管取舍之爭,主張設置三次風管的則偏重于優先保證三次風擁有很大的風量;中期階段,在三次風管內局部阻力系數可調,使兩個并聯支路中阻力相對于生產需求而言偏小的三次風管風量得到粗放的控制;現階段,預分解技術已經相當成熟,但二、三次風風量的比例優化問題明顯落后。要解決認識問題,要落實風量比例分配的手段優化。有人主張三次風閘板閥以某某開度為最優’”;也有人不顧障礙物的形狀尺寸、統統以某某通風面積為最佳。甚至都認為其主張是放之四海而皆準的。筆者認為:如前面所述,情況復雜多變,這種以不變應萬變是脫離實際的,理論上也講不通。

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四、 三次風管改筑縮口的嘗試

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   J廠預分解窯生產線對窯內O2富余量十分敏感。雖然原燃料硫堿比一般尚可,但只要窯內通風量因種種原因有點緊張時,窯尾煙室物料就發粘,結皮明顯加劇,尤其在熟料SO30.90以上時。遇到此類情況,一方面加強窯尾結皮清理,另一方面減產而不減設備C1筒出口的抽力,通常效果尚算明顯。這證明窯內通風量富余過小,未能適應窯內通風量日常的需求波動。該生產線三次風閘板閥早就被熟料細粒磨蝕到盡頭,代之以在熱態中扔廢磚。扔廢磚不花錢,但磚堆高度常因高處的磚被風吹跑而難保穩定;況且即使高度相同,這個障礙物的幾何形狀和尺寸也難保相同,導致局部阻力系數差異較大;另外,與閘板一樣,偏流嚴重,常致殼體磨穿燒穿。閘板閥備有密封風機,既使閥體襯料遭受熱震,又鼓入冷風,加上閘板閥漏風和殼體破損漏風,冷風摻入取代了窯頭罩的部分熱風,使三次風溫低至750 ℃左右。如果恢復閘板閥,則價格高,更換費時費力,而使用周期不到一年(質量一般的,幾個月就報廢)。因此在長期對該窯進行運行觀察的經驗基礎上,基于前述的思想,決定對有效內徑Ф1800管道內筑Ф900×1000的縮口,同時把閘板閥升降口用澆注料封死。改后偏流消失,漏風徹底獲得解決,三次風溫上升了200 ℃。另外,窯內通風量上升使爐下部錐體縮口風速上升,塌料現象得以根除。凡此,都為減少頭煤用量創造了條件,也有利于熟料質量的提高及延長窯襯和三次風管襯料的使用壽命。

   在三種不同條件下運行,扔廢磚和筑縮口兩種狀態下爐出口負壓與三次風負壓的關系在數值范圍方面大體相當,而去縮口狀態則負壓明顯偏低。這同去縮口狀態時喂料量一直偏低有關,但主要還是去縮口狀態三次風管內障礙物去除后阻力很小之故??涨暗牡妥枇κ谷物L暢行無阻而風量大增,窯內通風則大為削弱,兩個并聯支路的總阻力變小使出爐負壓明顯降低。運行表明,去縮口狀態下窯后半部嚴重結圈持續半個來月,窯內還原氣氛始終難以避免,產量低,熟料質量差,單位熟料的熱耗電耗居高不下,窯尾結皮明顯增加,生產陷入空前的被動局面。筑縮口狀態則恰恰相反,其實踐發現有如下特點:

??? 1. 窯尾結皮大大減少,通風阻力不高、且相對穩定,窯尾排風的單位產量電耗下降。

   2. 燒成帶窯皮伸長3 m左右,總長接近20 m,且相當穩定。

   3. 分解爐下錐塌料入窯的現象消失,窯頭用煤量穩定。這就為提高爐煤比例提供了客觀條件,使頭煤在總用煤量中的比例下降至32%左右,為提產奠定了基礎。

   以上窯內通風量正反實踐的結論與前述國外實驗在趨勢上完全吻合,以生產運行的事實支持了窯內O2應適度富??刂频挠^點。

   理論與實踐告訴我們,高風速區降風速對減少風阻特別有效。應該減少入爐生料量的瞬間波動,提高撒料均勻性,避免產生一股股強有力的下沖料來降低爐下錐體縮口風速的要求值,謀求以相對的低風速降低阻力,并避免塌料發生。另外,窯和窯尾煙室的交接處縮口通風面積特低,可以對斜坡斜對面的澆注料懸拱進行倒角以擴大通風面積。改善澆注料的抗結皮性能,最大程度地減少窯尾結皮,改善結皮和堆積物的清掃等等,依然是減少并穩定窯支路通風阻力的重要手段。

 ? 另外,縮口的一個缺點是筑后不能調節風量。將筑縮口與縮口內少量堆磚結合起來,可提高風量調節的靈活性。

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五、 結束語

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   1.窯內通風量適度偏高控制首先針對窯內燃燒用O2。窯內O2量適度富裕對改善我國當前眾多預分解窯的運行應該有重大的意義。

   2.隨生料和燃料入窯的硫堿比例失調容易導致窯尾結皮。但把結皮原因都歸結為硫堿比失調并不合理。硫堿比失調時窯內出現的還原氣氛對結皮有推波助瀾的作用,而此時如果窯內O2量適度富裕會使結皮有所緩解。硫堿比在正常范圍內而窯內還原氣氛嚴重照樣會嚴重結皮(這正是許多生產線熱工不穩的主因)。我們應該更多關注窯尾各部位有害元素富集凝聚的機理,不能老是止步于入窯硫堿比,而長期無視有害元素在燃燒帶的揮發率高低差異帶來的重大影響。

   3.窯內通風量適度偏高控制要從供給和需求兩方面去努力。根據C1筒出口氣體成分合理調整系統總抽力并對二、三次風量分配比例進行優化是一方面,設法減少并穩定頭煤用量是十分重要的另一方面。

   4.要嚴格控制漏風對窯內通風量和預熱分解區域O2控制的干擾。

   5.定量地了解窯內通風量是否完全滿足減少SO3在高溫帶揮發的需求,目前最理想的手段還是窯尾煙室煙氣的氣體成分分析,由O2、CO含量來判斷。

   6.窯內通風量要求滿足多方面的需要。以三次風管縮口作控制手段,縮口的形狀尺寸取決于滿足方方面面正當要求后窯內通風量的最低值。隨著三次風和窯內二次風風量分配比例的精細優化,與閘板閥、堆廢磚相比,筑縮口(輔之以少量堆磚)具有明顯的優勢。

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