新型五级旋风预热器窑特点及其操作

新型五级旋风预热器窑特点及其操作

上海宝山水泥总厂 赵学勇

我厂Φ3×48.55m 带五级旋风预热器的干法回转窑,(以下简称宝山窑) 其悬浮预热器系统是从日本水泥公司(NCC)引进的高效节能设备。设计指标为产量25t/h,热耗3970kJ/kg熟料。1990年12月10～15日通过72h 性能考核, 实际达到产量25.62t/h,热耗3750kJ/kg熟料。自1990年7月试生产以来, 由于受生料磨能力不足等原因的限制, 该生产线尚未能达到设计要求, 但节能效果是十分明显的。

在1991年度的试生产中, 生产熟料9.765万t, 平均热耗3840kJ/kg熟料, 合标准煤131.3kg/kg熟料(见表1) 。显然, 深入探讨这一条新型干法窑的特点是很有意义的。

表1 1991年度生产情况

图1 宝山窑工艺流程

1. 生料储存库;2. 可调速卸料器;3. 螺旋输送机;4. 生料提升机;5. 螺旋输送机;6. 稳流小仓;7. 双联卸料器;8. 皮带计量秤;9. 锁风螺旋输送机;10. 气力提升机;11. 五级旋风预热器系统;12. 回转窑;13. 三通道喷煤管;14. 单筒冷却机;15. 链斗输送机;16. 颚式破碎机;17. 熟料提升机;18. 胶带输送机;19. 半成品库;20. 增湿塔;

21. 高温风机;22. 电收尘;23. 回灰螺旋输送机

1 宝山窑工艺流程

宝山窑工艺流程如图1所示。窑用生料从储存库底可控流量的卸料器卸出, 经过螺旋输送机和斗式提升机送入溢流螺旋输送机, 通过该机将窑用生料送入窑尾稳流小仓, 多余的生料则经溢流管返回均化库。送入稳流仓的生料, 经过双联式回转卸料器, 进入计量皮带秤, 它直接记录并显示喂入窑内的生料量。同时, 也间接地反映了回转窑熟料的台时产量。经计量后的生料通过溢流锁风机送入气力提升泵, 再由该泵将生料喂入第二级旋风筒的出风管道内, 这样就开始了生料预热及部分分解的过程。之后进入窑内继续分解和全部烧结成熟料。熟料通过冷却机冷却, 由链斗输送机输送至颚式破碎机破碎, 再经过斗式提升机、皮带输送机分送至熟料库。窑内高温废气经一级筒出口后进入增湿塔, 再经过高温风机送入电除尘排空。

2 宝山窑的特点

2.1 旋风筒结构设计比较合理

首先, 在旋风筒本体设计上采用了细长型结构(见图2) 并采用较高的进口风速, 目的在于减少气流循环次数, 提高分离效率。其二, 在旋风筒进口方向上, 本体圆柱面采用了近似渐开线沿面, 长度超过1/2圆周线, 在该沿面与锥体交线处采用了具有一定角度的导向面板, 目的在于降低气流阻力和减少入口水平段积料。其三, 在各级旋风筒出口风管喂料口下方设置了可以控制深度和角度的撒料板, 在上升管道内形成气流加速面, 有效地将生料粉散开并悬浮上升, 避免生料沿管壁滑落造成短路, 从而较充分地进行气固之间的热交换。

由于结构设计的合理, 使整个旋风筒系统具有较低的系统阻力和出口废气温度。表2列出了在性能试验期间出一级旋风筒废气温度和系统负压的平均值。

图2 旋风筒本体

表2 出一级旋风筒废气温度、压力

2.2 漏风系数小

为了防止漏风而影响预热系统的传热和分离效率, 在各级旋风筒筒体与管道之间的连接处都采用焊接。系统中人孔门和捅灰孔等也采用特殊的密封设计, 使整个系统的漏风量不超过5%。

由于漏风系数小, 加之上述结构设计的合理, 使窑生料的表观分解率大大提高。在性能试验和实际生产中, 入窑生料分解率往往超过40%设计值, 高达60%左右。

2.3 有效的防堵和清堵设施

对于新型干法窑, 人们最为担心的是预热器系统的结皮堵塞现象。在防堵和清堵方面, 宝山窑的设计中也有独到之处, 即在最易造成堵塞的3、4、5级旋风筒锥体底部设置了了锥体膨胀仓(见图3) 。该仓的作用有三方面:一是减少锥体结拱作用。旋风筒收集的高温料粉易在其锥体底部结拱, 由于增加了锥体膨胀仓后使旋风筒下口直径变大, 锥角增大从而有效地减少了旋风筒内结拱机会。二是起减压减速作用。由于膨胀仓安装于旋风筒锥体底部及下料溜管中的物料翻板阀之间, 在翻板阀开启的瞬间, 有少量气流倒灌, 引起锥体底部料粉二次飞扬, 影响旋风筒的分离效率, 而膨胀仓的设置, 由于其面积骤然扩大, 起到了减压减速作用; 三是便于观察和清料。由于物料成分变化或者操作上波动, 易在下料溜管和锥形

