窑预分解系统的问题分析及改进措施

     我厂1号RSP窑经过6年多的运转，系统耐火材料呈现出不同程度的磨损、烧坏现象。SB室下部掉砖，进而壳体烧损；SC室用风不良，导致边壁物料保护层不均衡，局部衬砖磨损严重；斜烟道及鹅颈管侧墙衬砖垮落，由于鹅颈管结构缺陷，经常结皮和堆料；MC室断面物料分布不均，物料稀相区炉壁烧损，直至筒体严重变形；因窑尾缩口处风速低，喷腾能力减弱而塌料；高温级旋风筒分离效率低，导致物料大量返回，内循环增加等。本文依据热工标定结果，对该预分解系统出现的问题进行分析，并提出改进措施。  
 1　RSP窑系统工况分析 
 　　热工标定主要参数对比见表1、表2，窑尾高温区工艺流程见图1。 
表1 预热预分解系统温度变化 ℃ 

表2 RSP炉的分解进程变化 
注：1997年数据为南京化工大学硅酸地方国营工程研究所的热工标定结果，SC室出口指斜烟道出进口等同于鹅颈管出口。　　  
 　　图1　窑尾高温区工艺流程
1.1　三次风温度及其对SC室工况的影响　　由表1可见，三次风温度和入炉生料温度分别只有600℃和671℃。入炉生料温度低主要是由于C4锥体及下料管增开人孔门较多，外漏风量和散热损失增加引起的，通过加强管理，隔热堵漏后完全可以解决；三次风温度目前基本稳定在560～580℃，提高的余地很小。其原因是:我厂采用单筒冷却机，经过多年的运转，内部装置所遭受的磨损和腐蚀不断加剧，而且增加了砌筑耐火砖的长度，熟料停留时间短(约为30min)，出机熟料温度高(～290℃)，使热效率本身就不高的单筒冷却机热回收率进一步降低(1997年热工标定结果为56.6%)。　　

     三次风温度是影响分解率和燃尽率的重要因素。较低的三次风温度导致炉内煤粉着火速度减慢，形成滞后燃烧，特别是SC室内煤粉是在纯助燃空气中燃烧，助燃空气的温度在很大程度上决定了煤粉燃尽率，三次风温度低，即使分解炉多加煤，SC室内温度也不会高，反而会加剧煤粉滞后燃烧。从表1和表2可以看出，SC室生料出口温度和分解率分别是948℃和43.4%，结合入炉生料表观分解率已达22.6%的实际情况，说明SC室内的分解反应极低，煤粉燃烧状况不理想。

1.2　MC室及其鹅颈管　　由于SC室内煤粉燃尽率及物料分解率低，使得绝大部分的燃烧及分解反应在MC室内进行，进而加重MC室及鹅颈管的燃烧负荷，致使MC室炉壁烧损。　　从总体而言，MC室A侧衬料烧损较轻，残存耐火砖厚度普遍在50～70mm，而B侧耐火砖残存厚度仅有40～50mm，多处有烧蚀掉砖(图2中的a、b两点)，且掉砖在托砖板上下两侧，托砖板烧损表现为B侧的近半圈严重烧损，而越靠近A侧(进料端)损坏程度越轻。从以上现象可初步断定，由于托砖板表露于高温热气中，将其热量传给筒体，筒体受热膨胀，硅钙板与之脱离，顶垮耐火衬料。再结合炉内壁温度的检测结果，A、B两侧的炉壁温度分别为830℃和864℃，证明了A、B两侧所承受的热负荷不均衡，B侧物料浓度低、热负荷高，致使炉壁烧损较A侧严重。　

 
 　　图2　MC室及鹅颈管结构 
 　　鹅颈管的结构缺陷是RSP窑系统的最大不足，设计的意图是在不增加预热器框架高度的前提下尽可能地延长MC室与级的连接段，增加物料在炉内的停留时间。但预热器呈2-1-1-2-1布置，2个C4筒挡住了MC室上升的空间，同时需避开横梁的阻挡，鹅颈管实际结构如图2所示，形成先拐弯后倾斜(60°)过渡，如此导致后果有:　　

1)因MC室出口变径拐弯，且温度较高(902℃)，常常引起结皮，每次停窑检修都需要清理。　　

2)结皮形成缩口，使炉内阻力增大，阻碍MC室内料气的流通，增大了物料在炉内的返混度，直接引起MC室内单位容积物料负荷的增加，当达到一定程度时，物料由窑尾缩口处直接“短路”入窑。返混度的增加，降低了炉内风速，颗粒与气流间的速度差减小，不利于传热和物质的扩散以及燃烧、分解的进行。　

