预分解窑风量控制方法探讨

　　新型干法窑生产过程中，风、煤、料和窑速是公认的四大操作要素，其中用风问题是最重要、也是最为复杂的关键控制参数，是煤粉燃烧、物料悬浮预热分解和高温熟料冷却所必需的动力源泉。掌握用风的原理并使之受控是每位工艺人员不懈的追求目标。但是系统用风变数较大，某个部位结构尺寸的细微变化、或外在因素（如积料、结皮和漏风等）的影响都会使系统用风状况发生明显的变化，在很大程度上给窑系统的产质量、热耗及电耗产生负面影响，实际生产过程中调控操作难度也较大，常常会遇到左右为难、模拟两可的情况。本文结合我公司采用的RSP炉预分解系统、高原型第三代充气梁篦冷机和1000t/dФ3.3×50m窑，对窑系统的风量控制方法进行分析探讨，旨在分析各子系统用风的要理及其相互间的影响，使问题从个体到总体、局部到全局地得以解决，供同仁参考。

　　1．中小型窑风量控制的主要难点

　　⑴中小型窑固有的系统性机电和工艺故障相对较频繁，造成作业场所粉尘大，环境恶劣，很难满足精密气体分析仪对周围环境的苛刻要求。虽然多数新型干法窑原设计时各主要部位均设置有气体分析仪，但能长期正常运行的的极少，有的生产线干脆仅仅在温度较低的窑尾电收尘进口设置CO分析仪，能防止CO含量超高引起电场爆炸事故既可。致使窑尾、分解炉出口、预热器出口等重要部位的O2、CO、NOX等含量无法获知，失去了风量调节最直接最有用的信息来源。

　　⑵全窑系统基本未设置气体流量计，无法从直观上准确判断各点风量的合理性，一般情况下只能依靠风温和风压间接判断。

　　⑶系统设备完好率不高，高温风机、篦冷机风机等各种通风设备的能力往往同名牌标识存在一定的偏差，分析核算用风量较为繁杂。

　　⑷电气自动化水平难以同大型窑相提并论，工艺稳定性欠佳，自动调节回路运行情况都不太理想。分解炉出口温度同尾煤加入量、篦冷机一室篦下压力同一段篦床速度、预热器出口O2含量同高温风机转速、窑头负压同篦冷机余风排出量等自调回路难以正常运行，手动调节，变数较大。

　　2．系统总风量的调控及要求
　　窑系统用风控制点分布如图1所示。

窑系统用风控制点分布图

　　图中A为高温风机排风量控制点，排风量的大小决定了预热器及分解炉各部位的风速、窑炉用风总量和系统空气过剩系数。B点为三次风阀，控制窑炉风量平衡问题。C点为冷却用风总量控制点，决定了单位熟料消耗空气量和高低压风的匹配。D点主要为余风排出，控制着窑头压力和入窑炉二、三次风量，主要跟篦冷机的冷却效率有关。

　　系统总风量的控制主要取决于窑炉用煤量的大小和系统生产能力的高低。一般在投料初期或低负荷生产能力下，为保证预热器各进出口风速高于最低允许风速，要求适当加大空气过剩量，提高气固比，不应过分追求风煤的配合比例。投料前最好将预热器顶级出口负压拉至2800~3300Pa，即大风量投料操作，之后无需过多的调整。在满负荷正常生产状况下，由于系统各部位尺寸设计时，预热、分解系统内所需风量及风速，主要以消耗的燃煤充分燃烧所需空气量为基础，因此空气过剩量无需过大。

　　操作控制方面主要采取：一是尽量避免CO的出现，保证进窑尾电收尘进口CO含量≤0.15%；二是系统在不同的运行状况下，适时地手工取样分析窑尾、分解炉及顶级预热器出口烟气的CO和O2含量，总结出与系统各参数（包括温度、压力、高温风机转速及其电流等）间的对应关系来指导操作，把上述三个部位的O2含量处于1.5～2%、2%～3%、4%～5%时的系统热工状况及参数作为控制基准；三是依据各级旋风筒进出口温度、压力和锥体压力的稳定性，进一步结合电收尘进口CO含量来判断风量是否足够，以此来调节总风量和冷却机鼓风量；四是用效正过的皮托管测出进高温风机的废气管道内倾斜微压差，换算成单位熟料排出的废气量进行间接判断。一般情况下，预分解窑系统各部位风量的正常匹配如表1所示。

