我厂预分解窑存在的问题及技改经验

引言 

　　我厂是在原正在建设中的Φ3.5m×145m、年产25万t的水泥湿法生产线的基础上改为回转窑规格为Φ3.5m×54m、日产1500t熟料的ILC型预分解窑，属非标准型的生产线。自1993年正式投产以来，出现了一系列的工艺问题，生产一直徘徊不前，开开停停，频繁点火开车，生产成本居高不下。为此，1999年4月，进行了一次技术改造。 

1　技改内容及优化措施 

　　 
1.1　技改内容 
　　我厂预热分解系统、冷却系统在原设计中直接采用了南方某厂日产2000t熟料的设计方案，主机设备见表1。该系统按日产1500t熟料的生产能力考核，预热器规格偏大，窑炉煤粉无法按设计比例4.5∶5.5分配，制约系统工况的稳定。而篦冷机就其能力来说，对生产影响不大。自1993年正式投产至本次技改之前，存在的问题归纳为:1)预热器能力偏大，堵料、塌料现象较频繁；2)C1出口气体温度偏高，含尘浓度较大。3)窑内结长厚窑皮、结“大蛋”、结圈，造成熟料质量欠佳，窑尾密封漏料现象严重，甚至被迫停窑；4)“红窑”现象较频繁；5)篦冷机堆“雪人”及“红河”现象严重。  

1.1.1　配料方案的调整 
　　
根据几年来的生产工艺及质量情况，我厂提出相对提高硅率，减少煅烧时的液相量。确定三个率值的指标为:KH=0.90±0.02，SM=2.5±0.1，IM=1.5±0.1。 

1.1.2　煤粉的控制 
　　
确定煤粉细度控制指标为8.0%±1%，水分<1%。并采取一定措施，提高喂煤的稳定性。 

1.1.3　三风道喷煤管的正确使用 
　　
原三风道喷煤管前端已弯曲，喷嘴轻微变形，火焰形状分叉严重。为此更换成由天津院开发的新型三风道喷煤管。并确定喷煤管合理的坐标位置，同时加强内外风等调整手段，操作中控制适当的窑内填充率。 

1.1.4　C1内筒合理增长 
　　
技改前增湿塔下回灰螺旋输送机回灰量大，因回灰螺旋输送机能力不够，机械故障时有发生。经过适当加长C1内筒长度后，C1筒出口气体温度降低，气料分离效率得到提高，增湿塔下回灰螺旋输送机回灰量大大减少。 

1.1.5　ILC分解炉的改造 
　　原分解炉见图1。 
　　  




　　图1　技改前分解炉 

　　该分解炉属FLS公司的第二代产品，窑气与三次风在上升烟道混合喷腾入炉，煤粉在分解炉锥部对称喷入，炉顶为平顶并采用水平切向出口。自1993年生产以来，分解炉出口温度与C5出口温度倒挂现象严重，分解炉分解率低。天津院专家与我厂工程技术人员分析认为燃烬度低是煤粉在分解炉内滞留时间短，煤粉不完全燃烧所致。另外两喷煤嘴在分解炉锥部对称喷煤，易造成炉中“抢风”现象，也是造成分解炉出口煤粉燃烬度低的原因之一。而燃烬度低易加重C5分解任务，易造成结皮堵塞。C4下料完全依靠窑风带起，上升烟道较长，阻力大，因缺少可效仿的先例，也因缺乏相应的操作借鉴经历，曾经因窑风与三次风匹配不合理，而造成炉内形成“柱流”或“短路”。整个烧成工况很难稳定。针对原分解炉状况，以及为了提产，决定对原分解炉进行改造。 

将分解炉柱体部分加长6.3m，上升烟道由原来的7.1m，改为高度仅为0.8m的膨胀节，以承受整个炉体，缩口直径保持不变。在柱体部分增设上缩口，加强物料在炉内形成二次喷腾，有利于燃料燃烧及物料分解。 
　　
将原单一喷腾型分解炉改为喷腾兼旋流复合型。三次风由原上升烟道与窑气混合喷入分解炉，改为由分解炉锥部右割向喷入，形成旋流效应，三次风管并有向下15.8°角。 
　　
C4下料由原上升烟道加入改为由分解炉柱体底部分两路加入。 
　　
喷煤嘴由原锥体两侧对称喷入，改为一个在三次风管进炉端正上方，柱体底部并下倾一定角度；另一个在三次风管右侧下方位置，并下倾一定角度。见图2所示。 
　　 