　3)斜坡段堆料，尤其在投料初期系统内气料比大，断面风速较低，部分生料易在斜坡段失速沉降堆积，当拉风投料、喂料量大幅波动、系统气流量或压力发生变化时，原沉积的物料被触动滑落造成塌料。

1.3　级旋风筒的效率分析　　级旋风筒进口温度稳定在约880℃时，入窑物料温度仅750℃，比正常理论温度降低了近100℃，出口气体温度也只有808℃，这充分说明级旋风筒散热损失及外漏风比较严重。外漏风主要集中在锥体及下料管部位，生产中经常将锥体及下料管捅灰孔打开，预热器系统中有60%以上堵塞现象发生在该部位，为便于清堵，我们根据堵塞的多发点，先后开了4个人孔门，提高了清堵效率，但也带来了不容忽视的负面影响:①外漏风导致热效率急剧下降，入窑物料温度仅为750℃，不利于快速烧成；②开孔无法保证筒体内壁光滑，物料滞留粘结，最终形成堵料；③由于所开人孔门没有严格的隔热措施，散热损失进一步加大。从表2可知，C4下料管内物料表观分解率已从14.1%增加到22.6%，这只能靠级旋风筒内的物料大量返混来实现。由于级内筒经常烧掉，1998年将内筒拆除，分离效率下降了许多。 

 2　窑尾烟室及缩口的改造 

 　1号窑缩口尺寸先后采用过1.40m×1.40m、1.20m×1.40m和1.10m×1.10m等多个截面尺寸，使用效果均不理想。由于经常使用压缩空气清吹结皮，内部截面积变得无规则，动力损失增加，导致缩口风速下降。2001年8月停窑检修时，测量缩口尺寸为1.36m×1.40m，比预设截面增大了许多，而窑尾烟室则因结皮层的长期累积，有效通风面积大幅度变小，实测通风截面积仅为2.03m×1.53m(窑轴向的烟室捅灰孔已于1998年被封死，主要目的是为了减少漏风引起的冷凝结皮，同时增加内壁浇注料整体牢固性)。随着烟室有效面积的减小，缩口的喷射效应降低，加之在生产中缩口断面的逐渐变大，使窑系统缩口处风速偏低，MC室内形成的喷射能力减弱，物料无法及时排出，加剧了MC室内物料的返混度。当MC室内物料负荷增至一定程度后整体或局部“短路”入窑，形成塌料。发生塌料后，减料降窑速，系统步入恶性循环中，长时间停留在低产阶段。　　改造时，考虑原有浇注料损坏严重，凸凹不平而影响气流畅通，故将其全部打掉重新浇注，保证浇注料整体的牢固性和密闭性，避免分层脱裂。为确保窑尾烟室有效通风面积，严格按原设计的有效尺寸来控制HN-13NL耐碱浇注料及100mm耐高温硅酸钙绝热板(简称硅钙板)的总体厚度。由于缩口部位施工空间狭窄，对浇注质量有较大影响，因此在保证衬料质量的同时也考虑浇注料的施工性能，选用的莫来石质浇注料要有较好的保温性能、良好的施工性能(施工加水量仅为7%～8%)和流动性，同时又具有较高的机械强度和使用温度(≤1400℃)。　　

     分析历次使用的缩口截面积情况，确定截面积为1.44m²具体结构尺寸见图3，并将四角浇注成圆弧过渡形式，从而有利于喷射和旋流效应，使气流在断面较均匀地分布和减少死角，有利于提高浇注墙体的稳定性和耐久性。窑尾斜坡耐火砖仍选用X-17型抗剥落高铝砖。该砖的耐火及耐磨性完全能满足窑尾工况的要求。　 

  　图3　缩口改造结构尺寸
　　停窑检查时发现的局部“抽签”现象，主要原因是经常使用高压空气清理结皮积料和施工质量不过关，“抽签”部位正是平时清理的主要受力点。因此，此次检修时我们设专人负责全程监督，注意避免出现台阶和膨胀缝的留设。缩短下料“溜子”长度，并尽可能的倾斜，大大减少下料斜坡堆料的现象。改造后系统压力变化见表3。 
表3 缩口改造前后系统压力变化 Pa  