表1 预分解窑各部位正常风量匹配

　　注：*入窑二次风温度测点位于大窑头罩顶部，窑头高温火焰对其有一定的辐射热，显示温度存在一定的虚高；**三次风从窑头罩抽取，但温度测点位于分解炉入口，显示温度明显比二次风温低；分解炉出口是指窑炉气流混合后的高温级旋风筒入口。

　　3．窑头用风

　　窑头用风好坏在一定程度上决定了窑系统能否长期安全运转。为了灵活调节火焰的形状规整性、强度和轴向长度，减少低温一次风量和有害气体的排放，重点控制的参数有一次风量、各风道内气体流速及压力、燃烧器喷出速度、风煤比例、燃烧能力及其窑皮状况等。

　　3．1输送煤粉风机的选用

　　目前国内使用最多的三种是罗茨风机、回转式滑片压缩机和离心式风机。一般的离心式风机压力都较低，在新建的生产线喂煤系统中已极少使用。回转式滑片压缩机性能是优良的，但滑片的寿命很短，专用油昂贵，气流油污多，运转成本高。罗茨风机出口压力高，风量调节方便，出口空气洁净，使用维护简单，生产中应优先考虑使用。选用时风量主要按以下两点确定：一是窑头燃烧器煤风道理论喷出风速25-32m/s，考虑漏风和管道动量损失、以及煤粉浓度对输送过程的加速作用后，工况风速大约在24-26m/s之间；二是煤粉输送气固混合比0.3-0.5，或输送浓度6-10kg/m3。风机的风量不能选得过小，应在选型计算的基础上按1.1的富裕系数考虑，以防止煤粉沉积在管道内，避免造成股流状输送，风机能力相对较大的情况下可以采取放风的方式。入窑煤风压力控制在2.0~2.5kPa为宜。

　　3．2一次风量及喷出风速

　　一次风量的作用是供煤粉内挥发份燃烧，且分成高速轴流风、旋流风和少量低速中心风输送煤粉进入窑内，在窑内形成一个活拨有力的“柳叶”型火焰。一次风量减少，自然可增加高温二次风用量。但是，生产实践告诉我们，过低的一次风量，对于中小型预分解窑、尤其高海拔地区的生产线而言并不太现实，不能一味的套用大型窑追求超低一次风量的生产模式。生产中使用性能优良的燃烧器和全窑系统较高的生产管理水平是最基本的前提条件。目前国内中小型预分解窑配套使用的燃烧器多为国内设计，窑头送煤风和一次净风总量大多占窑内燃烧空气总量的10~15%左右，也可认为是目前所能够达到的实际水平。根据我公司目前使用的进口皮拉德Rotaflam型旋流式四风道煤粉燃烧器和国厂TJB型四风道煤粉燃烧器的适应性能，结合所用的燃煤品质（热值24100kj/kg，灰份31.5%，挥发份23%，细度5-8%），得出以下几点认识。

　　 Rotaflam型燃烧器追求低风量、低旋流角度（≤20。）、中等风速（150~170m/s），采取煤风置于旋流风内侧的独特结构，使之形成强度适中、长度方向热力分布合理的火焰，生产中便于适时调节控制，用于带高效篦式冷却机的窑系统时，一次风比例基本可控制在8%左右；用于带单冷机的窑系统时，配套进口的一次风机能力明显偏小，经数次改进，将一次风比例提高至14~18%后，窑系统方才进入良好状态。

