張惠平

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HCF5-3800預熱分解系統(tǒng)的優(yōu)化設計及應用

張惠平

（合肥水泥研究設計院 安徽合肥 230051）

1. 概述

上世紀七十年代末海螺集團寧國水泥廠等企業(yè)引進4000t/d預分解系統(tǒng)設備，八十年代中期第一臺國產(chǎn)2000t/d預分解系統(tǒng)設備誕生，九十年代至今，國產(chǎn)化2000-10000t/d預分解系統(tǒng)設備已經(jīng)相當成熟，且達到了國際先進水平。我院在國內(nèi)最早開始預熱預分解技術(shù)研究，經(jīng)過十數(shù)年的努力，系統(tǒng)開發(fā)設計人員經(jīng)過認真分析對比，在自我開發(fā)的基礎上，吸取業(yè)內(nèi)成熟可靠的先進技術(shù)，確定了我院HCF5-3800型5級單系列在線噴旋懸浮預熱分解系統(tǒng)，該系統(tǒng)在新技術(shù)、新結(jié)構(gòu)方面有了新的突破，成功地為我院在這一領域的技術(shù)創(chuàng)新進步做出貢獻。

2. 系統(tǒng)主要設計參數(shù)

系統(tǒng)生產(chǎn)能力：≥3800~4000t/d 系統(tǒng)阻力：≤5000~5500Pa

燒成標煤耗：≤108kg標煤/t熟料 入窯生料分解率：90~95%

C1筒出口溫度：290~320℃ 系統(tǒng)設備重量：~465噸

塔架尺寸：16200×17800×82000

該系統(tǒng)主要由旋風筒、上升風管、下料管、塔架內(nèi)三次風管、HCF分解爐及煙室等部分組成。

3. 系統(tǒng)主要設計目標

3.1提高系統(tǒng)熱效率，合理匹配各級旋風筒的分離效率與阻力

根據(jù)國內(nèi)外文獻資料及同類型廠的生產(chǎn)實踐，對旋風筒的斷面風速、進風口的長寬比和形狀及切入方式、進口風速、內(nèi)筒尺寸、出口風速、高徑比等對分離效率、阻力有影響的因素，進行分析確定。

⑴降低C1筒出口氣體含塵濃度和溫度。

C1筒的分離效率是最高的，它直接影響廢氣含塵濃度，精心設計上升管道中進料位置和撒料裝置，使物料不發(fā)生短路，有充分地換熱時間和空間，降低旋風筒出口氣體溫度。

⑵提高C5筒的氣固分離效率

入C5筒的物料是已經(jīng)分解的高溫粉料，為減少再循環(huán)及堵塞，應十分重視C5筒的分離效率。

旋風筒的分離效率是決定熱效率的基本因素，各級筒分離效率對系統(tǒng)熱效率影響不同，C1、 C5影響最為顯著，系統(tǒng)分離效率匹配原則為：η1＞η5＞η2＞η3＞η4。

分離效率和阻力是矛盾的兩個方面，C1、 C5分離效率要求高，阻力就高些，系統(tǒng)阻力配置為：P1＞P5＞P2＞P3＞P4。

3.2提高HCF分解爐的入窯物料分解率

HCF分解爐為燃燒提供足夠的時間和空間，采取了噴旋結(jié)合及懸浮，使物料和燃料充分混合均勻，達到充分分解。

增加爐容以降低氣體速度和物料運行速度，在保證爐內(nèi)合理正常濃度場的情況下,延長物料的運行路徑，即采取多次噴騰并適當?shù)匾胄鳎淖兾锪吓c氣體的相對運行速度，增加固氣停留時間比，延長物料的停留時間。

3.3采用分級燃燒技術(shù)，降低NOx排放量

利用助燃空氣的分級加入，第一燃燒區(qū)空氣過剩系數(shù)<1，造成不完全燃燒，產(chǎn)生CO還原部分窯內(nèi)生產(chǎn)的NOx，有效降低分解爐內(nèi)燃料燃燒過程中NOx的生成。

采用低NOx燃燒器（LNB）、空氣分級燃燒（Air-Staging）及選擇性非催化還原技術(shù)（SNCR），NOx總減排量可以大于60%。

4.系統(tǒng)優(yōu)化設計

⑴工藝布置

改變C5筒與回轉(zhuǎn)窯一線傳統(tǒng)布置方式及分解爐進料、進風、進煤位置固定模式，分解爐上升管道布置在塔內(nèi)，各級筒布局緊湊，塔架結(jié)構(gòu)受力合理，節(jié)省土建投資。