　根据1号窑预热预分解系统的匹配及地处高海拔地区，正常运行时适当提高空气过剩系数，阻力比平原地区同类型窑有较大幅度的提高。生产经验数据表明，完成设计产量时系统总压降低于4600Pa，高温风机进口压力低于4850Pa，被认为是不正常的，无法保证各管道内的物料悬浮良好，更不可避免在局部发生物料“短路”。从表3可见，改造后的系统压力趋于合理。 
 3　调整三次风匹配，改善SC室流场 。

　　3.1　问题分析　　分解炉着火不良，煤粉预燃效果差，火焰燃烧区较长，从而导致操作中控制不住分解炉出口温度(即进口温度)。为提高入窑物料温度，保证分解率，只有将分解炉出口温度稳定在880～910℃，窑系统热工制度才能基本稳定，但、C4出现了频繁的烧结堵塞。当分解炉出口温度下跌至865℃以下时，物料流速快，窑内煅烧特别吃力，865℃时取样测定入窑物料表观分解率仅为82.6%。分析以上现象得知，分解炉内煤粉存在严重的“后燃”现象，有不少煤粉跑至鹅颈管乃至级旋风筒内继续燃烧，形成炉出口及C4进口温度过高而炉内部热力强度并不高的温度“倒挂”现象。根据生产经验数据，C4进口与进口温降应在100～120℃之间，但当时的温降仅为80～90℃，这也证明了温度“倒挂”和物料“返混”现象的存在。SC室边壁烧蚀情况见图4。　

 
 图4　炉壁烧蚀部位 
 生料进入SC室后由于携带风速不足，直落一段距离，同时借助B路风的旋流效应才作旋转运动，失去了对该侧炉壁的保护作用，形成稀相区，致使该部位温度相对过高而烧蚀。从现场观察的情况，A路风携带物料的能力不足，存在物料下冲现象。3.2　问题的解决　　1)增大三次风量。在改造过缩口通风截面之后，将三次风阀开度由原来的20%～30%开至50%～70%，入炉风速明显提高，CA物料下冲现象基本消除。此后却加剧了A、B两路风的严重不平衡度，通过现场测压仪发现两侧风压分别达168Pa和290Pa，且炉内着火未有明显改观，“后燃”依然存在。　　2)调节预燃风。将SB阀开到80%～85%，使入SB室的三次风达12%左右，加之三次风总量的增大，其问题基本得以解决，入SC室A路和B路(预燃风从B路抽取)压力分别为-208Pa和-223Pa，两侧的风量、风速基本上趋于平衡。 
 　改进局部衬料
　更换MC室耐火衬料时，各接口部位由原来的GT-16B耐碱浇注料改用HN-13NL高强耐碱浇注料，锚固件(钯钉)由“V”形改为“Y”形，表面裹一层1～2mm厚的黑胶布；硅钙板与筒体之间采用PA-80高强高温粘结剂，该粘结剂具有粘度高(30%～35%)、密度大(1.44～1.60t/m3)、固体含量高(>50%)等优点，也可用其填补筒体变形处。分解炉内衬设计时多采用耐火砖，但由于小型预分解窑系统工况容易波动，开停窑频繁，砖衬表面骤冷骤热次数增多，掉砖现象严重，与之匹配的分解炉断面较小，斜烟道、鹅颈管等连接过渡管道尤其突出。凡是掉砖部位，都改打浇注料，避免了因烟气冲刷、受热等导致掉砖。
5　体会
　　1)RSP窑分解系统出现的问题仅靠操作调节是无法彻底解决的，必须从结构上作适当的改进，如将斜烟道与MC室连接由正中心进入改为切线进入方式，重新更新单筒冷却机扬料装置，加强扬料区的隔热及减少筒体淋水等措施，可进一步提高三次风温度，改善SC室的燃烧环境，减少煤粉滞后燃烧。　

　2)加强各人孔门的隔热堵漏，所开人孔门补打的浇注料尽量保持过渡圆滑，恢复内筒等，都是提高热效率及分离效率的有效途径。　

　3)窑尾下料溜子属关键部位，施工质量至关重要。一是溜子伸入窑内不能过短，应伸到窑内200～300mm；二是浇注料不宜过厚(260mm)；三是浇注料与斜坡耐火砖之间避免形成台阶，防止堆料。　　4)对窑尾预热器系统的各种损坏，应及时修补和修复(如SB阀的阀杆)

 text>来源：水泥2002.9