　　TJB型四风道煤粉燃烧器类似于洪堡PYRO-JET型燃烧器，追求超高轴流风速（200~400m/s）、大旋流角度（~35。）、中等旋流风速（130~180m/s）和较低中心风速（40~60m/s），使用初期效果并不十分理想，轴向热力分布不尽合理，存在一定的局部高温。由于高海拔等因素的影响，原配用的一次风机能力有些不足。通过调整喷嘴结构、增大一次风机传动轮比例和提高风机转速后，动压得以提高，燃烧器推力增强，各风道风速达到设计要求，一次风比例由设计值（~8%）调整为10~12%。但是，火焰轴向分布未能彻底改善，仍存在局部高温现象，今后在生产中还需就轴流喷嘴的扩散角度和旋流风扩散速度等问题作进一步研究改进。

　　4．窑尾用风

　　4．1窑尾基本特点及工艺参数

　　 窑尾主要包括烟室、缩口、斜坡及进料舌头等，除了起连接窑和分解炉的作用外，结构及尺寸对工艺的影响也较大。会导致：窑内的烟气与进入分解炉的三次风之间的平衡问题；窑内飞灰循环问题；窑尾阻力和结皮问题等。

　　RSP炉型预分解窑中，来自SC室的高温料气流约以60。的向下倾斜度流入MC室内，高温粉料下冲势能较大，窑尾缩口应具有25m/s以上的喷腾风速，否则生产中难免会发生物料短路直接入窑的情况，这点在无数次的点火升温投料实践经验已得到证明。考虑该部位漏风的影响，通风面积设计以断面风速30m/s左右为宜。缩口高度不能小于650mm，以形成稳定的柱塞流。四个角圆滑过渡，使气流均布，不产生偏流，减少结皮。

　　烟室与缩口之间连接要过渡渐近，减小阻力损失，且不易结皮；烟室应发挥收集窑内飞灰的作用，断面风速不应大于10m/s。斜坡表面要平整，斜度≥50。；来自C5的生料入窑最好从正背面顺着斜坡溜入窑内，尽量避免侧面入窑方式。

　　窑尾进料斜坡至拱顶的通风断面受到窑转动和进料舌头的影响，通风断面难以大幅度增大，往往成为众多生产线的瓶颈部位。风速高，必然引起生料入窑不畅和大量飞灰，通风受阻，结皮堵塞几率增加，产能下降。因此，窑尾拱顶耐火衬浇注时设法形成导角使之同斜坡水平，斜坡及进料舌头耐火衬全部采用浇注料，取消硅酸钙板，总浇注厚度≤180mm，舌头底部托板尽量贴近窑壁，进料舌头端面伸到窑内的距离控制在100~200mm。

　　4．2生产中窑尾风量控制方法

　　窑尾拥有在线气体分析仪时，我们可通过O2及CO含量来分析判断窑内空气过剩情况。无在线检测仪的情况下，确认预分解系统温度稳定和系统各部位无明显结皮结圈后，可从以下几方面进行综合判断窑内用风的合理性：

　　①窑尾温度及负压：尾温愈高、负压愈大，表明窑内拉风较大，窑内高温区后移；反之，负压小、温度较低时，说明窑内通风不足，三次风相对过量。

　　②根据窑前煅烧情况判断：如窑前温度高，黑火头短，火焰不顺，窑皮较短，胴温前高后低时，说明窑风偏小，窑头憋火；如果火焰拉得较长，窑前温度低，窑皮长度超过窑长的40%，烧成带胴温明显降低，尾温异常升高时，说明三次风过小，窑风过大。

　　③现场观察分析：看窑尾缩口内是否有荧光火花；斜坡积料发粘程度；缩口风速是否稳定，是否存在塌料、窜料、窑尾冒烟等现象。如果有这些现象，说明窑内通风不足，缩口喷腾风速不够。

　　④适时地人工取气体样进行成分分析：窑系统稳定运行状况下，人工分析烟气成分来掌握燃烧完全程度和空气过剩量是很有必要的，可以给系统优化调整提供依据，即便是在线分析仪检测出的结果，准确性也无法同人工分析相提并论。