图2　技改后分解炉 

1.1.6　篦冷机的改造 
　　
我厂原篦冷机是Fuller往复式水平推动篦式冷却机，采用两段传动。在投产初期由于长期薄料层运行，引起篦板梁变形；篦板烧坏，更换频繁；相对运动部件接触摩擦增大，运行阻力电流大，篦速无法降低，厚料层操作客观条件被破坏；加之篦冷机本体设备状况难以保证，热回收效率低；堆“雪人”及“红河”现象严重，给相关工序带来一系列的难题。技改中采用“充气篦床”与普通篦床组合的复合篦床。在高温淬冷区和部分热回收区仍采用“充气篦床”。其余大部分热回收区和后续冷却区仍采用普通篦床，依然是两段传动。这种“充气篦床”的使用具有两个特点:1)高阻力；2)气流高穿透性。当料层波动时，仍可保持冷却风系统的稳定工作，确保冷却效果并有利于料深层次的气固热交换，特别是对红热细料的冷却更有特殊的作用，有利于消除“红河”现象。并设有平衡风系统，平衡风系统由风管引入篦床下的冷却室，穿过篦床之间缝隙进入料床，在“充气篦床”下形成压力，以防止料层中来自“充气篦床”的高压风反窜到篦下风室；同时利用平衡风通过篦板之间的垂直间隙及横向间隙上吹的作用，减少细熟料通过上述篦板间隙的下漏量。且在靠窑口端下方安装了空气炮，定时“喷吹”，以防止堆“雪人”。从我厂几个月的使用来看，这种篦冷机热回收率高，二次、三次风温提高幅度较大，降低了窑炉煤耗。“雪人”与“红河”现象得到解决，使用效果显著。 

2　技改后的工艺问题与解决措施 

　　 
2.1　技改后出现的工艺问题 
　　
历经近两个月的技改后，6～7月份窑在调试中运行状况较历史虽有所好转，但原有的部分工艺问题依然存在。窑内结长厚窑皮及结圈问题尚未得到解决，对熟料质量影响较大，且窑尾密封漏料现象时有发生。正常的窑况维持时间不长，随即各工艺参数均有着不同的恶化。在实际操作中，就感觉窑是在“硬撑”着运行。窑况正常时，熟料质量基本满足要求，几天后随着窑况一天天恶化，发现经篦冷机冷却后的熟料中掺杂着一种质地轻而松、形状不规则的“黄料”，从熟料整体来看，升重基本满足我厂的控制指标1300±75g/L，fCaO超过控制指标1.5%，当这种“黄料”出现时，发现分解炉锥部及缩口有较重的结皮现象，清理后，“黄料”随之减少或消失，几小时后又依然如故。冷窑后，进窑检查发现窑尾烟室“两腮”挂料结皮极严重，类似于“石钟乳”，且缩口结皮严重。窑内过渡带附着厚厚的窑皮，打掉窑皮表层，内层窑皮极类似于“黄料”。 

2.2　工艺问题分析与解决措施 
　　
针对上述现象，我们认为烟室挂料结皮及缩口结皮是引起窑内结长厚窑皮和结圈的关键因素；同时与分解炉锥部结皮也有着较大的关系。现根据6月份生产过程进行分析，我们将正常与非正常时窑况在喂料量及风量基本一致的情况下，将分解炉周围负压变化趋势进行比较，见表2。正常窑况时，窑头火焰有力、细长，且根据筒体温度分布状况和由于分解炉改造取消了原上升烟道，阻力相应减小，三次风管阀门按技改前控制，发现烧成带有后移现象，于是适当开大三次风管阀门，并增大喷煤管内流风取得一定的效果。而非正常窑况时，窑头火焰显得无力，窑内还原气氛浓，过渡带筒体温度低。结合表2，不难看出，当窑尾烟室挂料结皮及缩口结皮时，窑内通风受阻，炉中部负压由正常时588Pa左右逐渐增大到784～1049Pa范围。  

