RSP预分解窑生产线改造设计

　　东北某地区HS公司上世纪九十年代建成一条1000t/dRSP预分解窑水泥熟料生产线，投产后生产状况始终不稳定，产量低，能耗高，飞灰大，污染严重。2002年对该生产线进行技术改造，经过技术改造，效果十分明显，产量提高近50%。其他指标均达到设计要求。本文针对改造情况作理论分析和具体改造措施的介绍。
　　1、改造前设备配套及存在的主要问题
　　HS公司1000t/dRSP预分解窑生产线主要设备及性能参数见表（1）。应用先进的窑外分解技术对该生产线进行全面的热工诊断，项目包括主要设备能力，原料，煤粉及熟料化学成分，煤粉的工业分析，各部烟气成分，压力，温度，风速以及系统平衡中主要支出热等。找出主要问题如下：
（1）整个系统漏风偏大。
（2）熟料产量始终在800～900t/d之间波动，没达到设计指标。
（3）C1级筒出口温度偏高（400℃），负压偏大（5900～6200Pa）。
（4）三次风温度偏低，入口温度在600℃左右。
（5）C1级筒分离效率差，出口飞灰量大。
2、对存在问题的理论分析
　　用热工诊断和热平衡计算，对该生产线预分解系统各部位的风速及有关参数进行统计，见表（2）。认真分析表（2）的各部位参数，我们会发现该预分解系统在结构设计上存在一些缺陷。
　　（1）预热器C2～C5级旋风筒截面风速低。经热工诊断计算，C2～C5级旋风筒截面风速在5.58～5.6m/s之间，（C1级旋风筒截面风速约为3.95m/s）早期设计的旋风筒截面风速均为4～5m/s。旋风筒截面风速低，有利于降低系统阻力，延长气料停留时间。但风速小气体携带物料的能力弱，物料不能完全同热气体混合换热，一部分物料没有充分换热就降到下一级旋风筒里，影响了物料的分解。大量实验验证C2～C5级旋风筒的设计截面风速一般取6～7m/s，大于7m/s则系统阻力增大。从分离效率考虑，C1级要提高分离效率达95%，增加粉尘在旋风筒中沉降时间，故取C1级旋风筒设计风速在3～4m/s。
　　（2）分解炉MC室截面风速低。RSP预分解系统分解炉由预燃室SC和混合室MC组成。该系统混合室MC室截面风速在5.85m/s，分解炉截面风速低，其携料能力减弱，易产生塌料现象，影响分解炉的分解效果。现在新开发的各种形式的分解炉都有缩小炉径，增加炉体高度或延长出风管长度的趋势。所以在保证炉容的前提下，应适当提高炉内风速，一般MC室截面风速在6～10m/s范围。最新设计的RSP预分解系统取MC室截面风速在8～12m/s。
　　（3）C1级旋风筒入口风速大，达到24m/s。在一定范围内提高进风口风速会提高分离效率，但风速过高，会引起粉尘二次飞扬加剧，分离效率反而降低。许多实验表明，在实际生产中进风口风速对压损的影响远大于对分离效率的影响，因此在不明显影响分离效率和进口不致于产生过多物料沉积的前提下，适当降低进风口风速，可作为有效降阻措施之一。C1级筒入风口风速达到24m/s既增大系统阻力，又降低了收尘效率，引起C1级筒出口飞灰严重。通过冷模实验，一般旋风筒入风口风速取17～20m/s为宜。
　　（4）旋风筒出风口风速高，风速达到20.71m/s。出风口风速高，导致旋风筒阻力增大，对于大蜗壳旋风筒，既在相同断面风速的情况下，其出风口风速低，从而能很好地降低旋风筒的阻力，也为其增大内筒提供可能，一般经验，旋风筒出口风速在13～14m/s范围。
　　（5）旋风筒内筒直径小。C2～C5级旋风筒内筒直径与旋风筒有效直径之比为0.5～0.52，（C1级为0.46）。实践证明：内筒直径小，系统阻力增大，影响旋风筒的分离效率。降低旋风筒阻力的有效措施就是增大内筒直径，缩短内筒插入深度。当前新建生产线设计的内筒，其直径与旋风筒有效直径之比已提高到0.6～0.7。
