水泥窯系統綜合改造效果分析

王海濱，韓磊磊

水泥窯系統綜合改造效果分析

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熟料生產線燒成窯尾系統采用的是直徑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，產生的廢氣也能迅速排出系統。分解爐的結構形式和各種參數要基于以上特性選擇和設計。基于分解爐的以上性質，本次技改，連同窯頭篦冷機同步進行了綜合改造，現將分解爐和篦冷機同步改造內容和改造前后分解爐系統的燃燒變化及篦冷機的冷卻效果介紹如下。

2 分解爐的綜合改造內容

2.1 分解爐爐膛擴容改造

技改前分解爐直徑為4200mm，技改后將分解爐中下部兩段柱體部分共12.5m的直徑擴容至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混合能力較差，會產生局部高溫結焦現象。如果采取燃燒器下傾方向布置，火焰不能充分展開，燃料與三次風富氧區過于充分混合，會造成局部嚴重結焦。為了讓燃料在寬敞的空間內充分展開和物料三次風充分混合，采取兩個尾煤燃燒器上傾接近45°的空間布局方案，結合現場四級下料位置，避免燃燒器與物料過于沖撞造成火焰無法展開風煤混合差燃燒效率低。同時也考慮避免燃燒器方向過于遠離四級下料，造成燃燒器頭部燃燒過于劇烈，導致局部結焦等。

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的管道式直接入煤，技改后新增兩臺送煤能力為4t/h的燃燒器，并配上兩臺風量為25m3/min、風壓為12kPa的凈風風機,作為原料助燃風機。

2.4 五級平煙道改造

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

3 篦冷機綜合改造內容（型號LBT28153）

3.1 篦冷機一段篦床加寬

技改前一段一室篦床共有七排篦板，每排四塊，由于熟料結粒不均，加之一段篦床過窄，窯產量較高時，因熟料下落在篦冷機下面產生的“料堆效應”，造成篦冷機細料端紅河現象十分嚴重，經常燒壞細料側篦板和護板，嚴重影響窯的運轉率。為了解決這一問題，將一段篦床活動梁進行改造，增加一排寬度400mm的篦板，并在此基礎上增加一排寬度200mm的充氣護板，使原來的篦床寬度增加600mm，基本解決了篦冷機紅河現象。

3.2 改造篦冷機二室、三室固定梁篦板的供風方式，并在細料側加裝一排篦板和一排充氣側護板

技改前二室、三室固定梁細料側篦板全部為室下供風，風量較小，冷卻效果差。為了解決這一問題，通過優化風機，將二室、三室所有固定梁篦板全部改為充氣梁篦板，實現專風專供，并在細料側加裝一排寬度為200mm的篦板，又在原有基礎上加裝一排150mm的充氣側護板，篦床寬度整體提高400mm，大大提高了熟料的冷卻效率。

3.3 篦冷機風機優化改造

技改前篦冷機二段9號、10號風機分別為四室、五室室下風機，風量較大，閥門開度基本上為40%左右，一室11號風機僅供三塊篦板，2號風機僅供四塊篦板，閥門開度都很小，造成電能浪費。改造后去掉9號風機，在保證室下供風能力的情況下，篦冷機四室五室由10號風機供風，原11號風機供風的三塊篦板由2號風機供風。

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題

從表1可知，投料初期投料量在100t/h左右時，爐中溫度控制在880～890℃之間，分解爐出口溫度達到870～880℃左右，五級錐體溫度在865～878℃左右，分解爐溫度梯度合理，反映分解爐燃燒情況較好，說明煤粉在分解爐燃燒比較充分；當系統加到中級產量105～108t/h時，爐中溫度控制在877～890℃之間，分解爐出口溫度在882～890℃之間，而對應的五級下料溫度則達到888～903℃，已經出現了倒掛現象，表明系統加到中級產量時，分解爐燃燒出現局部燃燒不充分，燃燒不完全情況；而當系統加到最高產量108～110t/h時，尾煤用量達到最大，爐中溫度只能達到865～875℃，這時分解爐出口溫度則達到882～890℃，五級下料更是達到了900～910℃，溫度倒掛現象極為明顯，分解爐燃燒情況較差。隨著投料量的逐步加大，煤粉在分解爐內的燃燒越來越不充分，當加到最大產量時，隨著煤量增加，爐中溫度反而出現下降，分解爐出口和五級錐體倒掛現象明顯。一方面這與熟料產量提高后分解爐的通風能力受到影響，對燃燒過程有一定阻礙有關，另一方面，更與分解爐物料停留時間短、燃燒和分解功能難以得到充分發揮密切相關。這使得窯尾系統整體溫度偏高，影響系統熱回收效率，甚至造成較頻繁、嚴重的結皮，影響系統的安全穩定運行，即使是采用優質的煙煤，分解爐能力也已略顯不足，分解爐容積明顯偏小。若要進一步提高熟料產量，必須對分解爐進行必要的結構優化和改造。另需說明的是以上數據均為正常工況，當窯溫偏低時，爐中溫度經常出現830～840℃的低溫，說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應的分解爐及五級下料的溫度變化*