　分解炉在非正常时，三次风量增大从而使炉内氧含量增加，此时分解炉内旋流效应强，分解炉有一喷煤嘴又正好在三次风管右侧下方，那么在分解炉锥部就易形成局部高温区，分解炉锥部结皮也就雪上加霜。清理缩口及分解炉锥部结皮时，发现有一定量的大颗粒在炉内形成内循环。清理完毕后，窑内通风有所改善，熟料中掺杂的“黄料”明显减少。所以对出现的“黄料”有一种观点是:非正常时，当炉内大颗粒物料自重大于炉内风向上的力时，就直接由缩口“短路”下落入窑，从而造成熟料中掺杂一定量的“黄料”现象。再者因烟室挂料结皮、缩口结皮，造成窑内还原气氛浓，这样不仅易在窑过渡带结厚窑皮，且易加重烟室结皮，于是就有另一种对“黄料”的认识:“黄料”是由过渡带窑皮引起的，原因是在还原气氛浓的情况下，过渡带易长窑皮且又易掉窑皮，所掉的窑皮经篦冷机尾端锤式破碎机破碎后形成形状极不规则的“黄料”。而经清理缩口及炉锥部结皮及适当关小三次风管阀门，灵活控制窑风与三次风量合适比例，增强喷腾效应及减少窑内还原气氛，熟料中掺杂的“黄料”基本得到暂时缓解。但这两种相结合的办法仅具有短期作用，随着烟室挂料结皮、缩口结皮的不断加重，最终停窑。7月份我们在烟室易挂料的地方安装了空气炮，但效果并不理想，烟室挂料结皮问题依然严重。烟室挂料结皮不但影响窑内工况而且影响分解炉内状况，那么什么原因造成烟室挂料结皮呢？技改中，因全年生产任务重，时间紧，忽视了1998年7月份将窑尾密封由端面摩擦式改为侧面摩擦式时，原窑尾斜坡基础不变，而仅依靠加厚浇注料提高斜坡角度，没有考虑到斜坡处通风面积。 
　　
如图3所示的h值是窑上端至窑尾斜坡的有效垂直距离为1.2m；炉底缩口的直径为1.35m，所以我们可以看出，因窑尾通风面积偏小，系统抽风时，C5下料的部分料被风带起，形成类似于喷腾现象，这种入窑物料分解率一般都达到95%左右，粘性大，易在烟室的“两腮”处挂料结皮。技改前分解炉的上升烟道虽有结皮现象，因入窑物料分解率低，且窑运转率也低，所以反映的不够明显。8月初停窑期间，我们将原窑尾斜坡约300mm厚的浇注料打掉了100mm厚，将h值由1.2m增大到1.3m。将缩口直径由原来的1.35m减小到1.23m，将原缩口风速由25～30m/s提高到30～35m/s，增强喷腾效应。分解炉喷煤嘴位置合理与否，是影响炉锥部结皮的另一重要因素，因此适当调整了喷煤嘴的位置。8月份生产过程中，我们加强控制三次风与窑风的匹配，窑炉用煤的合理比例，窑况明显趋于稳定，熟料质量大幅度提高，熟料中掺杂的“黄料”得到了解决，分解炉锥部结皮减轻，窑内结长厚窑皮及结圈问题得到解决，窑内各带分布合理，窑皮平整，图4为技改前后窑筒体温度分布对比图。 
　　 



3　结语 

　　经过这次技改，我厂目前窑运转率已大幅度提高，并顺利通过达标。熟料质量较佳，电耗、煤耗、砖耗都较大幅度下降，窑日产量由原来设计的日产1500t，现提高到日产1630t左右。在此要特别提出，回转窑窑速及主排风机尚有再增产的能力，但由于该系统生料喂料部分未作改造，在实际生产中，喂料量虽有所提高，受喂料系统设备能力的限制，生料喂料系统始终处于满负荷工作状态，有待日后不断完善。