王海濱，韓磊磊

水泥窯系統(tǒng)綜合改造效果分析

Analysis of Comprehensive Transformation Effects of Cement Kiln System

王海濱1，韓磊磊2

1 前言

北京某水泥公司1600～1650t/d熟料生產(chǎn)線燒成窯尾系統(tǒng)采用的是直徑4200mm的管道式分解爐。眾所周知，分解爐功能是加強(qiáng)生料與燃料的分散、混合、均布，若燃料燃燒效率高、燃燒完全，生料中的碳酸鹽就能迅速吸熱、分解，產(chǎn)生的廢氣也能迅速排出系統(tǒng)。分解爐的結(jié)構(gòu)形式和各種參數(shù)要基于以上特性選擇和設(shè)計(jì)?；诜纸鉅t的以上性質(zhì)，本次技改，連同窯頭篦冷機(jī)同步進(jìn)行了綜合改造，現(xiàn)將分解爐和篦冷機(jī)同步改造內(nèi)容和改造前后分解爐系統(tǒng)的燃燒變化及篦冷機(jī)的冷卻效果介紹如下。

2 分解爐的綜合改造內(nèi)容

2.1 分解爐爐膛擴(kuò)容改造

技改前分解爐直徑為4200mm，技改后將分解爐中下部?jī)啥沃w部分共12.5m的直徑擴(kuò)容至4800mm。

2.2 燃燒器的空間布置方案

技改前煤粉采用管道式直接噴入分解爐，煤粉燃燒和物料與三次風(fēng)混合能力較差，會(huì)產(chǎn)生局部高溫結(jié)焦現(xiàn)象。如果采取燃燒器下傾方向布置，火焰不能充分展開(kāi)，燃料與三次風(fēng)富氧區(qū)過(guò)于充分混合，會(huì)造成局部嚴(yán)重結(jié)焦。為了讓燃料在寬敞的空間內(nèi)充分展開(kāi)和物料三次風(fēng)充分混合，采取兩個(gè)尾煤燃燒器上傾接近45°的空間布局方案，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)四級(jí)下料位置，避免燃燒器與物料過(guò)于沖撞造成火焰無(wú)法展開(kāi)風(fēng)煤混合差燃燒效率低。同時(shí)也考慮避免燃燒器方向過(guò)于遠(yuǎn)離四級(jí)下料，造成燃燒器頭部燃燒過(guò)于劇烈，導(dǎo)致局部結(jié)焦等。

2.3 分解爐燃燒方式改變

技改前分解爐送煤采用的是傳統(tǒng)的管道式直接入煤，技改后新增兩臺(tái)送煤能力為4t/h的燃燒器，并配上兩臺(tái)風(fēng)量為25m3/min、風(fēng)壓為12kPa的凈風(fēng)風(fēng)機(jī),作為原料助燃風(fēng)機(jī)。

2.4 五級(jí)平煙道改造

技改前五級(jí)平煙道出口直徑為2000mm，系統(tǒng)運(yùn)行阻力較大，為了降低系統(tǒng)運(yùn)行阻力，改變流場(chǎng)的通暢性，保證分解爐煤粉燃燒效率，將五級(jí)平煙道出口直徑加大10%。

3 篦冷機(jī)綜合改造內(nèi)容（型號(hào)LBT28153）

3.1 篦冷機(jī)一段篦床加寬

技改前一段一室篦床共有七排篦板，每排四塊，由于熟料結(jié)粒不均，加之一段篦床過(guò)窄，窯產(chǎn)量較高時(shí)，因熟料下落在篦冷機(jī)下面產(chǎn)生的“料堆效應(yīng)”，造成篦冷機(jī)細(xì)料端紅河現(xiàn)象十分嚴(yán)重，經(jīng)常燒壞細(xì)料側(cè)篦板和護(hù)板，嚴(yán)重影響窯的運(yùn)轉(zhuǎn)率。為了解決這一問(wèn)題，將一段篦床活動(dòng)梁進(jìn)行改造，增加一排寬度400mm的篦板，并在此基礎(chǔ)上增加一排寬度200mm的充氣護(hù)板，使原來(lái)的篦床寬度增加600mm，基本解決了篦冷機(jī)紅河現(xiàn)象。