膨胀仓内积料, 在锥形膨胀仓上有较为完备的自动清堵(自动吹气) 系统, 便于吹堵和清料。事实证明, 膨胀仓在防堵和清堵方面十分有效。

图3 膨胀仓

2.4 紧急风门与备用烟囱

在预热器系统中, 在二级旋风筒排气管道顶部设置了紧急风门装置, 实际它巧妙地起到了一个备用烟囱的作用。在正常生产中它处于关闭状态, 只是在下列几种情况时需要开启:第一, 在窑点火初期和升温阶段时打开, 可以防止未完全燃烧的煤粉和CO 含量较高的烟气进入高温风机和电除尘器内; 第二, 窑内热工制度突然被破坏, 窑烧异常, 出口废气温度超过350℃等; 第三, 在前道工序突然(临时) 故障而停料养火时; 第四, 需要烘干窑内耐火材料和预热器内的耐火材料时。总之, 在保护后道工艺设备, 如高温风机、电除尘器等方面紧急风门起了较好的作用。

2.5 增湿塔的设计性能比较优越

宝山窑系统中的增湿塔是从日本NCC 引进的软件, 国内制造。它在整体结构上呈自立圆筒型, 比起国内常采用的套筒形阻力要小, 在其进风口位置上, 设有双层布风板, 使气流均匀分布。在布风板下方设置6个水雾喷头, 水压4MPa, 并由同流水量自动控制, 雾化效果良好, 这也是该增湿塔的特点之一。由于增湿塔性能优越, 因此在日常生产中, 出电除尘器的排空废气颜色清淡, 用肉眼几乎无法看见。

2.6 采用了较为先进的三通道喷煤管

宝山窑窑头燃烧系统是从日本引进的三通道喷煤管, 它的最大特点在于风煤的混和充分, 火焰的形状及长度达到较为理想的状态, 同时也使一次风量减少, 尤其比较适合使用劣质煤。

2.7 操作简便

宝山窑虽然比起传统干法窑来说似乎复杂得多, 但具体操作起来并不困难。这是因为它设有很多监测点, 每级旋风筒和风管均设有温度和压力测点, 便于

随时掌握判断运行状态, 特别是位于一级旋风筒出口处的气体分析仪, 便于掌握窑内燃烧气氛以更好控制排风大小。同时, 有完备的自动记录装置, 整个系统的主要参数, 包括各级温度, 窑速和电流, 喂料量和喂煤量, 高温风机电流, 氧气含量等, 均实现自动记录, 这为实现回转窑操作稳定提供了充分的依据。

3 关于操作的几个问题

由于宝山窑是一条新型干法生产线, 其操作方法有不同于传统干法窑的独特的一面, 笔者想就试生产以来所遇到的几个问题进行探讨。

3.1 关于最佳喂料量的问题

对新型的五级旋风预热器窑来说, 它的最佳喂料量无疑就是它的设计标定产量(熟料产量25t/h,相当于生料喂料量40～42t/h)。在此产量下的悬浮预热器系统不但能发挥出最佳的效益, 而且也更加容易使该窑系统处于稳定运转状态。这一点完全不同于传统干法中空窑和湿法窑。笔者曾操作过Φ3.1/2.5×78m 湿法回转窑, 似乎产量愈低愈易操作, 确切地说, 在窑产量达到设计产量的50%～60%时, 最易使窑处于稳定状态。究其原因, 它们的根本区别在于生料预热机理及方式不同。悬浮预热器窑在旋风预热系统内依靠气流将生料悬浮实现气—固换热, 它的上升管道和旋风筒必须保持一定的气流速度, 即必须有一个最低的用风量才能使系统内处于稳定运行状态。因此, 对五级旋风预热器来说, 有一个气料比问题:如果喂料量过低气料比增大, 造成热量无谓损失; 如果喂料量过高, 气料比过低, 完不成相应的预热分解作用, 增加回转窑烧成的热负荷, 二者均使节能效益大大下降。所以, 在正常操作时, 产量不要低于标定产量的80%(宝山总厂相当于生料喂料量34t/h左右), 但由于目前我们受到两个制约因素的影响(一个是生料供应不足, 每小时缺10t 左右; 另一个是冷却机能力不足), 尚不能达到这一基本要求,1991年的熟料平均台时产量仅维持在18t/h左右, 这是十分遗憾的。

3.2 关于出一级筒废气中O 2含量控制值问题

出一级筒废气中O 2含量直接反映了窑内过剩空气系数的大小, 在具体操

作中, 它又直接与窑尾排风量有关:当加大窑尾排风量时,O 2含量会明显地上升;

当减小窑尾排风时,O 2含量减小; 当减小到一定值时, 不仅要造成窑内还原气氛(C

O 含量明显上升), 而且又要影响到预热器系统的效率, 因此, 控制适当的O 2含量,

对正常窑煅烧操作是必需的。宝山窑在点火调试期间, 当熟料产量达标时,O 2含量波动在4%～5%。然而, 在近年的试生产中,O 2含量高达7%左右, 这又作何解释? 笔