⑵旋風筒

C1筒采用高效氣固分離的雙筒直錐結(jié)構(gòu)，C2筒采用短柱體低壓損直錐結(jié)構(gòu)，C3 C4筒采用短柱體低壓損偏錐結(jié)構(gòu)，C5筒采用氣固分離效率相對較高的下進風偏錐結(jié)構(gòu)。

⑶蝸殼

C1筒采用4R，C2- C5筒采用3R阿基米德270度等角變高大包角形式蝸殼。

⑷內(nèi)筒

C2- C5筒采用新型大片及小片組合拼裝懸掛式，易更換，材質(zhì)有所不同，減少重量和漏風。

⑸錐體

C3- C5筒錐體設置了上下二層桶料孔、測壓管及空氣炮，以便于防堵清堵，其下部有新型下料盒，內(nèi)置弧型撒料臺。

⑹分管

旋風筒與出口風管采用預提拉簡易膨脹節(jié)，進口風管采用無平段結(jié)構(gòu)。

⑺卸料閥

采用外置軸承支撐的卸料閥，閥板軸支撐在軸承外圈上，不會產(chǎn)生抱軸現(xiàn)象，同時因制造、安裝、軸承進灰和溫度等影響閥板靈活性的現(xiàn)象大為減少，閥板翻動靈活，漏風小。

⑻膨脹節(jié)

各級筒上升管不設膨脹節(jié)，下料管的膨脹節(jié)內(nèi)筒及波紋管特殊處理，不暴露在高溫料流中。

⑼煙室

采用風冷、分片、空心耐熱鑄鋼喂料托板。

⑽三次風管

三次風管割向進爐底錐部，三次風管支撐于窯墩面，節(jié)省空間和投資。

⑾HCF分解爐

HCF型分解爐采用微旋雙噴騰懸浮原理，擁有足夠的爐容和上升管道，在爐內(nèi)有4.5s的停留時間，在上升管道有2.5s的停留時間，使燃料有充分的時間燃燒，物料與燃料充分混合。

5.應用實例

福建省泉州美嶺水泥有限公司3800t/d熟料新型干法生產(chǎn)線于2011年9月18日破土動工，2012年3月1日全面進入安裝。預熱器及分解爐分為現(xiàn)場制作和車間制造兩部分，預熱器分解爐精加工件由定點廠生產(chǎn)，確保了產(chǎn)品質(zhì)量符合設計要求。2012年10月21日順利建成并實現(xiàn)投料試生產(chǎn)，經(jīng)過十余天的調(diào)試、試生產(chǎn)，該生產(chǎn)線于2012年11月1日至4日通過3天達標考核，平均日產(chǎn)熟料3975噸，平均fCaO=1.4，達到并超過了設計指標，生產(chǎn)運行過程中預分解系統(tǒng)設備未出現(xiàn)任何異常，未見預熱器堵塞的征兆。最近幾年生產(chǎn)數(shù)據(jù)見表1～4。

投產(chǎn)后生產(chǎn)數(shù)據(jù) 表1

年份系統(tǒng)生產(chǎn)能力t/d年運行時間年生產(chǎn)能力萬t/y燒成標煤耗kg標煤/t熟料熟料電耗kwh/噸熟料進廠原料到熟料電耗kwh/噸熟料 201336856293.7966315109.0027.0054.99 201438386816.31089975108.0026.6556.22 201539406455.21059764107.5026.4454.53 201639056342.81032156107.6027.3955.46

注：電耗為未扣除余熱發(fā)電的發(fā)電量。

入窯煤粉平均工業(yè)分析 表2

成份Mad(%)Aad(%)Cad(%)Vad(%)Qnet.ad（kJ/kg） 比例0.9724.3771.633.0424702

平均生、熟料化學成分 表3

LOSSSiO2Al2O3Fe2O3CaOMgOf CaO 入窯生料35.4513.983.122.2244.781.2-- 熟料0.5022.264.763.5565.931.511.21

平均生、熟料率值及礦物組成 表4

KHnPC3SC2SC3AC4AF 生料1.002.611.42-------- 熟料0.912.681.3457.3020.596.5810.79

6.結(jié)束語

通過上述的優(yōu)化設計和實際應用，該預熱分解系統(tǒng)的技術(shù)指標、設備重量、塔架尺寸等達到國內(nèi)及國際先進水平。

[1]預熱預分解系統(tǒng)設備的設計作者熊會思新世紀水泥導報 2004年03期

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1007-6344（2017）03-0007-01