3.2 改造篦冷機(jī)二室、三室固定梁篦板的供風(fēng)方式，并在細(xì)料側(cè)加裝一排篦板和一排充氣側(cè)護(hù)板

技改前二室、三室固定梁細(xì)料側(cè)篦板全部為室下供風(fēng)，風(fēng)量較小，冷卻效果差。為了解決這一問(wèn)題，通過(guò)優(yōu)化風(fēng)機(jī)，將二室、三室所有固定梁篦板全部改為充氣梁篦板，實(shí)現(xiàn)專風(fēng)專供，并在細(xì)料側(cè)加裝一排寬度為200mm的篦板，又在原有基礎(chǔ)上加裝一排150mm的充氣側(cè)護(hù)板，篦床寬度整體提高400mm，大大提高了熟料的冷卻效率。

3.3 篦冷機(jī)風(fēng)機(jī)優(yōu)化改造

技改前篦冷機(jī)二段9號(hào)、10號(hào)風(fēng)機(jī)分別為四室、五室室下風(fēng)機(jī)，風(fēng)量較大，閥門開(kāi)度基本上為40%左右，一室11號(hào)風(fēng)機(jī)僅供三塊篦板，2號(hào)風(fēng)機(jī)僅供四塊篦板，閥門開(kāi)度都很小，造成電能浪費(fèi)。改造后去掉9號(hào)風(fēng)機(jī)，在保證室下供風(fēng)能力的情況下，篦冷機(jī)四室五室由10號(hào)風(fēng)機(jī)供風(fēng)，原11號(hào)風(fēng)機(jī)供風(fēng)的三塊篦板由2號(hào)風(fēng)機(jī)供風(fēng)。

4 分解爐改造前后燃燒變化情況

4.1 技改前分解爐燃燒情況及存在問(wèn)題

從表1可知，投料初期投料量在100t/h左右時(shí)，爐中溫度控制在880～890℃之間，分解爐出口溫度達(dá)到870～880℃左右，五級(jí)錐體溫度在865～878℃左右，分解爐溫度梯度合理，反映分解爐燃燒情況較好，說(shuō)明煤粉在分解爐燃燒比較充分；當(dāng)系統(tǒng)加到中級(jí)產(chǎn)量105～108t/h時(shí)，爐中溫度控制在877～890℃之間，分解爐出口溫度在882～890℃之間，而對(duì)應(yīng)的五級(jí)下料溫度則達(dá)到888～903℃，已經(jīng)出現(xiàn)了倒掛現(xiàn)象，表明系統(tǒng)加到中級(jí)產(chǎn)量時(shí)，分解爐燃燒出現(xiàn)局部燃燒不充分，燃燒不完全情況；而當(dāng)系統(tǒng)加到最高產(chǎn)量108～110t/h時(shí)，尾煤用量達(dá)到最大，爐中溫度只能達(dá)到865～875℃，這時(shí)分解爐出口溫度則達(dá)到882～890℃，五級(jí)下料更是達(dá)到了900～910℃，溫度倒掛現(xiàn)象極為明顯，分解爐燃燒情況較差。隨著投料量的逐步加大，煤粉在分解爐內(nèi)的燃燒越來(lái)越不充分，當(dāng)加到最大產(chǎn)量時(shí)，隨著煤量增加，爐中溫度反而出現(xiàn)下降，分解爐出口和五級(jí)錐體倒掛現(xiàn)象明顯。一方面這與熟料產(chǎn)量提高后分解爐的通風(fēng)能力受到影響，對(duì)燃燒過(guò)程有一定阻礙有關(guān)，另一方面，更與分解爐物料停留時(shí)間短、燃燒和分解功能難以得到充分發(fā)揮密切相關(guān)。這使得窯尾系統(tǒng)整體溫度偏高，影響系統(tǒng)熱回收效率，甚至造成較頻繁、嚴(yán)重的結(jié)皮，影響系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，即使是采用優(yōu)質(zhì)的煙煤，分解爐能力也已略顯不足，分解爐容積明顯偏小。若要進(jìn)一步提高熟料產(chǎn)量，必須對(duì)分解爐進(jìn)行必要的結(jié)構(gòu)優(yōu)化和改造。另需說(shuō)明的是以上數(shù)據(jù)均為正常工況，當(dāng)窯溫偏低時(shí)，爐中溫度經(jīng)常出現(xiàn)830～840℃的低溫，說(shuō)明煤粉燃燒狀況很差，易受窯況變化影響。