者以为仍然是产量过低所致。因为一方面, 正如前所述, 为了确保悬浮预热器系统的正常运行, 它必须保持一定的气流量; 另一方面, 就烧成机理来说, 有近70%的热量是消耗在生料的预热和分解上, 这两者都要通过一定的窑尾排风来解决。当产量较高时, 通过加大窑尾排风, 使这两方面很好地协调起来, 产量过低就必然导致单位熟料废气量的增加(O2含量明显增加), 热量损失增大。

3.3 关于三通道喷煤管使用问题

前已讲过三通道喷煤管的优点在于能够最大限度地降低窑中一次风的含量, 其原因是该种喷煤管将一次风分为三股风:送煤风、内风、外风。如何操作三通道喷煤管就是如何使用这三股风。根据宝山窑的具体情况, 送煤风量的控制应主要取决于煤粉细度和水分, 水分高(大于7.5%)细度粗(4900孔筛余量大于12%),则送煤风量就大, 反之则小; 内风的控制应主要取决于煤质状况, 挥发分低(小于25%),灰分高(大于18%),内风可相应增加; 外风的控制则是根据火焰发散程度来定。

宝山窑在达标性能试验时, 煤质状况如下:W :1.12%;A :15.84%;V :32.54%;FC y :50.80;Q y

DW :23956kJ/kg;细度(4900孔筛余)7%～8%。所用送煤风量为:137

9.8m 3/h,内外风量为:1335.6m3/h,整个一次风量约占整个窑用风量的8.27%。 但是, 在后来的生产中, 尤其是在冬季, 煤质状况变化不大的情况下, 送煤风量与内外风量的控制有一些变化。例如, 送煤风量已提高到1526.8m 3/h,而内外风量则降至为1196m 3/h,分析其主要原因是由于两台罗茨风机(窑的一次风机) 吸入了单筒冷却机筒体蒸发的大量水蒸气, 易使煤粉成团, 并粘附在喷煤管壁上, 迫使送煤风量提高, 这是今后必须要进行改进的。 y y y

3.4 关于窑速的确定

对五级旋风预热器窑来说, 窑速的确定主要取决于窑烧成状况和窑内来料量, 而烧成状况又取决于生料预热和分解状况。一般来说, 当入窑生料预热状况良好, 来料稳定, 烧成将处于稳定状况。稳定的标志是窑尾温度,5级筒下料温度和5级筒出口废气温度等稳定在一定的控制范围内,5级筒下料温度和5级筒出口气体温度均不能过高, 否则, 易引起烟室下料溜管结皮。在上述稳定的情况下,

窑速的确定则以物体截面占整个筒体截面的10%(目测) 为好。窑速过低, 料层过厚, 窑内填充料过大, 不利传热; 反之, 则易空烧窑皮。根据宝山厂的情况, 表3所列转速较适宜。

表3 窑的适宜转速

当补挂窑皮时, 窑用生料量应以正常喂料量的80%,即以32～34t/h为好, 转速可适当放慢, 但烧成温度在初期阶段可适当偏高控制。 3.5 关于窑用生料成分问题

众所周知, 窑用生料成分的波动直接影响到窑内热工制度的稳定, 这是因为生料成分的波动最终反映在各熟料率值的波动, 率值的频繁波动给窑煅烧操作带来一定困难。见表4。

表4 宝山厂1991年12月4～7日入窑生料波动情况

例如, 在遇到生料中KH 和SM 偏高时, 除了明显感到料子明火难烧之外, 还因为粉细料过多, 常常造成出窑熟料溜子的堵塞, 当遇到生料中KH 和SM 偏低时, 窑内就往往容易结团结球, 如果此时减煤操作, 又易造成熟料升重偏低,fCaO 升高。这里要特别指出的是, 料子成分波动也将严重损伤窑皮, 因为当遇到高料时,

易烧垮窑皮; 当遇到低料时, 又易落窑皮, 因此, 稳定窑用生料成分使其控制在较为适宜的范围(KH 0.88～0.90; SM 2.6～2.8; IM 1.4～1.6) 是确保回转窑长期稳定运转的必要前提。

对挂窑皮的窑用料成分问题, 虽有各种见解, 但仍以正常窑用料成分为好。一是比较适合前道工序的工艺状况; 二是比较符合看火工的操作习惯, 但在补挂窑皮, 尤其是在窑内烘窑后(新砌耐火砖) 第一次挂窑皮时, 要稍许采用一点“强烧”手段, 使熟料升重比正常值高出50～100g/L,这样挂上的窑皮比较致密牢固。当然, 在挂窑皮期间, 严禁跑生料, 否则会形成疏松的夹心窑皮, 容易坍落。 4 结论

综上所述, 宝山窑具有高产低耗易于操作的特性, 是中、小型水泥厂比较理想的窑型。但由于该窑是我厂在建设中期进行的技改项目, 前后工艺未配套, 人员的技术水平和管理水平有待提高, 因此, 在很大程度上又制约了效益的发挥。目前新增生料磨即将投产, 冷却机正在进行改造, 随着配套设施的完善和人员技术管理素质的提高, 宝山窑产量可望迅速达标, 熟料热耗进一步降低。