預(yù)分解窯“恒溫平衡”操作技術(shù)

趙曉東

（重慶電子工程職業(yè)學(xué)院，重慶 401331）

0 前 言

自1985年以來(lái)，中國(guó)的水泥生產(chǎn)總量已經(jīng)連續(xù)33年居世界第一位，水泥的產(chǎn)銷(xiāo)量約占世界的60.00%。截至2017年底，中國(guó)擁有7條10 000t/d、6條12 000t/d預(yù)分解窯熟料生產(chǎn)線，是世界上擁有萬(wàn)噸生產(chǎn)線最多的國(guó)家；預(yù)分解窯生產(chǎn)的水泥總量達(dá)到22億噸，低溫余熱發(fā)電裝機(jī)總?cè)萘窟_(dá)到6 000MW，形成了完善的預(yù)分解窯水泥生產(chǎn)工業(yè)體系[1]。但由于錯(cuò)誤的操作技術(shù)，約70%的水泥企業(yè)能耗偏高、能源利用率偏低，只有30%水泥企業(yè)的水泥單位產(chǎn)品能源消耗水平接近或達(dá)到GB16780-2012《水泥單位產(chǎn)品能源消耗限額》標(biāo)準(zhǔn)。采用“恒溫平衡”操作技術(shù)，有利于提高預(yù)分解窯的熟料產(chǎn)量與質(zhì)量，降低熟料標(biāo)準(zhǔn)煤耗。

1 堅(jiān)持“五穩(wěn)保一穩(wěn)”的操作原則

預(yù)分解窯的操作原則是“五穩(wěn)保一穩(wěn)”，其中的“五穩(wěn)”就是入窯生料化學(xué)成分穩(wěn)定、生料喂料量穩(wěn)定、燃料成分（熱值、煤的灰分及水分等）穩(wěn)定、燃料喂入量穩(wěn)定和設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定；“一穩(wěn)”就是窯煅燒系統(tǒng)的熱工制度穩(wěn)定。預(yù)分解窯采用了懸浮預(yù)熱和窯外分解技術(shù)，預(yù)熱器內(nèi)的生料吸熱速度快，分解爐內(nèi)的生料發(fā)生分解反應(yīng)速度快，入窯的生料分解率≥95%，且在窯內(nèi)停留時(shí)間短，對(duì)熱工制度的波動(dòng)極為敏感，一旦熱工制度不穩(wěn)，輕者擾亂正常的煅燒秩序，影響熟料產(chǎn)量和質(zhì)量，重者使預(yù)熱系統(tǒng)產(chǎn)生“結(jié)皮堵塞”，甚至發(fā)生設(shè)備及人身安全事故。

2 保持預(yù)分解窯的風(fēng)量平衡

預(yù)分解窯煅燒所用的風(fēng)量決于窯爐的煤量，窯爐的煤量取決于入窯的生料量，窯速的快慢取決于生料在窯內(nèi)的煅燒狀況。保持預(yù)分解窯的風(fēng)量平衡，就是實(shí)現(xiàn)風(fēng)、煤、料及窯速的最佳匹配，使窯系統(tǒng)的氣體流場(chǎng)、溫度場(chǎng)、壓力場(chǎng)等穩(wěn)定在一個(gè)平衡范圍內(nèi)。

預(yù)分解窯系統(tǒng)的用風(fēng)包括一次風(fēng)、二次風(fēng)、三次風(fēng)及篦冷機(jī)的余風(fēng)等，其作用與控制調(diào)節(jié)分述如下。

2.1 一次風(fēng)的作用及調(diào)節(jié)

從煤粉燃燒器入窯的風(fēng)叫一次風(fēng)。一次風(fēng)量占總風(fēng)量的4%～8%，主要作用是輸送煤粉，同時(shí)還供給煤的揮發(fā)分燃燒所需的氧氣。一次風(fēng)溫度不能高于140℃，而二次風(fēng)溫度可以高達(dá)1 200℃，所以一次風(fēng)量不宜過(guò)多，否則影響二次風(fēng)量。多通道煤粉燃燒器的外直流風(fēng)速可達(dá)400m/s，內(nèi)旋流風(fēng)速可達(dá)200m/s，具有很高的沖量，有利于促進(jìn)煤粉的快速燃燒。

2.2 二次風(fēng)的作用及調(diào)節(jié)