　　（6）旋风筒内筒高度设计不合理。旋风筒内筒高度与进风口高度之比；C1=0.81，C2～C3=0.44，C4～C5=0.5。从降低系统阻力的角度出发，内筒插入深度浅一些为好，但C1筒是生料入口处，此处温度低，生料入C1筒后易产生飞灰，再加上入风口风速高达24m/s，导致C1筒出口飞灰增大，分离效率下降。内筒高度大一些，插入深度深一些，可减少C1级筒出口的飞灰量，提高分离效率。所以C1级筒内筒高度不能小，现在设计上，一般取C1级筒内筒高度与C1级筒进风口高度之比在1.4～1.8范围。从降低系统阻力出发要求C2～C5级筒内筒高度与其进风口高度之比逐级缩小，C2=0.6，C3=0.5，C4=0.4，C5=0.3。丹麦史密斯公司在C5级筒上取0.24，其目的是尽量缩短最下一级内筒高度，减少烧损的可能性以及更换方便，进而提高系统的运转率。
　　（7）分解炉MC混合室底部缩口尺寸为0.9m×0.9m，风速达到38.14m/s，风速过高。MC室直径φ4.3m，高度13m，炉容188m3，单位产量为4.58t/m3h，趋于规范4～6t/m3h的下限，炉容略小。
　　（8）三次风管从篦冷机上壳体上抽取热风，由于篦冷机冷却效果不好，三次风温度低，热风经过三次风管进入SC室，影响了SC室燃料的燃烧，煤粉在SC室燃烧不充分，SC室温度低，从而影响了MC室生料的分解率。另外，三次风管V型布置，在管路最低点易积料，堵料，影响管路的正常通风。
　　（9）回转窑下料竖井口截面尺寸小（长×宽=2.61m×2.3m），风速过高（9.35m/s），窑头罩截面尺寸小（长×宽=3.9m×2.3m），风速过高（6.327m/s）。下料竖井口和窑头罩尺寸大小影响此处气流的通过能力，风速过高，增加窑头罩的阻力，影响冷却机的效率，影响二次风温。以一般经验下料口竖井口和窑头罩设计截面风速取3～4m/s为宜。
通过上述理论分析得出结论：该生产线预分解系统阻力大，分离效果差，物料分解率低，限制了该系统熟料产量的提高。
3、技术改造原则及目标
　　结合HS公司的实际情况，确定技术改造原则：
　　（1）最大限度利用原有设备和预热器框架；
　　（2）最大限度利用现有资源；
　　（3）最大限度挖掘回转窑潜力，提高回转窑产量。
　　经过热工标定和理论计算，确定技术改造目标：
　　（1）系统产量按1500t/d设计；
　　（2）烧成系统热耗小于3344kj/kg。
4、技改措施及特点
　　（1）C1级旋风筒直径扩大。经核算确认C2～C5级旋风筒能满足改造后的目标要求，故直径不变化。为减少预热器飞灰损失，提高系统分离效率，将C1级旋风筒直径扩大。由原直径φ3.1m扩大到直径φ3.7m。C1级旋风筒截面风速达到3.49m/s。C2～C5旋风筒截面风速提高到6～7m/s。
　　（2）内筒直径扩大。改造后内筒直径：C1=φ1.736m，C2=φ2.484m，C3=φ2.621m，C4=φ2.701m，C5=φ2.770m。原系统内筒直径小，系统阻力大，改造后C2～C5级旋风筒直径没变，而内筒直径均扩大，这样有利于降低系统阻力，内筒直径与旋风筒有效直径之比：C1=0.46，C2=.0.60，C3=0.63，C4=0.66，C5=0.62。经过内筒的风速为15～18m/s。
　　（3）内筒高度进行变化。改造后内筒高度进行调整。内筒高度与进风口高度之比：C1=1.8，C2=0.6，C3=0.5，C4=0.4，C5=0.27。C1级旋风筒内筒高度的加大，可以减轻粉尘的二次飞扬，提高C1级筒的收尘效率。
　　（4）旋风筒入风口和出风口均有所扩大。原系统的旋风筒入风口和出风口由于风速较高，风口较小，加大了系统的阻力。本次改造在满足风量通过的条件下，适当降低了风速。入风口风速在19m/s，出风口风速在13.5m/s。另外出风口的加大也为内筒直径的扩大提供了条件。入风口截面积改造前后对比见表（3）。出风口直径与旋风筒有效直径之比：C1=0.66，C2=0.64，C3=0.72，C4=0.70，C5=0.72。
　　（5）各级旋风筒下料管直径扩大。系统改造后，产量大幅度提高，原下料管直径已不适应，其直径需扩大。下料管有效内径可按下列关系式确定：
dx=0.00192M0.5 （1）
dx1=[（dx）2/2]0.5 （2）