表2 技改后不同投料量對應的窯尾溫度變化*

4.2 技改后分解爐燃燒情況的變化

由表2可知，改造后產量明顯增加，尾煤燃燒效果得到大大改善，當投料初期系統投料量100t/h左右時，和技改前相比，無顯著變化，系統燃燒較好；當系統投料量加到105～108t/h時，爐中溫度A點控制在885～890℃之間，分解爐出口溫度達到877～880℃，而五級錐體溫度達到869～873℃，分解爐燃燒情況較技改前有明顯改善；當系統投料量加到110～112t/h，爐中溫度A點控制在885～892℃之間，出口溫度達到879～885℃，五級錐體溫度達到865～875℃，說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，7t/h以上在分解爐內反而“不著”，溫度明顯下降，且倒掛現象明顯，五級錐體溫度較高，五級下料管結皮頻繁；技改后系統產量最大可以加到118～120t/h，尾煤最大可以加到7.5t/h以內，且燃燒效果較好，沒有出現明顯的燃燒不充分溫度倒掛現象，五級下料溫度都在870℃左右。

4.3 技改后分解爐內流場變化

分解爐爐膛直徑擴容后新增加一個縮口，并且分解爐流場發生一定變化，從窯尾縮口上來的高溫氣體與錐體割向進入的三次風在錐體下部匯合，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動。在分解爐底部，軸向速度各向變化很大，該區域存在一定的回流區。在縮口附近，軸向風速明顯增大，說明由于縮口處截面積減小，產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域重新經歷了最大軸向風速向中心匯聚和向壁面區域遷移的過程，噴騰速度減小而旋流速度加強，使物料在分解爐停頓時間明顯延長，有利于物料分解。

4.4 氣體停留時間和新增燃燒器對煤粉燃燒的影響

此次分解爐擴容后斷面風速由12.8m/s降到9m/s左右，氣體停留時間明顯延長，另外，新增尾煤燃燒器凈風風壓較高，達到12kPa，對于風煤的充分混合起到了至關重要的作用，從表2可以看出，技改后尾煤可以達到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 分解爐擴容后生料的停留時間和煤粉的停留時間得以延長

改造后爐膛容積增加80m3左右，由相關資料推算可知，改造后爐膛生料停留時間從10s延長到12.5s～15.5s,煤粉停留時間從8s延長至10s，這對爐內生料分解、煤粉燃燒大有好處。

表3 技改前后出篦冷機熟料溫度

5 篦冷機技改后冷卻效率的變化

5.1 篦冷機熟料冷卻效率大大提高

從表3中可以看出，技改前投料量達到滿負荷108～110t/h時，從篦冷機二段出口的熟料溫度達230～250℃，熟料冷卻效果較差，篦冷機熱交換能力低，加之投料較大，料堆效應產生的熟料離析，造成篦冷機東側一段、二段紅河嚴重，對篦冷機的篦板和窯運轉率造成較大影響；技改后，篦板加寬，篦冷機風機風量得到有效優化，熟料冷卻效果大大加強，投料量達到118～120t/h時，熟料最高溫度只有120℃左右。

5.2 篦冷機紅河現象得到解決

技改后，由于一段篦板加寬，篦冷機篦板冷卻面積大大提高，篦冷機風機風量得到優化，冷卻效率明顯提高，加之料堆效應減弱，篦冷機紅河現象基本消除，極大提高了篦冷機和窯的運轉率。

6 結語

6.1 技改后投料量有所提高

技改前系統投料量最高在108～110t/h之間，尾煤最大達到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，隨著尾煤的持續加入，煤風混合效果不好，分解爐爐中溫度不升反降，倒掛現象極為明顯；技改后分解爐爐容擴大80m3左右，尾煤噴入改為兩個燃燒器（配套兩臺高風壓的凈風風機），煤風混合效果較好，尾煤最高用量可達到7.5t/h，投料量在相同煤質和生料的情況下最高可達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相同煤質（灰分在14%～15%之間，揮發分在30%左右，固定碳在52%左右）。技改前熟料實物煤耗一般在165kg/t熟料左右，技改后由于分解爐爐容增大，斷面風速降低，煤粉在分解爐中燃燒狀況得到明顯改善，煤風混合較好，燃料的燃燒效率明顯提高，產量提高，實物煤耗從初步數據統計上看，基本上降到160kg/t熟料。

6.3 技改后對燃燒的影響

技改后煤粉在分解爐中上部燃燒較為充分，燃燒效率高，風煤混合大大加強，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，且燃燒器頭部沒有形成明亮火焰，燃燒不劇烈，沒有產生局部高溫結焦現象。

6.4 技改后適應不同煤質的能力有所提高

新增尾煤燃燒器后，調節手段增多，可以根據不同煤質情況調節內外風比例，在燃燒劣質煤或者白煤時，煤粉燃盡率得到有效提高，分解爐中燃燒情況得以改善，煤粉燃燒不完全時產生局部高溫結焦的現象得到有效控制。■

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2014-07-07；編輯：呂光