從冷卻機(jī)入窯的風(fēng)叫二次風(fēng)，其作用主要是供給入窯煤粉固定碳燃燒所需的氧氣。二次風(fēng)溫一般在1 000℃～1 200℃，通過(guò)調(diào)節(jié)窯尾縮口的閥門(mén)開(kāi)度控制入窯風(fēng)量。增加窯尾縮口的閥門(mén)開(kāi)度，二次風(fēng)量增加、二次風(fēng)溫降低，窯尾氣體的O2含量增加；但三次風(fēng)量減少、三次風(fēng)溫降低，分解爐出口廢氣中的O2含量降低。反之亦然。

2.3 三次風(fēng)的作用及調(diào)節(jié)

從三次風(fēng)管入分解爐的風(fēng)叫三次風(fēng)，其作用主要是供給入爐煤粉固定碳燃燒所需的氧氣。三次風(fēng)溫一般900℃左右，通過(guò)三次風(fēng)管上的閥門(mén)開(kāi)度控制入爐風(fēng)量。增加三次風(fēng)閥門(mén)開(kāi)度，三次風(fēng)量增加、三次風(fēng)溫增加，分解爐出口廢氣中的O2含量增加；但二次風(fēng)量減少、二次風(fēng)溫降低，窯尾廢氣中的O2含量降低。反之亦然。

2.4 篦冷機(jī)的余風(fēng)及調(diào)節(jié)

從篦冷機(jī)排出的不用作二次風(fēng)、三次風(fēng)、煤磨烘干用風(fēng)和AQC鍋爐用風(fēng)的多余氣體，叫篦冷機(jī)的余風(fēng)，通過(guò)調(diào)節(jié)窯頭排風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和入口風(fēng)門(mén)開(kāi)度來(lái)控制。增大窯頭排風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速或入口風(fēng)門(mén)開(kāi)度，窯頭罩負(fù)壓值增加，二次風(fēng)量和三次風(fēng)量減小，余風(fēng)量增加、溫度升高。反之亦然。

2.5 窯爐風(fēng)量平衡的判定及調(diào)節(jié)

根據(jù)窯尾及分解爐出口廢氣溫度與O2含量判斷窯爐用風(fēng)量是否平衡。窯爐風(fēng)量平衡時(shí)，窯尾廢氣溫度一般在1 000℃～1 150℃，O2含量一般在1.50%～2.50%；分解爐出口廢氣溫度一般在880℃～900℃，O2含量一般在2.00%～3.00%。如果分解爐用風(fēng)量過(guò)大，則分解爐出口廢氣中的O2含量偏大，窯尾O2含量偏小，這時(shí)就要減小三次風(fēng)閥門(mén)開(kāi)度，或增大窯尾縮口閥門(mén)開(kāi)度，使窯爐用風(fēng)量達(dá)到平衡[2]。

2.6 系統(tǒng)總用風(fēng)量的調(diào)節(jié)與控制

如果預(yù)熱系統(tǒng)產(chǎn)生塌料、窯頭回火、C1預(yù)熱器出口廢氣溫度偏低、C1預(yù)熱器出口負(fù)壓降低等現(xiàn)象，說(shuō)明系統(tǒng)總風(fēng)量不足，應(yīng)該增大窯尾排風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，或增大窯尾排風(fēng)機(jī)的進(jìn)口閥門(mén)開(kāi)度；如果發(fā)生C1預(yù)熱器出口廢氣溫度升高、C1預(yù)熱器出口負(fù)壓增大等現(xiàn)象，說(shuō)明系統(tǒng)總風(fēng)量過(guò)大，應(yīng)該降低窯尾排風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，或減小窯尾排風(fēng)機(jī)的進(jìn)口閥門(mén)開(kāi)度。

3 正確使用煤粉燃燒器

多通道煤粉燃燒器的煤風(fēng)和凈風(fēng)，從各自通道分別噴入窯內(nèi)，利用它們之間的速度差，強(qiáng)化風(fēng)、煤的混合程度，提高煤粉的燃燒速度。旋轉(zhuǎn)的內(nèi)風(fēng)，在燃燒器出口火焰的中部形成一個(gè)強(qiáng)大負(fù)壓區(qū)，使高溫氣體產(chǎn)生回流，有力于緩解火焰中心缺氧，有利于煤粉的烘干和燃燒。高速直流噴射的外風(fēng)，在燃燒器出口火焰的周?chē)纬梢粋€(gè)強(qiáng)大負(fù)壓區(qū)，卷吸二次風(fēng)聚攏火焰的根部，強(qiáng)化煤粉的燃燒。