式中：dx———C2～C5级下料管有效直径，m；M———物料流量，kg/h；dx1———C1级下料管有效直径，m。
在更换下料管的同时，换上了新式的锁风阀，加强密封，防止漏风。另外改造原撒料装置，保证系统下料顺畅。
　　（6）分解炉改造。改造RSP分解炉，拆除原SC室，利用原MC室筒体改为管道式分解炉，炉的直径不变，经计算产量达到1500t/d以后，分解炉的炉容应大于260m3。为此在分解炉出风口至C5级旋风筒之间增设鹅颈管。鹅颈管的尺寸为φ3.1m×31m，使分解炉的炉容由原188m3变为422m3。鹅颈管的设置，增大炉容，扩大分解区域，延长物料的停留时间，有利于气料的混合换热，提高物料分解率。炉出口向下的连接风管从结构上降低了窑尾框架的高度。三次风管设在分解炉的底部锥体上部，切向入风。C4筒下料点设在三次风管入口处，使物料随同三次风一起入炉。喷煤管由原在SC室上部喷煤，改为在三次风管入口处上部喷煤，喷煤点为两处，对称布置。分解炉底部缩口略有放大，尺寸由原0.9m×0.9m改为1.11m×1.11m。缩口处风速达到32.82m/s，分解炉截面风速达7.56m/s，出风管风速达到14.5m/s。燃料在分解炉内燃尽时间为2.3937秒。由于炉容的扩大，保证了燃料在分解炉内完全燃烧。
　　（7）原三次风管拆除，换上水平布置的三次风管，并在窑头罩上抽取三次风，三次风温提高，三次风管的有效内径为φ1577mm，管内风速达到19～20m/s。并在三次风管上安装了手动调节阀，调节风量。
　　（8）回转窑下料竖井口截面尺寸扩大，尺寸为6.4m×2.96m，窑头罩换上偏心大窑头罩，窑头罩截面尺寸为6.4m×3.77m。这样使窑头罩内风速变小，有利于减少阻力，增加气流通过能力，提高二，三次风温，窑头罩内截面风速为3.5m/s。
　　（9）回转窑尺寸不变，由于产量的提高，回转窑传动功率由原125kw增大到160kw。原窑头窑尾密封装置全部拆除，换上新式的柔性密封装置，有效改善了回转窑的密封性能。
　　（10）预热器后部废气处理系统的连接管路的直径均有所扩大，以便降低系统的阻力，管路内的风速达到15m/s。
　　（11）增湿塔直径不变，在高度上增加5.5m，增湿塔容积扩大，延长了烟气在其内部的停留时间，降低烟气温度。烟气在增湿塔内的行走速度为1.94m/s。
　　（12）在喂料系统中，扩大原下料管直径，新增加双板锁风阀，防止下料产生飞灰。
　　（13）窑炉喂煤系统改造。由于系统产量的提高，喂煤量增加，回转窑喷煤管的喷煤量增加，风机更换，风量增大。入炉的输煤管尺寸按下列公式确定：
φ1=0.0188（Vf/20）0.5 （3）
φ2=0.0188（Vf/20x2）0.5 （4）
式中：φ1———分解炉输煤管直径，m；Vf———入分解炉一次风量，m3/h；φ2———分解炉喷煤嘴直径，m。
按公式计算，入炉输煤管直径由原φ480mm改为φ214mm，喷煤嘴的直径由原φ480mm改为φ151mm，两点喷煤，对称布置。
　　（14）生料系统不改造。但是由于熟料产量的提高，原生料立磨产量80t/h，不能满足生料的供应，故建议将生料的细度放粗，生料产量提高到100t/h。同时要求启用立磨热风炉，以保证烘干物料所用的热风量。
　　（15）原篦冷机是属于第二代产品，缺陷较多，不能满足系统改造后的需要，故用充气梁技术进行改造，将原篦床前13排篦板梁改造为充气梁，采用充气梁篦板和高阻力低漏料篦板，增加风机数量，在篦床两侧供风，依据下料规律的变化，调节风机风量。改造后的篦冷机冷却效果明显改善，二、三次风温提高，完全适应系统改造后产量的变化。
　　（16）经过设计核算，原系统的高温风机，电收尘器，电收尘风机，篦冷机余风风机，篦冷机收尘器等设备完全能满足系统改造后的产量变化，故不用变化。改造后系统的主要设备及参数见表（4）。
5 结束语
　　改造后，该生产线产量最高达到1600t/d，平均产量在1400t/d，系统运转率高，产品质量改善，生产操作控制更加可靠，取得了明显的经济效益。 摘自《国际建材设备》