1 、前言

　　窯外預(yù)分解技術(shù)于1971年在日本問世以來，由于經(jīng)濟(jì)效果顯著，特別是產(chǎn)量成倍提高，能耗大幅度下降，引起世界的關(guān)注。目前，世界水泥熟料煅燒工藝均采用窯外預(yù)分解水泥熟料煅燒工藝。新型干法窯外分解水泥生產(chǎn)技術(shù)是當(dāng)今國際上最先進(jìn)的水泥生產(chǎn)技術(shù)，我國對窯外分解技術(shù)的研究始于80年代以后，由于當(dāng)時對窯外分解技術(shù)的研究剛剛起步，受技術(shù)水平和設(shè)計經(jīng)驗(yàn)等因素制約，所以當(dāng)時建成的一批中小規(guī)模的預(yù)分解窯生產(chǎn)線，投產(chǎn)后長期不能達(dá)產(chǎn)達(dá)標(biāo)，技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)較差，經(jīng)濟(jì)效益低下。我公司自主開發(fā)的“新型干法窯外分解系統(tǒng)（RSF）”技術(shù)（包括新型預(yù)熱器，分解爐，篦冷機(jī)等），利用原燒成系統(tǒng)土建框架結(jié)構(gòu)對落后的預(yù)分解窯生產(chǎn)線進(jìn)行全面技術(shù)改造，則可在投資省，停產(chǎn)周期短的前提下大幅度提高產(chǎn)量，節(jié)約能源。我公司應(yīng)用“RSF”技術(shù)已經(jīng)改造完成的預(yù)分解窯生產(chǎn)線可使窯產(chǎn)量提高近50%左右，熱耗降低可達(dá)20%左右，單位熟料投資約200元/t。東北某地區(qū)HS公司一條1000t/d預(yù)分解窯生產(chǎn)線于90年代初建成，投產(chǎn)以來生產(chǎn)系統(tǒng)始終處于不正常狀態(tài)，產(chǎn)量不能達(dá)到設(shè)計指標(biāo)。HS公司委托我公司對其1000t/d預(yù)分解窯生產(chǎn)線進(jìn)行技術(shù)改造，我公司應(yīng)用“RSF”技術(shù)對該生產(chǎn)線進(jìn)行全面的熱工診斷和熱工平衡計算，經(jīng)過認(rèn)真分析，找出問題結(jié)癥，并提出改造方案。經(jīng)過改造該生產(chǎn)線產(chǎn)量最高達(dá)到1500t/d，平均產(chǎn)量達(dá)到1380t/d，系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)率高，產(chǎn)品質(zhì)量改善，生產(chǎn)操作控制更加可靠，經(jīng)濟(jì)效益十分明顯。

　　2、HS公司1000t/d預(yù)分解窯生產(chǎn)線改造前設(shè)備配套及存在主要問題

　　HS公司1000t/d預(yù)分解窯生產(chǎn)線是由我國某建材設(shè)計院設(shè)計，預(yù)分解系統(tǒng)為五級預(yù)熱器和RSP分解爐，生產(chǎn)線主要設(shè)備及性能參數(shù)見表1。我公司應(yīng)用“RSF”技術(shù)對該生產(chǎn)線進(jìn)行全面的熱工診斷，項(xiàng)目包括：主要設(shè)備能力，原料，煤粉及熟料的化學(xué)成分，煤粉的工業(yè)分析，各部煙氣成分，壓力，溫度，風(fēng)速以及系統(tǒng)平衡中主要支出熱等。經(jīng)過分析找出主要問題如下：

　　a) 整個系統(tǒng)漏風(fēng)偏大；
　　b) 熟料產(chǎn)量始終在800—900t/d之間波動，沒達(dá)到設(shè)計指標(biāo)；
　　c) C1筒出口溫度偏高（＞400℃），負(fù)壓偏大（5900—6200Pa）； 
　　d) 三次風(fēng)管風(fēng)溫偏低，入口溫度在600℃左右；
　　e) C1筒分離效率差，出口飛灰量大。

　　3、HS公司1000t/d預(yù)分解窯生產(chǎn)線存在問題的理論分析

　　我們用熱工診斷和熱平衡計算，對HS公司1000t/d預(yù)分解窯生產(chǎn)線預(yù)分解系統(tǒng)各部位的風(fēng)速及有關(guān)參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計，見表2。認(rèn)真分析表2的各部位的參數(shù)，我們會發(fā)現(xiàn)該預(yù)分解系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)設(shè)計上存在一些問題。