正確使用多通道煤粉燃燒器，在窯內(nèi)形成穩(wěn)定的燃料燃燒條件和傳熱條件，為穩(wěn)定預(yù)分解窯的熱工制度創(chuàng)造條件。

3.1 燃燒器的位置

燃燒器的端面在窯口外面，受二次風(fēng)強(qiáng)烈的沖擊、擾動(dòng)影響，火焰極易發(fā)散、不集中。燃燒器的縱向中心位置越接近料層，越容易產(chǎn)生還原氣氛。因?yàn)閲娮炜拷蠈樱鹧媾c物料表面之間的距離變小，氧氣含量相對(duì)不足，在物料表面產(chǎn)生嚴(yán)重的還原氣氛；同時(shí)，未燃或正在燃燒的炭粒又容易掉落在熟料中，減少了與氧氣的接觸機(jī)會(huì)，容易發(fā)生不完全燃燒現(xiàn)象。燃燒器的縱向中心位置在窯截面中心以上，有利于減少煤粉掉落熟料的機(jī)率，提高煤粉的燃盡率；有利于生料吸收火焰及窯皮的熱量，提高生料的升溫速率；有利于火焰前部熱氣流吹向生料上方，提高生料的前移速度，充分利用新生態(tài)氧化物的反應(yīng)活性，提高液相CaO的吸收速度，促進(jìn)C3S的形成，改善熟料的結(jié)構(gòu)，提高熟料的易磨性及強(qiáng)度。

根據(jù)生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，燃燒器的理想位置應(yīng)該是：燃燒器的縱向中心位置定位在0mm，30mm～50mm，端面位置伸進(jìn)窯內(nèi)大約100mm～200mm，形成的火焰“直”、“短”、“有力”[3]。

3.2 內(nèi)風(fēng)、外風(fēng)比例的調(diào)節(jié)與控制

燃燒器的內(nèi)風(fēng)用來(lái)調(diào)節(jié)火焰的粗度，外風(fēng)用來(lái)調(diào)節(jié)火焰的長(zhǎng)度。燃燒器內(nèi)風(fēng)、外風(fēng)的比例控制一定要準(zhǔn)確，否則不但影響風(fēng)煤的混合，更影響煤粉的燃燒。以調(diào)節(jié)閥門(mén)開(kāi)度的辦法改變內(nèi)風(fēng)、外風(fēng)的比例盡管很方便，但實(shí)際誤差卻很大，不能有效地調(diào)節(jié)火焰的形狀。正確的方法是通過(guò)調(diào)節(jié)內(nèi)風(fēng)、外風(fēng)的壓力值，控制內(nèi)風(fēng)及外風(fēng)的比例，比如內(nèi)風(fēng)壓力控制在20kPa～22kPa，外風(fēng)壓力控制在24kPa～26kPa[4]。

3.3 煤風(fēng)、中心風(fēng)比例的調(diào)節(jié)與控制

煤風(fēng)和中心風(fēng)的比例，可以采用調(diào)節(jié)閥門(mén)開(kāi)度的辦法，比如煤風(fēng)的閥門(mén)開(kāi)度控制在50%～55%，中心風(fēng)的閥門(mén)開(kāi)度控制在35%～40%。

4 保證分解爐的用風(fēng)量，實(shí)現(xiàn)燒成帶恒溫煅燒

預(yù)分解窯的通風(fēng)阻力遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于三次風(fēng)管，因此窯內(nèi)通風(fēng)比較容易保證，分解爐內(nèi)通風(fēng)就不容易保證。為了充分發(fā)揮分解爐的功效，保證入窯生料的分解率≥95%，就要增大三次風(fēng)管的閥門(mén)開(kāi)度，增大分解爐的用風(fēng)量，提高煤粉的燃燒速率。但大多數(shù)預(yù)分解窯三次風(fēng)管的閥門(mén)開(kāi)度超過(guò)60%，都會(huì)出現(xiàn)窯內(nèi)通風(fēng)明顯不足的現(xiàn)象，這時(shí)可以通過(guò)調(diào)整燃燒器的內(nèi)風(fēng)及外風(fēng)比例，使火焰達(dá)到正常燃燒時(shí)的長(zhǎng)度，火焰在長(zhǎng)度方向上的溫度差變小，幾乎接近恒溫。生產(chǎn)實(shí)踐證明，采用恒溫煅燒制度，燒成帶的溫度穩(wěn)定，熟料的f-CaO含量波動(dòng)小、質(zhì)量穩(wěn)定、易磨性好、強(qiáng)度高，窯尾廢氣中NOx濃度降低，有利于降低系統(tǒng)脫硝成本。所以三次風(fēng)管的閥門(mén)開(kāi)度最好控制在70%～90%。