　　5．回转窑和分解炉风量平衡调节

　　 窑系统在正常运行状况下，窑路和炉路气体流量应同时满足喂入的燃料燃烧需求。窑尾高温风机排出的风量风压一定时，两者不平衡将会导致以下结果：一种情况是窑风过大，三次风量不足，致使烧成温度降低，高温后移，窑尾温度及负压升高，三次风温风速均降低，炉内煤粉燃烧不完全，易形成系统温度倒挂，高温级粘结堵塞。另一种情况是窑内通风不足，三次风过量，致使烧成还原气氛浓重，尾温低，窑尾有害组分富集而阻塞，通风落入恶性循环。因此，根据窑系统生产情况，及时有效地调节好回转窑和分解炉风量平衡显得很重要。

　　目前较常用的调节方式为：窑尾缩口采用固定式，三次风管上设置调节阀。控制技术关键点：一是根据窑生产设计能力时窑尾通过的工况气体流量来确定缩口截面积（宜以实际风速≥25m/s为基准）；二是三次风调节阀全开时，窑路通风阻力大于炉路，即窑内风量不足；三是三次风调节阀关至风管截面的50%以上时，炉路风量达不到正常值，即生产中调节阀应开至50%以上，以避免系统过大的阻力损失；四是分析判断时，要综合考虑窑炉用煤量，窑尾温度、负压，入炉三次风温、风压，窑内煅烧状况，炉出口温度和压力的稳定性，系统是否存在塌料等参数。

　　6．篦式冷却机风量控制途径

　　篦冷机内以气固两相间的热传递和机械移动为主要过程，用风问题始终围绕如何通过控制物料的机械移动、各区域冷空气的分配和流动，以获得熟料淬冷，达到较高的入窑二次风和入炉三次风温、较低的出口熟料温度和余风温度、减少余风的风量。生产中可按以下操作程序进行：

　　首先，基于高温篦床区采用了高阻力、气流渗透性能好的控制流篦板，极大地降低了熟料颗粒变化和料层厚度改变对高压风鼓入量的影响，因此要用足用大1~3室风量，加厚料层至600mm以上，提高熟料淬冷效果。

　　其次，根据篦下压力和二、三次风温度来调节低温区冷却风，使篦冷机内零压区处于三室和四室之间，避免低温区冷却风流入窑炉内。

　　再次，根据余风温度和窑头罩负压来调节余风排放量。窑头罩负压不能控制过大，应在0~-40Pa之间，负压过大，说明了入窑炉热风量和供煤磨热风减少，余风排放量加大，易引起煤磨因热风不足而减产，窑炉内供风不足而系统产生恶性循环，产质量降低。余风温度应控制在150~260℃，过低则表明单位熟料消耗的冷却风量过大，篦冷机实际热效率不会太高；余风温度过高时废气收尘系统不能适应。

　　7．结束语

　　 窑系统用风控制是影响优质高产的关键因素，也是节能降耗、提高生产效率最为重要的操作手段。系统重要部位没有在线气体分析仪的情况下，需要通过无数次的工艺运行情况分析与总结，并借助必要的热工标定和人工分析检测，形成操作参数与系统热工状态一一对应关系，用以指导生产。系统总风量和窑炉用风匹配具有相对稳定性、以有可变性的一面，可变性主要体现在系统出现如结蛋、结圈、粘结堵塞等工艺故障时，各部位风量将发生改变，需适时地跟踪调节。窑头用风对煤粉燃烧、烧成热耗、熟料产质量和回转窑运转的安全性起到关键的作用，生产中必须精细化调整。冷却机操作看似简单，但可变因素也较多，对窑炉运转效率影响甚大，是生产中用风调整最为频繁的一个系统，最终要达到二三次风温高、余风和熟料温度低的“两高两低”控制目的。

　　参考文献
　　1.何文明，程青斌，李昌勇.RSP预分解窑的热工诊断与分析.水泥，2005，（4）.
　　2.何文明.四风道煤粉燃烧器在1000t/d预分解窑上的应用评价. 水泥，2003，（11）.
　　3.陈全德.新型干法水泥技术原理和应用.北京：中国建材工业出版社，2004.