　?。?）預(yù)熱器C2—C5級旋風(fēng)筒截面風(fēng)速低。熱工診斷計算，C2—C5級旋風(fēng)筒截面風(fēng)速在5.58—5.6m/s之間。早期設(shè)計的旋風(fēng)筒截面風(fēng)速均為4—5m/s。旋風(fēng)筒截面風(fēng)速低，有利于降低系統(tǒng)阻力，延長氣料停留時間，但風(fēng)速小氣體攜物料的能力又會減弱，物料不能完全同熱氣體混合換熱，一部分物料沒有充分換熱就降到下一級旋風(fēng)筒里，影響了物料的分解?，F(xiàn)在旋風(fēng)筒的設(shè)計截面風(fēng)速一般取6—7m/s。

　?。?）旋風(fēng)筒內(nèi)筒直徑小。C2——C5級旋風(fēng)筒內(nèi)筒直徑與旋風(fēng)筒有效直徑之比為0.5—0.52。實(shí)踐證明：內(nèi)筒直徑小，系統(tǒng)阻力增大影響旋風(fēng)筒的分離效率，降低旋風(fēng)筒阻力的有效措施就是增大內(nèi)筒直徑，降低內(nèi)筒插入深度，國外公司設(shè)計的旋風(fēng)筒內(nèi)筒直徑與旋風(fēng)筒有效直徑之比現(xiàn)已提高到0.6—0.7。

　?。?）C1級旋風(fēng)筒入風(fēng)口風(fēng)速大，達(dá)到24m/s。在一定范圍內(nèi)提高進(jìn)風(fēng)口風(fēng)速會提高分離效率，但風(fēng)速過高會引起粉塵二次飛揚(yáng)加劇，分離效率反而降低。許多實(shí)驗(yàn)表明，在實(shí)際生產(chǎn)中進(jìn)風(fēng)口風(fēng)速對壓損的影響遠(yuǎn)大于對分離效率的影響，因此，在不明顯影響分離效率和進(jìn)口不致于產(chǎn)生過多物料塵積的前提下，適當(dāng)降低進(jìn)風(fēng)口風(fēng)速，可作為有效的降阻措施之一。C1級筒入風(fēng)口風(fēng)速達(dá)到24m/s，即增大了系統(tǒng)阻力，又降低了收塵效率，引起C1筒出口飛灰嚴(yán)重。經(jīng)驗(yàn)告訴我們旋風(fēng)筒入風(fēng)口風(fēng)速取17—19m/s為宜。

　?。?）C1級旋風(fēng)筒內(nèi)筒高度小，插入深度淺。C1級筒內(nèi)筒高度與C1級筒進(jìn)風(fēng)口高度之比為0.81。從降低系統(tǒng)阻力的角度出發(fā)，內(nèi)筒插入深度淺一些好，但C1 級筒是生料入口處，此處溫度低，生料入C1級筒后易產(chǎn)生飛灰，加上入風(fēng)口風(fēng)速高達(dá)24m/s，導(dǎo)致C1筒出口飛灰增大，分離效率下降。內(nèi)筒高度大一些，插入深度深一些，可減少C1級筒出口的飛灰量，提高分離效率。所以C1級筒內(nèi)筒的高度不能小，在設(shè)計上，一般取C1級內(nèi)筒高度與C1級筒進(jìn)風(fēng)口高度之比為1.8左右。

　?。?）出風(fēng)口風(fēng)速高，風(fēng)速達(dá)到20.1m/s。出風(fēng)口風(fēng)速高，導(dǎo)致旋風(fēng)筒阻力增大。對于大蝸殼旋風(fēng)筒，即在相同斷面風(fēng)速的情況下，其出風(fēng)口風(fēng)速低，從而能很好地降低旋風(fēng)筒的阻力，也為其增大內(nèi)筒提供可能。一般經(jīng)驗(yàn)旋風(fēng)筒出口風(fēng)速在13—14m/s范圍。

　?。?）三次風(fēng)管從篦冷機(jī)上殼體上抽取熱風(fēng)，由于篦冷機(jī)冷卻效果不好，熱效率低，故進(jìn)入三次風(fēng)管的氣體溫度低，氣體通過三次風(fēng)管進(jìn)入SC室，由于氣體溫度低，影響了SC室燃料的燃燒，煤粉在SC室燃燒不充分，SC室溫度低，影響了MC室的生料的分解率。另外三次風(fēng)管V型布置，在管路最低點(diǎn)易積料，堵料，影響管路的正常通風(fēng)。

