新型干法窑生产优化途径的分析(1)

　　当前我国新型干法窑技术已取得长足进展，主要表现在产量不断提高、热耗不断降低，不少生产线的技术指标已达到国际先进水平。回顾发展过程，生产水平的提高是得力于以下几个方面：
1、设备制造质量提高，提高了其运行可靠性，为系统长期连续运行提供基础；
2、系统各单元：熟料煅烧、预热预分解、熟料冷却热回收装置的性能改善，功能匹配趋于合理，尤其是分解炉和冷却机技术有新的突破；
3、生产经验的积累，制定了较合理的运行参数；
4、自动控制手段完善，使系统能及时跟踪设定的参数，经常处于稳定状态下运行。
　　但仍有相当部分生产线运行情况不如人意，其原因主要是系统匹配欠佳和运行参数未能得到优化。
一、生产能力
　　新型干法窑的悬浮预热器有很强、高效的传热功能。悬浮预热器内物料是充分分散悬浮在气流中，有很大的传热面积，传热速度很快，在正常作业状态（物料高度分散，预热器内无燃料燃烧现象）下，在每一级预热器内很快达到热平衡状态，气流温度和物料温度几乎一致，其出口温度仅相差10～20℃。预热器出口废气温度远低于中空干法窑，热量已得到充分利用，做到高产低热耗。
　　新型干法窑预热预分解系统有一个很重要特征是，分解炉或入窑一级预热器出口气流温度总是保持在一定范围之内，一般为870℃左右。通常的解释是在分解炉内燃料料烧放出的热量与物料吸收的热量达到平衡所致，但这并未回答为什么总是稳定在870℃左右，而不是其他温度，为什么SP窑的入窑一级出口温度也在这个范围而且与窑尾温度高低无关。这尚需从碳酸盐分解的特性上来说明。碳酸盐的大量、快速分解NSP窑是始于分解炉，SP窑是始于入窑一级预热器（所以该级又称分解级）。碳酸盐分解是一个化学反应相变过程，属于氧固相平衡，根据相律仅有一个变量，其分解物料温度与二氧化碳分压Pco2互为函数关系，

（T为分解绝对温度K），当Pco2一定时分解温度即为定值，

　　在稳定条件下分解炉或分解级内Pco2是稳定的，则分解温度也应稳定（NSP窑在线型分解炉和SP窑分解级内Pco2约为0.38atm左右，其分解温度为850℃，NSP窑离线型分解炉内Pco2约为0.45atm左右，其分解温度为860℃）当Pco2不变时，碳酸盐分解是等温过程，由于分解炉或预热器内物料是充分分散在气流之中，物料与气流温差很小，故其气流温度也稳定在一固定值。诚然，要保持温度稳定尚有赖于其很强的传热功能，使气流中热量及时传给物料。需要提出的是，当碳酸盐完全分解后，CaCO3固相消失，不再存在等温过程，其温度将超出分解温度而失控导至预热系统热工制紊乱，这是控制分解率在100%以下的原因。由于入窑一级预热器出口气流温度的稳定为预热系统热工制度稳定提供了条件，只要预热器级数相同，不管是SP窑还是NSP窑，不管窑的规格大小或产量波动，均能保持预热器出口废气温度稳定，这是新型干法窑的又一个特征。
　　一般地说，制约水泥窑生产能力的因素为发热和传热能力。由于新型干法窑预热系统有足够的传热能力，因此其发热能力是其制约因素，要求高的生产能力，关键在于充分发挥其发热能力。系统的发热能力与规格有关，对于一定规格的窑存在一个合理的高限值。
　　回转窑是一个理想的燃烧装置，燃烧温度高，燃烧速度快，由于兼有熟料烧结及部分传热任务并要求控制一定的窑尾烟气温度，必须具备一定的长度，其燃烧空间是绰绰有余，其制约发热能力的因素是耐火砖寿命即燃烧带的热力强度，热力强度有截面热力强度和燃烧区容积热力强度，从统计资料来看单位截面强度并不是一个定值，而是随窑的直径增大而增大。燃烧区热力强度（单位容积发热量）是普遍适用于各种燃烧炉。回转窑的燃烧带长度是正比于窑的直径，则回转窑的发热量Q（kcla/h）正比于有效内径的三次方Q=aD3。根据统计系数a值相当稳定，其合理值为1.08～1.18×106kcal/m3·h。对于小直径的窑，由于窑皮容易保护材料寿命长，允许较高的热力强度，即a值可取高值。应该指出的是窑的发热量是包括燃料燃烧热Qr和助燃空气（二次风）带入的显热Qk,Q=Qr+Qk。因此新型干法窑二次风温显著高于中空干法窑和湿法窑，其燃料量则应相对低些。在确定燃料量时应计入二次风显热的因素。
　　分解炉是其另一发热装置。其燃烧温度受碳酸盐分解温度制约，燃烧速度远低于回转窑内的燃烧速度是其控制因素。其发热能力同样正比于炉的容积，其单位容积发热量低于回转窑的燃烧区。由于各种炉型结构及燃烧气氛（氧含量）不同，其单位容积发热量必然有差异，一般地说，离线型分解炉由于氧气浓度较高，其燃烧性能要优于在线型分解炉，带预燃炉的分解炉及物料在初燃区后加入时，因不受碳酸盐分解温度制约，有可能适当提高其温度，有助于燃烧速度，其单位容积发热量则可相应提高。
　　窑与分解炉的燃料比是一重要参数。一般地都力求提高分解炉的燃料比提高总的发热量来提高生产能力，然而，分解炉是窑的发热能力的补充，其燃料比是由其与窑的匹配所决定的，因此所谓“合理”的燃料比并非绝对的，而且相对于窑型而言的。例如窑较短，窑尾烟气提供的热量较多，由于入窑物料分解率存在一个高限，则炉的燃料量必须受到限制，虽然炉的燃料比较小，却是合理的。
　　由于人们对物的认识是逐步深化的，早期建成的生产线分解炉普遍偏小，分解炉用煤量受到限制，如强求高的分解炉燃料比，只能是降低窑的用煤量来满足燃料比的指标，其结果是总的用煤量降低，影响生产能力的发挥。因此在生产中总的掌握原则是，首先用足窑的发热能力，在分解炉内充分燃烧（至少在与分解炉连结的一级预热器内达到完全燃烧）和控制入窑物料分解率的情况下，尽可能地提高分解炉的燃料量，以求允许最大的燃烧总用量，以提高生产能力。