HS公司1000t/d预分解窑生产线的提产改造

　　1 、前言

　　窑外预分解技术于1971年在日本问世以来，由于经济效果显著，特别是产量成倍提高，能耗大幅度下降，引起世界的关注。目前，世界水泥熟料煅烧工艺均采用窑外预分解水泥熟料煅烧工艺。新型干法窑外分解水泥生产技术是当今国际上最先进的水泥生产技术，我国对窑外分解技术的研究始于80年代以后，由于当时对窑外分解技术的研究刚刚起步，受技术水平和设计经验等因素制约，所以当时建成的一批中小规模的预分解窑生产线，投产后长期不能达产达标，技术经济指标较差，经济效益低下。我公司自主开发的“新型干法窑外分解系统（RSF）”技术（包括新型预热器，分解炉，篦冷机等），利用原烧成系统土建框架结构对落后的预分解窑生产线进行全面技术改造，则可在投资省，停产周期短的前提下大幅度提高产量，节约能源。我公司应用“RSF”技术已经改造完成的预分解窑生产线可使窑产量提高近50%左右，热耗降低可达20%左右，单位熟料投资约200元/t。东北某地区HS公司一条1000t/d预分解窑生产线于90年代初建成，投产以来生产系统始终处于不正常状态，产量不能达到设计指标。HS公司委托我公司对其1000t/d预分解窑生产线进行技术改造，我公司应用“RSF”技术对该生产线进行全面的热工诊断和热工平衡计算，经过认真分析，找出问题结症，并提出改造方案。经过改造该生产线产量最高达到1500t/d，平均产量达到1380t/d，系统运转率高，产品质量改善，生产操作控制更加可靠，经济效益十分明显。

　　2、HS公司1000t/d预分解窑生产线改造前设备配套及存在主要问题

　　HS公司1000t/d预分解窑生产线是由我国某建材设计院设计，预分解系统为五级预热器和RSP分解炉，生产线主要设备及性能参数见表1。我公司应用“RSF”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，煤粉及熟料的化学成分，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。经过分析找出主要问题如下：

　　a) 整个系统漏风偏大；
　　b) 熟料产量始终在800—900t/d之间波动，没达到设计指标；
　　c) C1筒出口温度偏高（＞400℃），负压偏大（5900—6200Pa）； 
　　d) 三次风管风温偏低，入口温度在600℃左右；
　　e) C1筒分离效率差，出口飞灰量大。

　　3、HS公司1000t/d预分解窑生产线存在问题的理论分析

　　我们用热工诊断和热平衡计算，对HS公司1000t/d预分解窑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的各部位的参数，我们会发现该预分解系统在结构设计上存在一些问题。

　　（1）预热器C2—C5级旋风筒截面风速低。热工诊断计算，C2—C5级旋风筒截面风速在5.58—5.6m/s之间。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，但风速小气体携物料的能力又会减弱，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。现在旋风筒的设计截面风速一般取6—7m/s。

　　（2）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。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，降低内筒插入深度，国外公司设计的旋风筒内筒直径与旋风筒有效直径之比现已提高到0.6—0.7。

　　（3）C1级旋风筒入风口风速大，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尘积的前提下，适当降低进风口风速，可作为有效的降阻措施之一。C1级筒入风口风速达到24m/s，即增大了系统阻力，又降低了收尘效率，引起C1筒出口飞灰严重。经验告诉我们旋风筒入风口风速取17—19m/s为宜。

　　（4）C1级旋风筒内筒高度小，插入深度浅。C1级筒内筒高度与C1级筒进风口高度之比为0.81。从降低系统阻力的角度出发，内筒插入深度浅一些好，但C1 级筒是生料入口处，此处温度低，生料入C1级筒后易产生飞灰，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级筒内筒的高度不能小，在设计上，一般取C1级内筒高度与C1级筒进风口高度之比为1.8左右。

　　（5）出风口风速高，风速达到20.1m/s。出风口风速高，导致旋风筒阻力增大。对于大蜗壳旋风筒，即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。

　　（6）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，热效率低，故进入三次风管的气体温度低，气体通过三次风管进入SC室，由于气体温度低，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，影响了MC室的生料的分解率。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。

　　（7）分解炉风速低，截面风速为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。现在新建的各种形式的分解炉都有缩小炉径，增加炉子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RSP分解炉截面风速在6—10m/s范围。

　　（8）窑头竖井截面尺寸小（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）。窑头竖井和窑头罩截面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，一般经验窑头竖井和窑头罩内的截面风速取3—4m/s为宜。

　　通过上述理论分析得出结论：原HS公司1000t/d预分解窑生产线预分解系统，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。

　　4、技改原则及目标

　　4.1  技改原则

　　结合HS公司的实际情况，通过双方协商确定技改原则如下：
　　（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。

　　4.2   技改目标

　　经过用RSF技术进行热工标定和理论计算确定技改目标如下：
　　（1） 窑产量1500t/d；
　　（2） 烧成热耗3344kj/kg-cl。

　　5、技改方案及特点

　　（1）C1级旋风筒直径扩大。经核算和分析认为C2—C5级旋风筒能满足改造目标要求，故不进行其改造，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。C2—C5级旋风筒截面风速提高到6—7m/s。

　　（2）内筒直径扩大。经分析原系统内筒直径小，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。另外，C1级筒内筒高度也加大一些，这样可以减轻粉尘的二次飞扬，提高C1级筒的收尘效率。

　　（3）旋风筒的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。另外出风口的加大，也为内筒直径的扩大提供了条件

　　（4）各级旋风筒下料管直径扩大。系统改造后，产量大幅度提高，原下料管已不适应，下料管直径需扩大。下料管直径可按下列关系式确定：

　　dx=0.00192 
　　式中：dx——下料管直径，m
　　Msh——物料流量，kg/h

　　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。

　　（5）分解炉进行重点改造。本次改造用RSF分解炉替代原RSP分解炉。拆除原SC室，利用原MC室筒体改为RSF管道式分解炉，炉的直径不变，在分解炉出风口至C5级旋风筒之间增设鹅颈管。鹅颈管兼备了“第二分解炉”的功能，气流在这段管道中作活塞流运动，扩大分解区域，延长物料的停留时间，炉出口向下布置的连接风管从结构上降低了窑尾框架的高度。增加鹅颈管后，分解炉的炉容由原188m3变为422m3。有利于气料的混合，换热，提高物料分解率。三次风管设在分解炉的底部锥体上部，切向入风，C4级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×1.11.m。

　　（6）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，三次风温度提高，三次风管的有效内径改为φ1577mm并在三次风管上安装了手动调节阀门，调节风量。

　　（7）窑头竖井截面尺寸扩大，窑头罩换上偏心大窑头罩。这样使窑头罩内风速变小，有利于减小阻力，增加气流通过能力，提高二次风温。

　　（8）由于系统产量增加，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。

　　（9）预热器后部废气处理系统的连接管路的直径均有所扩大，以便降低系统阻力。

　　（10）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。

　　（11）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。

　　（12）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。

　　（13）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量，故建议将生料的细度放粗，生料产量提高到100t/h。同时要求立磨热风炉必须启用，以保证烘干物料所用的热风量。

　　（14）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。

　　6、结论

　　经过改造HS公司的原1000t/d生产线发生明显变化，熟料产量达到1500t/d，烧成系统热耗达到设计指标。改造后系统主要设备及参数见表3。实践证明：用RSF技术改造落后的预分解窑生产线是非常成功的。  

改造前HS公司1000t/d预分解窑生产线主机设备及参数 

热工平衡计算预分解系统各部风速及参数统计