　?。?）分解爐風(fēng)速低，截面風(fēng)速為5.85m/s。分解爐截面風(fēng)速低，其攜料能力減弱，易產(chǎn)生塌料現(xiàn)象，影響分解爐的分解效果?，F(xiàn)在新建的各種形式的分解爐都有縮小爐徑，增加爐子高度或延長出風(fēng)管長度的趨勢，所以在保證爐容的前提下，應(yīng)適當(dāng)提高爐內(nèi)風(fēng)速。一般RSP分解爐截面風(fēng)速在6—10m/s范圍。

　?。?）窯頭豎井截面尺寸小（長×寬=2.61m×2.3m），風(fēng)速過高（9.35m/s），窯頭罩截面尺寸?。ㄩL×寬=3.9m×2.3m），風(fēng)速過高（6.327m/s）。窯頭豎井和窯頭罩截面尺寸大小影響此處氣流的通過能力，風(fēng)速過高，增加窯頭罩的阻力，影響冷卻機(jī)的效率，影響二次風(fēng)溫，一般經(jīng)驗(yàn)窯頭豎井和窯頭罩內(nèi)的截面風(fēng)速取3—4m/s為宜。

　　通過上述理論分析得出結(jié)論：原HS公司1000t/d預(yù)分解窯生產(chǎn)線預(yù)分解系統(tǒng)，系統(tǒng)阻力大，分離效果差，物料分解率低，限制了該系統(tǒng)熟料產(chǎn)量的提高。

　　4、技改原則及目標(biāo)

　　4.1  技改原則

　　結(jié)合HS公司的實(shí)際情況，通過雙方協(xié)商確定技改原則如下：
　?。?） 最大限度利用原有設(shè)備和預(yù)熱器框架；
　?。?） 最大限度利用現(xiàn)有資源；
　　（3） 最大限度挖掘回轉(zhuǎn)窯潛力，提高回轉(zhuǎn)窯產(chǎn)量。

　　4.2   技改目標(biāo)

　　經(jīng)過用RSF技術(shù)進(jìn)行熱工標(biāo)定和理論計算確定技改目標(biāo)如下：
　?。?） 窯產(chǎn)量1500t/d；
　　（2） 燒成熱耗3344kj/kg-cl。

　　5、技改方案及特點(diǎn)

　?。?）C1級旋風(fēng)筒直徑擴(kuò)大。經(jīng)核算和分析認(rèn)為C2—C5級旋風(fēng)筒能滿足改造目標(biāo)要求，故不進(jìn)行其改造，為減少預(yù)熱器飛灰損失，提高系統(tǒng)分離效率，將C1級旋風(fēng)筒直徑擴(kuò)大，由原直徑φ3.1m擴(kuò)大到直徑φ3.7m。C2—C5級旋風(fēng)筒截面風(fēng)速提高到6—7m/s。

　?。?）內(nèi)筒直徑擴(kuò)大。經(jīng)分析原系統(tǒng)內(nèi)筒直徑小，系統(tǒng)阻力大，改造后C2—C5級旋風(fēng)筒直徑?jīng)]變，而內(nèi)筒直徑均擴(kuò)大，這樣有利于降低系統(tǒng)阻力。另外，C1級筒內(nèi)筒高度也加大一些，這樣可以減輕粉塵的二次飛揚(yáng)，提高C1級筒的收塵效率。

　?。?）旋風(fēng)筒的入風(fēng)口和出風(fēng)口均有所擴(kuò)大。原系統(tǒng)的旋風(fēng)筒入風(fēng)口和出風(fēng)口由于風(fēng)速較高，風(fēng)口較小，加大了系統(tǒng)的阻力。本次改造在滿足風(fēng)量通過的條件下，適當(dāng)降低了風(fēng)速。另外出風(fēng)口的加大，也為內(nèi)筒直徑的擴(kuò)大提供了條件

　?。?）各級旋風(fēng)筒下料管直徑擴(kuò)大。系統(tǒng)改造后，產(chǎn)量大幅度提高，原下料管已不適應(yīng)，下料管直徑需擴(kuò)大。下料管直徑可按下列關(guān)系式確定：

