水泥生產(chǎn)線大型化后的工程設(shè)計(jì)特點(diǎn)
2011-03-31 00:00
讀趙乃仁先生文《探討水泥廠大型化后存在的問題》后頗有心得。現(xiàn)在的水泥生產(chǎn)線如煙囪林立，發(fā)展趨勢也是朝著大型化、集團(tuán)化發(fā)展。那么生產(chǎn)線大型化后在設(shè)備選型中應(yīng)該注意些什么？工程設(shè)計(jì)上又有哪些注意事項(xiàng)和特點(diǎn)呢？趙先生在該文中進(jìn)行了全面的闡述和分析。
趙先生提到，生產(chǎn)線大型化后在工程設(shè)計(jì)中要注意到工程設(shè)計(jì)中的安全性、可靠性和靈活性。生產(chǎn)線大型化以后，由于機(jī)組生產(chǎn)能力很大，任何原因造成的停機(jī)，包括生產(chǎn)的波動(dòng)都會(huì)引起很大的經(jīng)濟(jì)損失，諸如設(shè)備故障、操作失誤、市場停滯等、生產(chǎn)線的大型化，不僅要求增大設(shè)備的規(guī)格并且要求提高設(shè)備的使用壽命。為了保證設(shè)備的安全運(yùn)轉(zhuǎn)，減少設(shè)備的突發(fā)故障，要求進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)于運(yùn)行中的設(shè)備的監(jiān)控和運(yùn)行情況的監(jiān)控。
為了保證系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定，減少波動(dòng)，對(duì)于原料、燃料和生料的均化，不能因?yàn)橄Ｍ?jié)約投資而被消弱；為了適應(yīng)市場需求的變化，要求工廠能夠靈活生產(chǎn)多個(gè)品種的水泥，在部分地區(qū)甚至要求能夠生產(chǎn)多個(gè)熟料。規(guī)模的提高要依靠技術(shù)的發(fā)展，規(guī)模的擴(kuò)大，不能簡單的依靠幾何模型的放大，應(yīng)該從很多方面提出一些要求，對(duì)設(shè)備選型也提出了更高的要求以滿足大型化的特點(diǎn)：
分解爐是水泥生產(chǎn)中比較重要的熱工設(shè)備。趙先生首先強(qiáng)調(diào)，生產(chǎn)線大型化后應(yīng)該提高分解羅的熱力強(qiáng)度。分解爐自誕生以來已經(jīng)有數(shù)十種形式，但是基本上都是以暗火燃燒為主要方式，煤粉均勻分散在帶有生料的氣流中間燃燒，邊燃燒邊傳熱邊分解，這種操作方式可以得到最好的傳熱效率，而且不易出現(xiàn)過熱，黏結(jié)等不良現(xiàn)象。但是其燃燒條件卻不是最好的。煤粉在分解爐的燃燒以動(dòng)力燃燒為主，也就是說燃燒溫度的高低會(huì)影響煤粉的燃燒速度，但是處于生料包圍之中的煤粉，燃燒溫度不容易上去，燃燒速度也上不去，煤粉燃燒成為整個(gè)過程的制約因素，必須具有較大的容積以及較長的停留時(shí)間，才能夠得到較完全的燃燒。因此，如何提高分解爐的燃燒速度，提高它的容積熱力強(qiáng)度成為當(dāng)前的技術(shù)關(guān)鍵。
從現(xiàn)有的分解爐形式中，我們可以發(fā)現(xiàn)有一種分解爐的不同。它具有較高的容積熱力強(qiáng)度，就是RSP爐中的SC室。RSP爐子的主體應(yīng)該是SC室，而MC室就相當(dāng)其他離線爐型中的上升煙道，從SC爐實(shí)際完成的燃燒量來計(jì)算它的燃燒強(qiáng)度，也比其他爐型高出了2-3倍。這表明，該爐型采用了明火燃燒，生料僅圍繞在火焰周圍，可能得到較高的燃燒溫度，從而有較強(qiáng)的燃燒強(qiáng)度，所以它的容積熱力強(qiáng)度要優(yōu)于其他爐型。