表1 技改前不同投料量對(duì)應(yīng)的分解爐及五級(jí)下料的溫度變化*

表2 技改后不同投料量對(duì)應(yīng)的窯尾溫度變化*

4.2 技改后分解爐燃燒情況的變化

由表2可知，改造后產(chǎn)量明顯增加，尾煤燃燒效果得到大大改善，當(dāng)投料初期系統(tǒng)投料量100t/h左右時(shí)，和技改前相比，無(wú)顯著變化，系統(tǒng)燃燒較好；當(dāng)系統(tǒng)投料量加到105～108t/h時(shí)，爐中溫度A點(diǎn)控制在885～890℃之間，分解爐出口溫度達(dá)到877～880℃，而五級(jí)錐體溫度達(dá)到869～873℃，分解爐燃燒情況較技改前有明顯改善；當(dāng)系統(tǒng)投料量加到110～112t/h，爐中溫度A點(diǎn)控制在885～892℃之間，出口溫度達(dá)到879～885℃，五級(jí)錐體溫度達(dá)到865～875℃，說(shuō)明煤粉燃燒能力較技改前大大提高。技改前尾煤最大加到7t/ h以內(nèi)，7t/h以上在分解爐內(nèi)反而“不著”，溫度明顯下降，且倒掛現(xiàn)象明顯，五級(jí)錐體溫度較高，五級(jí)下料管結(jié)皮頻繁；技改后系統(tǒng)產(chǎn)量最大可以加到118～120t/h，尾煤最大可以加到7.5t/h以內(nèi)，且燃燒效果較好，沒(méi)有出現(xiàn)明顯的燃燒不充分溫度倒掛現(xiàn)象，五級(jí)下料溫度都在870℃左右。

4.3 技改后分解爐內(nèi)流場(chǎng)變化

分解爐爐膛直徑擴(kuò)容后新增加一個(gè)縮口，并且分解爐流場(chǎng)發(fā)生一定變化，從窯尾縮口上來(lái)的高溫氣體與錐體割向進(jìn)入的三次風(fēng)在錐體下部匯合，由分解爐底部段噴入爐體柱體段，高溫氣流裹挾物料做旋流、噴騰相疊加的上升運(yùn)動(dòng)。在分解爐底部，軸向速度各向變化很大，該區(qū)域存在一定的回流區(qū)。在縮口附近，軸向風(fēng)速明顯增大，說(shuō)明由于縮口處截面積減小，產(chǎn)生了明顯的二次噴騰的效果，這有利于物料分散、改善燃燒以及碳酸鹽的分解。在新增縮口以上的區(qū)域重新經(jīng)歷了最大軸向風(fēng)速向中心匯聚和向壁面區(qū)域遷移的過(guò)程，噴騰速度減小而旋流速度加強(qiáng)，使物料在分解爐停頓時(shí)間明顯延長(zhǎng)，有利于物料分解。

4.4 氣體停留時(shí)間和新增燃燒器對(duì)煤粉燃燒的影響

此次分解爐擴(kuò)容后斷面風(fēng)速由12.8m/s降到9m/s左右，氣體停留時(shí)間明顯延長(zhǎng)，另外，新增尾煤燃燒器凈風(fēng)風(fēng)壓較高，達(dá)到12kPa，對(duì)于風(fēng)煤的充分混合起到了至關(guān)重要的作用，從表2可以看出，技改后尾煤可以達(dá)到7～7.5t/h，分解爐溫度分布較好，燃燒狀況得到有效改善。

4.5 分解爐擴(kuò)容后生料的停留時(shí)間和煤粉的停留時(shí)間得以延長(zhǎng)

改造后爐膛容積增加80m3左右，由相關(guān)資料推算可知，改造后爐膛生料停留時(shí)間從10s延長(zhǎng)到12.5s～15.5s,煤粉停留時(shí)間從8s延長(zhǎng)至10s，這對(duì)爐內(nèi)生料分解、煤粉燃燒大有好處。