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

　　在更換下料管的同時，換上了新式的鎖風(fēng)閥，加強(qiáng)密封，防止漏風(fēng)。另外改造原撒料裝置，保證系統(tǒng)下料順暢。

　?。?）分解爐進(jìn)行重點(diǎn)改造。本次改造用RSF分解爐替代原RSP分解爐。拆除原SC室，利用原MC室筒體改為RSF管道式分解爐，爐的直徑不變，在分解爐出風(fēng)口至C5級旋風(fēng)筒之間增設(shè)鵝頸管。鵝頸管兼?zhèn)淞恕暗诙纸鉅t”的功能，氣流在這段管道中作活塞流運(yùn)動，擴(kuò)大分解區(qū)域，延長物料的停留時間，爐出口向下布置的連接風(fēng)管從結(jié)構(gòu)上降低了窯尾框架的高度。增加鵝頸管后，分解爐的爐容由原188m3變?yōu)?22m3。有利于氣料的混合，換熱，提高物料分解率。三次風(fēng)管設(shè)在分解爐的底部錐體上部，切向入風(fēng)，C4級下料點(diǎn)設(shè)在三次風(fēng)管入口處使物料隨同三次風(fēng)一起入爐。噴煤管由原在SC室上部噴煤改為在三次風(fēng)管入口處上部噴煤，噴煤點(diǎn)為兩處，對稱布置。分解爐底部縮口略有放大，尺寸由原□0.9m×0.9m改為□1.11m×1.11.m。

　?。?）原三次風(fēng)管拆除，換上水平布置的三次風(fēng)管，并在窯頭罩上抽取三次風(fēng)，三次風(fēng)溫度提高，三次風(fēng)管的有效內(nèi)徑改為φ1577mm并在三次風(fēng)管上安裝了手動調(diào)節(jié)閥門，調(diào)節(jié)風(fēng)量。

　?。?）窯頭豎井截面尺寸擴(kuò)大，窯頭罩換上偏心大窯頭罩。這樣使窯頭罩內(nèi)風(fēng)速變小，有利于減小阻力，增加氣流通過能力，提高二次風(fēng)溫。

　　（8）由于系統(tǒng)產(chǎn)量增加，回轉(zhuǎn)窯傳動功率由原125kw增大到160kw。原窯頭，窯尾密封裝置全部拆除，換上新式的柔性密封裝置，有效改善了回轉(zhuǎn)窯的密封性能。

　?。?）預(yù)熱器后部廢氣處理系統(tǒng)的連接管路的直徑均有所擴(kuò)大，以便降低系統(tǒng)阻力。

　?。?0）增濕塔直徑不變，在高度上增加5.5m，增濕塔容積擴(kuò)大，延長了煙氣在其內(nèi)部的停留時間，降低煙氣溫度。

　?。?1）在喂料系統(tǒng)中，擴(kuò)大原下料管直徑，新增加雙板鎖風(fēng)閥，防止下料產(chǎn)生飛灰。

　?。?2）窯，爐喂煤系統(tǒng)改造。由于系統(tǒng)產(chǎn)量的提高，喂煤量增加，回轉(zhuǎn)窯噴煤管的噴煤量增加，風(fēng)機(jī)更換，風(fēng)量增大。入爐輸煤管直徑由原φ480mm改為φ214mm，噴煤嘴的直徑由原φ480mm改為φ151mm，兩點(diǎn)噴煤，對稱布置。

　?。?3）生料系統(tǒng)不改造。但是由于熟料產(chǎn)量的提高，原生料立磨產(chǎn)量80t/h不能滿足生料的供應(yīng)量，故建議將生料的細(xì)度放粗，生料產(chǎn)量提高到100t/h。同時要求立磨熱風(fēng)爐必須啟用，以保證烘干物料所用的熱風(fēng)量。

　?。?4）原篦冷機(jī)是屬于第二代產(chǎn)品，缺陷較多，不能滿足系統(tǒng)改造后的需要，故用充氣梁技術(shù)進(jìn)行改造。將原篦床前13排篦板梁改造為充氣梁，采用充氣梁篦板和高阻力低漏料篦板，增加風(fēng)機(jī)數(shù)量，在篦床兩側(cè)供風(fēng)，依據(jù)下料規(guī)律的變化，調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)風(fēng)量。改造后的篦冷機(jī)冷卻效果明顯改善，二，三次風(fēng)溫提高，完全適應(yīng)系統(tǒng)改造后產(chǎn)量的變化。

　　6、結(jié)論

　　經(jīng)過改造HS公司的原1000t/d生產(chǎn)線發(fā)生明顯變化，熟料產(chǎn)量達(dá)到1500t/d，燒成系統(tǒng)熱耗達(dá)到設(shè)計指標(biāo)。改造后系統(tǒng)主要設(shè)備及參數(shù)見表3。實(shí)踐證明：用RSF技術(shù)改造落后的預(yù)分解窯生產(chǎn)線是非常成功的。  

改造前HS公司1000t/d預(yù)分解窯生產(chǎn)線主機(jī)設(shè)備及參數(shù) 

熱工平衡計算預(yù)分解系統(tǒng)各部風(fēng)速及參數(shù)統(tǒng)計