RSP爐的SC室采用了再室頂通過SB室用噴煤管射出煤氣流，而三次風(fēng)在SC室上部側(cè)面以切向進(jìn)入，其模式類似于回轉(zhuǎn)窯窯頭的燃燒，形成明顯的火焰流股。所不同之處是回轉(zhuǎn)窯內(nèi)的物料是集中在窯體的底部，而SC室內(nèi)物料是隨旋轉(zhuǎn)氣流形成一層懸浮于三次風(fēng)內(nèi)的物料層包圍在火焰的周圍，其物料層得厚度以及處于火焰和爐壁之間的位置部位，則取決于三次風(fēng)的強(qiáng)度以及進(jìn)入的方向。同時(shí)火焰的形狀也可以通過對(duì)燃燒器的結(jié)構(gòu)調(diào)整來改變，也由于上述的這種形式，因此在較高的燃燒強(qiáng)度下生產(chǎn)運(yùn)行也是安全可靠的。
可以這么認(rèn)為，如果進(jìn)一步加強(qiáng)SC室在總體中的比例，就可能提高整個(gè)分解爐的熱力強(qiáng)度，從而可以提高分解爐的熱效率，縮小分解爐的體積，以適應(yīng)大型化的需要。有位日本友人曾經(jīng)建議把SC室加長并取和斜風(fēng)管同一個(gè)方向，并且將燃燒器采用三通道以適應(yīng)強(qiáng)化燃燒以及加長火焰長度的需要。這可以作為加強(qiáng)SC室的方法之一，采用明火燃燒必須能夠控制它以避免出現(xiàn)過高的溫度造成黏結(jié)堵塞，甚至發(fā)生設(shè)備損壞，并且要求能控制它在一定的程度由明火轉(zhuǎn)入暗火燃燒。當(dāng)需要強(qiáng)化一個(gè)過程而又必須能夠掌控過程進(jìn)行中各方面的信息，在當(dāng)前的自動(dòng)控制水平情況下是完全可以做到的；其二必須要有調(diào)節(jié)手段，因此要求采用可以調(diào)節(jié)的燃燒器。
在近期國際分解爐的發(fā)展中，可以看到采用類似RSP分解爐中的SC室來改造或嫁接原有爐型的實(shí)例，具體實(shí)例有：
其一，在山東泗水大宇水泥，7500t/d生產(chǎn)線燒成系統(tǒng)上，Polysius的管道分解爐上成功的嫁接了一個(gè)類似SC室的預(yù)燃燒爐，從表-1中可以看到SC室的容積熱力強(qiáng)度比管道分解爐的容積熱力強(qiáng)度要高出5-8倍，采用預(yù)燃燒爐在開始階段強(qiáng)化燃燒強(qiáng)度，可以減少分解爐的總體積，該形式公司的爐型為CC型。
其二，F(xiàn)LS公司推出了SLC-D分解爐，全稱為Separate-Line Calciner-Downdraft 下降氣流式離線分解爐。該分解爐同傳統(tǒng)比較出現(xiàn)了180°的變化，底部的噴騰氣流不見了，煤粉從頂部通過燃燒器噴出火焰，三次風(fēng)從上部切向吹入生料隨同三次風(fēng)進(jìn)入分解爐，燃燒后的廢氣從底部通過斜風(fēng)道進(jìn)入上升煙道和窯尾廢氣匯合，其整體形式雷同于RSP爐的SC室。
再次，設(shè)備上采用二支承的回轉(zhuǎn)窯。二支承的回轉(zhuǎn)窯在國際上發(fā)展多年，最早由洪堡公司和富樂公司提供L/D=11左右的回轉(zhuǎn)窯，發(fā)展到今天，原先堅(jiān)持采用長回轉(zhuǎn)窯的Polysius公司和FLS公司也先后推出了L/D約=13的二支承的回轉(zhuǎn)窯。我國從新疆水泥廠開始前后已經(jīng)有8臺(tái)以上二支承的回轉(zhuǎn)窯投產(chǎn)，最大的生產(chǎn)能力達(dá)到5500t/d，其中還有燃燒無煙煤的、有濕磨干燒的，應(yīng)該說已經(jīng)積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，完全有能力開發(fā)出自己的二支承回轉(zhuǎn)窯。此種窯型，除了在機(jī)械方面有很多優(yōu)點(diǎn)以外，熟料的質(zhì)量提高，回轉(zhuǎn)窯不容易出現(xiàn)變形，從而大大增加了耐火磚的使用壽命，這點(diǎn)對(duì)于大型回轉(zhuǎn)窯更為重要。
參考文獻(xiàn)：
1. 趙乃仁. 探討水泥廠大型化后存在的問題. 親歷中國水泥60年.趙乃仁技術(shù)文集
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