小型回转窑改为预分解窑几个主要问题的研讨

目前，有的小回转窑已改为预分解回转窑，还有一些厂家也正在考虑这个问题。本文在我们研究和实践的基础上，讨论有关几个主要问题，为小型回转窑的改造提供参考。因为直径<2.5m的小回转窑不应该改为预分解窑，所以本文只讨论直径2.5m以上的回转窑的改造。  

1　改预分解窑后产量的计算 

　　对预分解窑的产量计算，国内外研究机构、专家学者们根据统计结果，提出过多种公式。1986年原南京化工学院统计了国内外147个厂家的生产数据，提出了一组计算公式(见表1)，是比较好的计算公式。  

式中: 
　　G——窑的台时产量，t/h； 
　　L——窑的长度，m； 
　　D、Di——分别表示窑筒体内径和衬砖内径； 
　　Vi——窑的有效容积，m3； 
　　Di=D-2δ；窑衬砖厚度δ按经验值计算: 
　　D≤4m时，δ=0.15m； 
　　4<D≤5m时，δ=0.18m； 
　　5<D≤6m时，δ=0.2m。 
　　为了验证表中公式的精确度，他们又对12种大小不同规格的窑进行了产量标定，综合标定结果发现计算公式中，窑产量与Di、L之间的关系，即公式3更接近于窑的平均产量值，同时也发现80年代中后期投产的窑，由于技术水平与管理水平均有所提高，其实际能力比计算值一般高出10%以上。 
　　
在中空窑、余热发电回转窑、立筒预热器窑、旋风预热器窑改为预分解窑系统时，我们可以把用公式3计算出来的产量作为保证产量，而选用好的系统，管理水平提高后，产量可再提高10%以上。这样，常见不同规格的中小回转窑改为预分解窑后，其保证产量和可能达到的产量见表2。 

从表2中列出的数据看，用公式3计算的结果与80年代中期与90年代初期的情况相符，但近年来情况表明，采用高性能的预热器和分解炉，并在运行一段时间，提高操作水平后，产量还可以提高10%～20%，所以在改造工程设计中，配套的预热器、分解炉、高温风机、冷却机等，均应考虑在计算产量值的基础上，留有10%～15%的富裕能力。 
　　
在改为预分解窑时，有些厂也准备将回转窑进行局部扩径，以提高产量，但要注意烧成带长度和扩径段长度也要相应延长，最好是全窑扩径。 

2　预热器的选择 

　　最大限度换热，尽量低的流体阻力，尽量省的基建投资和运转可靠是对预热器的基本要求。 
　　有专家进行了理想条件下的物料平衡计算和热平衡计算，计算结果见表3。  

从表3中可看出，预热器出口废气温度随级数的增加而降低，即热回收效率有所提高。但它们之间不是线性关系，而是随着n值增大，废气温度的降低趋势逐渐减少，即平均每级气体温降变小。每增加一级预热器，需要克服更大阻力，动力消耗相应增大。而且还增大了土建和设备投资。有研究资料表明，在不考虑土建投资的情况下，计算出级数对某些经济技术指标的影响，结论如下: 
　　若以单位热耗值最低为目标函数时，最佳级数7～8级。 
　　若以单位产品综合能耗(包括热耗与电耗)为计算的目标函数时，最佳级数6～7级。 
　　若以单位产品的成本最低为目标函数时，最佳级数5级。 
　　据国内外现有生产资料统计，采用五级旋风预热器约比四级旋风预热器的出口废气温度降低40℃左右，可降低熟料烧成热耗约125kJ/kg。采用四级预热器的预分解系统，入窑生料分解率为80%～85%。而采用五级预热器的预分解系统，入窑生料分解率为90%～95%。所以，采用五级预热器的预分解窑，产量要比采用四级预热器的预分解窑高5%～15%。因此，在回转窑系统的改造中，应尽量选用五级预热器。近几年来，有的工厂已采用六级旋风预热器，节能增产效果更好，但需采用更低阻力的预热器系统。 
　　
在旋风筒的设计与选型中，另一重要的问题是应选用低阻力的旋风筒，这方面设计单位、设备制造厂各有自己的技术。我院为山东烟台第三水泥厂设计的五级预热器窑，1级筒出口实测阻力为2700Pa，仅有一般预热器系统阻力的一半左右，因而该窑系统的熟料煅烧电耗也较低，达到了21.4kWh/t的较好水平。 
　　
该系统各部位参数测定数据见图1，回转窑规格Φ2.6m×40m，带五级预热器和分解炉，设计生产能力500t/d，1994年标定时达到512.4t/d。 
　　 




　　图1　烟台第三水泥厂回转窑系统热工标定数据 
　　产量:512.4t/d；热耗:3768kJ/kg 
3　分解炉选型应注意的问题 

　　在分解炉选型时，首先应考虑故障率低、运转率高。笔者认为，KSV、NSF和DD炉等形式及其改进型较好，它们的特点是分解炉座落在窑尾上升烟道上、炉内清理的结皮、落料可直接进入回转窑中，无堵塞问题；其次应该考虑气体通过分解炉阻力损失尽量小，降低主风机电耗。烟台第三水泥厂生产线采用N-KSV型分解炉，分解炉本身的阻力仅为-555Pa。北京燕山水泥厂700t/d生产线采用的NSF型分解炉阻力也是较低的。 
　　
在预热器窑改为预分解窑时，如果保留原框架楼，分解炉设计时如何保证物料与燃料有足够的停留时间也是一个重要的问题。我们在辽宁海城水泥厂回转窑改造中，采用喷腾型分解炉与管道型分解炉相结合的方法，较好地解决了这个问题。 

4　结束语 

　　在本文中重点讨论了小回转窑改为预分解回转窑时，有关产量估算、预热器级数选择和分解炉选型这几个问题。预热器和分解炉的设计、入炉三次风管直径、回转窑的转速及功率确定等问题在有关的专业书中有详细说明，此文不再叙述。由于改造后产量大幅度提高，水泥烧成系统附属的冷却机、增湿塔、高温引风机、除尘器及供煤设备等都要相应进行更换或改造。这些设备的更换或改造，其能力计算方法与一般方法相同。