带余热锅炉的流态化预分解窑系统的问题分析及改进

引言  

　　呼和浩特市水泥厂2号窑为带余热锅炉的流态化预分解窑，回转窑规格为Φ3.5m/3.0m×57m，汽轮机装机容量6000kW。该系统自运行以来，流态化分解炉因喂料点偏低，供料能力差，分解率低，以及频繁的后结圈一直困扰着回转窑的正常生产，给企业带来了极大的影响。 

1　窑系统工艺流程 

系统工艺流程见图1。 
　　 




　　图1　窑系统工艺流程 

　　生料首先入分解炉，分解炉类似于MFC型，在炉内生料随880～900℃热气流上升进入到C1筒内。C1筒收集下的物料入窑，含尘气流进入到C2筒继续进行气固分离，收集下的物料入窑，废气进入到余热锅炉内进行热交换，之后由2号高温引风机排到电除尘器，再由3号风机抽出排空。 

2　后结圈的原因分析及改进 

　　 
2.1　后结圈的危害 
　　1)结圈后窑内气流倒返，窑头看火孔处气温较高，经常将看火镜片烤裂，窑内气流浑浊不清，窑头正压较严重。 
　　2)结圈后尽管窑全速运转，但烧成带料子粒粒可数，圈后物料很难通过。 
　　3)结圈后窑尾物料厚度增大，窑尾返料极其严重，如未能及时停料，窑尾密封装置磨损加大，甚至磨坏。 
　　4)结圈后入锅炉温度骤降，余热锅炉无法工作，锅炉生产的蒸汽白白耗掉。 
　　5)结圈后烧出的熟料质地疏松，外观呈黄褐色，C3S含量不足30%，其性能对比见表1。  

表在 熟料矿物组成及28d抗压强度对经(平均值)
6)结圈后如未能及时处理掉，圈后面的物料极易结成大球，其直径可达到2m左右，被后圈卡住无法转出，造成窑内通风受阻，煤粉从煤嘴刚喷出即着火。故喷煤嘴(耐热铸钢)经常被烧裂变形，更换频繁。 

2.2　结圈原因分析 
　　该厂1号窑为Φ3.0m/2.4m×60m干法中空带余热锅炉窑。理论上讲小窑易结圈而大窑不易结圈。但该厂在使用同种原燃材料的情况下却出现相反情况，我们分析认为: 
　　1)2号窑尾高温风机抽力不足是该系统工艺上的先天不足。在正常生产时2号风机总是全转速运行，而从窑头观察窑内通风仍是不足，窑头总是返风，呈正压状态。 
　　2)窑内通风不足必然加重还原气氛，在还原气氛下Fe2O3被还原成FeO，FeO和SiO2易形成低熔点矿物，从而造成结圈。2号窑熟料的烧失量总有负值出现，从这一点也可以充分说明该系统还原气氛浓重。 
　　3)窑内通风不足，使煤粉的燃烧速度变慢，燃烧时间延长，液相出现较早，也是造成结圈的重要因素。 
　　4)在回转窑操作上，不能很好地平衡二次风与三次风的比例，使原本通风不足的问题显得更加突出。 
　　5)在喂料问题上，看火工为追求高产，分解炉投料量偏大，物料入窑后窑内填充率增大，在料子分解率较低的情况下，加重了窑的热负荷。为满足烧成温度，被迫加大窑内煤量，从而加剧了窑内的还原气氛，形成恶性循环。 

2.3　结圈的预防 
　　

2号窑这种MFC分解炉加2级旋风筒且带余热锅炉的回转窑，目前在国内尚无同类工艺，系统的参数特别是余热锅炉的参数计算无可靠依据[1]，使我们在处理该窑结圈问题上显得力不从心。在现有工况下如何避免或减少结圈，是摆在企业面前的一个重大问题。通过上述原因分析，结合本厂实际情况，我们采取了如下一些措施: 
　　1)还原气氛是造成结圈的关键因素。在现有工况下，设法增加窑内通风是解决问题的重要对策，故我们把窑尾的堵漏工作放在第一位，设专人负责监督。 
　　2)该系统与国内其它预分解系统相比物料分解率偏低，一般在70%～80%之间。鉴于这种状况，在二次风与三次风的配合上应有所调整，以前两者比例总在(40%～45%)∶(55%～60%)，在操作中我们认为两者比例互换一下更符合实际，因为该窑型无论从工艺布置还是从实际运行参数来看，是介于预分解窑和预热器窑之间的一种窑型。 
　　3)加强余热锅炉内部积灰的清吹工作，降低锅炉阻力，也是增加系统风量的重要步骤。 
　　4)适当降低窑内物料填充率，提高回转窑快车率，以此来破坏结圈产生的条件。 
　　5)加强控制煤的灰分，当灰分小于22%时，对煅烧和预防结圈都有不可估量的作用。其次适当降低煤粉细度和水分以强化燃烧，也是防止结圈的有效措施。 
　　6)准确判断及时处理窑尾各烟道的结皮或堵塞问题，降低系统阻力，增加窑内通风。 

2.4　效果 
　　

该厂2号窑几年来的运行实践表明，造成2号窑频繁结圈、结大球的主要原因是通风问题。我们曾探讨过改变2号风机参数以满足窑的燃烧，但最终没有实施，其原因一是资金问题；二是更换风机后，余热锅炉能否承受。所以我们还是在现有工艺上做文章。通过采取上述措施，从2001年9月份到2002年6月份没有较大结圈形成，基本上兼顾了两头，为企业带来显著的经济效益。 

3　分解炉喂料点的改进 

　　 
3.1　问题 
　　生产中，我们发现分解炉喂料点偏低(见图2)。生料进入分解炉后，在流化床床层分布不均匀。容易造成分解炉死床、短路；热交换不充分；预热及分解效率低；分解炉出口烟气温度太高(1100～1200℃)使C1筒内烟温过高，旋风筒内筒常常烧损，分离效率下降，熟料产质量及设备运转率无法保证。 
　　 




　　图2　分解炉喂料点 

3.2　改进方法 
　　

经过反复论证，我们决定提高分解炉的生料喂料点，料位提高后，流化床层均匀稳定，热交换充分，生料预热及分解率提高，出分解炉烟温适宜稳定(850～900℃)，C1内筒烧损现象消除，分离效率提高，熟料产质量提高，设备运转率得以保证，达到了预期的目标。 

3.3　效果 
　　5个多月的运行情况表明，这一技改取得了很好的经济效益。改进前后部分指标见表2。  

由表2可见，熟料产质量均有大幅度提高，设备运行趋于正常，由于烟温均衡适宜，发电系统也易于操作控制，发电量有所增加，经济效益是可观的。