表3 技改前后出篦冷機(jī)熟料溫度

5 篦冷機(jī)技改后冷卻效率的變化

5.1 篦冷機(jī)熟料冷卻效率大大提高

從表3中可以看出，技改前投料量達(dá)到滿負(fù)荷108～110t/h時(shí)，從篦冷機(jī)二段出口的熟料溫度達(dá)230～250℃，熟料冷卻效果較差，篦冷機(jī)熱交換能力低，加之投料較大，料堆效應(yīng)產(chǎn)生的熟料離析，造成篦冷機(jī)東側(cè)一段、二段紅河嚴(yán)重，對(duì)篦冷機(jī)的篦板和窯運(yùn)轉(zhuǎn)率造成較大影響；技改后，篦板加寬，篦冷機(jī)風(fēng)機(jī)風(fēng)量得到有效優(yōu)化，熟料冷卻效果大大加強(qiáng)，投料量達(dá)到118～120t/h時(shí)，熟料最高溫度只有120℃左右。

5.2 篦冷機(jī)紅河現(xiàn)象得到解決

技改后，由于一段篦板加寬，篦冷機(jī)篦板冷卻面積大大提高，篦冷機(jī)風(fēng)機(jī)風(fēng)量得到優(yōu)化，冷卻效率明顯提高，加之料堆效應(yīng)減弱，篦冷機(jī)紅河現(xiàn)象基本消除，極大提高了篦冷機(jī)和窯的運(yùn)轉(zhuǎn)率。

6 結(jié)語(yǔ)

6.1 技改后投料量有所提高

技改前系統(tǒng)投料量最高在108～110t/h之間，尾煤最大達(dá)到7.0t/h左右，由于分解爐爐膛直徑較小，爐容偏小，且入煤方式為管道式直接噴入，隨著尾煤的持續(xù)加入，煤風(fēng)混合效果不好，分解爐爐中溫度不升反降，倒掛現(xiàn)象極為明顯；技改后分解爐爐容擴(kuò)大80m3左右，尾煤噴入改為兩個(gè)燃燒器（配套兩臺(tái)高風(fēng)壓的凈風(fēng)風(fēng)機(jī)），煤風(fēng)混合效果較好，尾煤最高用量可達(dá)到7.5t/h，投料量在相同煤質(zhì)和生料的情況下最高可達(dá)118～120t/h，且分解爐燃燒較好，溫度梯度分布合理。

6.2 技改后煤耗有所降低

技改前后使用同一區(qū)相同煤質(zhì)（灰分在14%～15%之間，揮發(fā)分在30%左右，固定碳在52%左右）。技改前熟料實(shí)物煤耗一般在165kg/t熟料左右，技改后由于分解爐爐容增大，斷面風(fēng)速降低，煤粉在分解爐中燃燒狀況得到明顯改善，煤風(fēng)混合較好，燃料的燃燒效率明顯提高，產(chǎn)量提高，實(shí)物煤耗從初步數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)上看，基本上降到160kg/t熟料。

6.3 技改后對(duì)燃燒的影響

技改后煤粉在分解爐中上部燃燒較為充分，燃燒效率高，風(fēng)煤混合大大加強(qiáng)，煤粉的分散和煤粉濃度的均勻分布大大提高，燃燒效果較好，且燃燒器頭部沒(méi)有形成明亮火焰，燃燒不劇烈，沒(méi)有產(chǎn)生局部高溫結(jié)焦現(xiàn)象。

6.4 技改后適應(yīng)不同煤質(zhì)的能力有所提高

新增尾煤燃燒器后，調(diào)節(jié)手段增多，可以根據(jù)不同煤質(zhì)情況調(diào)節(jié)內(nèi)外風(fēng)比例，在燃燒劣質(zhì)煤或者白煤時(shí)，煤粉燃盡率得到有效提高，分解爐中燃燒情況得以改善，煤粉燃燒不完全時(shí)產(chǎn)生局部高溫結(jié)焦的現(xiàn)象得到有效控制。■

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2014-07-07；編輯：呂光