5 穩(wěn)定窯頭罩的負(fù)壓和溫度

窯頭罩是整個(gè)煅燒系統(tǒng)所用風(fēng)量的平衡點(diǎn)。窯頭罩負(fù)壓反映篦冷機(jī)鼓風(fēng)量、入窯二次風(fēng)、入爐三次風(fēng)、煤磨烘干熱風(fēng)、篦冷機(jī)余風(fēng)之間的平衡關(guān)系。調(diào)節(jié)窯頭罩壓力目的，在于防止窯頭冷空氣侵入窯內(nèi)、熱空氣及粉塵溢出窯外。正常生產(chǎn)條件下，窯頭罩呈微負(fù)壓，不允許出現(xiàn)正壓，否則影響窯內(nèi)火焰的完整形狀，損傷窯皮，影響入窯二次風(fēng)量，熟料細(xì)粒、顆粒向窯外溢出、噴出，加劇窯頭密封裝置的磨損，惡化現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境衛(wèi)生，影響比色高溫計(jì)及電視攝像頭的使用效果。窯頭罩負(fù)壓值在30Pa～50Pa之間，說(shuō)明入窯的空氣量充足，煤粉的燃燒條件能夠得到保證。通過(guò)增加窯尾排風(fēng)機(jī)的風(fēng)量、減小篦冷機(jī)一室的鼓風(fēng)量等操作方法使窯頭罩負(fù)壓值增加，反之亦然。但不能隨意調(diào)整窯頭排風(fēng)機(jī)的風(fēng)量，否則會(huì)影響入窯二次風(fēng)量及入爐三次風(fēng)量，影響窯爐內(nèi)煤粉的燃燒。窯頭罩正壓過(guò)高時(shí)，熱煙氣及粉塵向外溢出，增加能耗、污染環(huán)境，不利于人身安全。窯頭罩負(fù)壓過(guò)大時(shí)，增加窯的漏風(fēng)量，窯內(nèi)容易產(chǎn)生還原氣氛。

窯頭罩的溫度就是二次風(fēng)的溫度，其值穩(wěn)定在≥1 150℃時(shí)，說(shuō)明熟料的急冷效果比較理想，入窯煤粉的燃燒條件和傳熱條件比較理想，這時(shí)適當(dāng)增加用煤量，可以取得事半功倍的燃燒效果。

穩(wěn)定窯頭罩的負(fù)壓和溫度，就能穩(wěn)定煤粉的燃燒條件和傳熱條件，就能穩(wěn)定窯的熱工制度，避免窯內(nèi)產(chǎn)生結(jié)圈、預(yù)熱器發(fā)生結(jié)皮與堵塞等工藝故障，實(shí)現(xiàn)“優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低耗、環(huán)保”的最佳生產(chǎn)效果。

6 結(jié) 語(yǔ)

采用“恒溫平衡”操作技術(shù)，預(yù)分解窯生產(chǎn)的熟料質(zhì)量穩(wěn)定、強(qiáng)度高、標(biāo)準(zhǔn)煤耗降低，生成的NOx濃度降低，有利于實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗。

[1] 趙曉東.中國(guó)水泥工業(yè)的進(jìn)步及發(fā)展方向[J] .中國(guó)水泥，2017，（12）：48-54.

[2] 趙曉東.預(yù)分解窯風(fēng)量的調(diào)節(jié)與控制[J] .水泥工程，2016，（4）：48-53.

[3] 趙曉東.正確使用四風(fēng)道煤粉燃燒器[J] .水泥工程，2016，（12）：35-38.

[4] 趙曉東.正確使用四風(fēng)道煤粉燃燒器[J] .水泥工程，2016，（12）：35-38.