水泥窑系统综合改造效果分析

王海滨，韩磊磊

水泥窑系统综合改造效果分析

Analysis of Comprehensive Transformation Effects of Cement Kiln System

王海滨1，韩磊磊2

1 前言

北京某水泥公司1600～1650t/d熟料生产线烧成窑尾系统采用的是直径4200mm的管道式分解炉。众所周知，分解炉功能是加强生料与燃料的分散、混合、均布，若燃料燃烧效率高、燃烧完全，生料中的碳酸盐就能迅速吸热、分解，产生的废气也能迅速排出系统。分解炉的结构形式和各种参数要基于以上特性选择和设计。基于分解炉的以上性质，本次技改，连同窑头篦冷机同步进行了综合改造，现将分解炉和篦冷机同步改造内容和改造前后分解炉系统的燃烧变化及篦冷机的冷却效果介绍如下。

2 分解炉的综合改造内容

2.1 分解炉炉膛扩容改造

技改前分解炉直径为4200mm，技改后将分解炉中下部两段柱体部分共12.5m的直径扩容至4800mm。

2.2 燃烧器的空间布置方案

技改前煤粉采用管道式直接喷入分解炉，煤粉燃烧和物料与三次风混合能力较差，会产生局部高温结焦现象。如果采取燃烧器下倾方向布置，火焰不能充分展开，燃料与三次风富氧区过于充分混合，会造成局部严重结焦。为了让燃料在宽敞的空间内充分展开和物料三次风充分混合，采取两个尾煤燃烧器上倾接近45°的空间布局方案，结合现场四级下料位置，避免燃烧器与物料过于冲撞造成火焰无法展开风煤混合差燃烧效率低。同时也考虑避免燃烧器方向过于远离四级下料，造成燃烧器头部燃烧过于剧烈，导致局部结焦等。

2.3 分解炉燃烧方式改变

技改前分解炉送煤采用的是传统的管道式直接入煤，技改后新增两台送煤能力为4t/h的燃烧器，并配上两台风量为25m3/min、风压为12kPa的净风风机,作为原料助燃风机。

2.4 五级平烟道改造

技改前五级平烟道出口直径为2000mm，系统运行阻力较大，为了降低系统运行阻力，改变流场的通畅性，保证分解炉煤粉燃烧效率，将五级平烟道出口直径加大10%。

3 篦冷机综合改造内容（型号LBT28153）

3.1 篦冷机一段篦床加宽

技改前一段一室篦床共有七排篦板，每排四块，由于熟料结粒不均，加之一段篦床过窄，窑产量较高时，因熟料下落在篦冷机下面产生的“料堆效应”，造成篦冷机细料端红河现象十分严重，经常烧坏细料侧篦板和护板，严重影响窑的运转率。为了解决这一问题，将一段篦床活动梁进行改造，增加一排宽度400mm的篦板，并在此基础上增加一排宽度200mm的充气护板，使原来的篦床宽度增加600mm，基本解决了篦冷机红河现象。

3.2 改造篦冷机二室、三室固定梁篦板的供风方式，并在细料侧加装一排篦板和一排充气侧护板

技改前二室、三室固定梁细料侧篦板全部为室下供风，风量较小，冷却效果差。为了解决这一问题，通过优化风机，将二室、三室所有固定梁篦板全部改为充气梁篦板，实现专风专供，并在细料侧加装一排宽度为200mm的篦板，又在原有基础上加装一排150mm的充气侧护板，篦床宽度整体提高400mm，大大提高了熟料的冷却效率。

3.3 篦冷机风机优化改造

技改前篦冷机二段9号、10号风机分别为四室、五室室下风机，风量较大，阀门开度基本上为40%左右，一室11号风机仅供三块篦板，2号风机仅供四块篦板，阀门开度都很小，造成电能浪费。改造后去掉9号风机，在保证室下供风能力的情况下，篦冷机四室五室由10号风机供风，原11号风机供风的三块篦板由2号风机供风。

4 分解炉改造前后燃烧变化情况

4.1 技改前分解炉燃烧情况及存在问题

从表1可知，投料初期投料量在100t/h左右时，炉中温度控制在880～890℃之间，分解炉出口温度达到870～880℃左右，五级锥体温度在865～878℃左右，分解炉温度梯度合理，反映分解炉燃烧情况较好，说明煤粉在分解炉燃烧比较充分；当系统加到中级产量105～108t/h时，炉中温度控制在877～890℃之间，分解炉出口温度在882～890℃之间，而对应的五级下料温度则达到888～903℃，已经出现了倒挂现象，表明系统加到中级产量时，分解炉燃烧出现局部燃烧不充分，燃烧不完全情况；而当系统加到最高产量108～110t/h时，尾煤用量达到最大，炉中温度只能达到865～875℃，这时分解炉出口温度则达到882～890℃，五级下料更是达到了900～910℃，温度倒挂现象极为明显，分解炉燃烧情况较差。随着投料量的逐步加大，煤粉在分解炉内的燃烧越来越不充分，当加到最大产量时，随着煤量增加，炉中温度反而出现下降，分解炉出口和五级锥体倒挂现象明显。一方面这与熟料产量提高后分解炉的通风能力受到影响，对燃烧过程有一定阻碍有关，另一方面，更与分解炉物料停留时间短、燃烧和分解功能难以得到充分发挥密切相关。这使得窑尾系统整体温度偏高，影响系统热回收效率，甚至造成较频繁、严重的结皮，影响系统的安全稳定运行，即使是采用优质的烟煤，分解炉能力也已略显不足，分解炉容积明显偏小。若要进一步提高熟料产量，必须对分解炉进行必要的结构优化和改造。另需说明的是以上数据均为正常工况，当窑温偏低时，炉中温度经常出现830～840℃的低温，说明煤粉燃烧状况很差，易受窑况变化影响。

表1 技改前不同投料量对应的分解炉及五级下料的温度变化*

表2 技改后不同投料量对应的窑尾温度变化*

4.2 技改后分解炉燃烧情况的变化

由表2可知，改造后产量明显增加，尾煤燃烧效果得到大大改善，当投料初期系统投料量100t/h左右时，和技改前相比，无显著变化，系统燃烧较好；当系统投料量加到105～108t/h时，炉中温度A点控制在885～890℃之间，分解炉出口温度达到877～880℃，而五级锥体温度达到869～873℃，分解炉燃烧情况较技改前有明显改善；当系统投料量加到110～112t/h，炉中温度A点控制在885～892℃之间，出口温度达到879～885℃，五级锥体温度达到865～875℃，说明煤粉燃烧能力较技改前大大提高。技改前尾煤最大加到7t/ h以内，7t/h以上在分解炉内反而“不着”，温度明显下降，且倒挂现象明显，五级锥体温度较高，五级下料管结皮频繁；技改后系统产量最大可以加到118～120t/h，尾煤最大可以加到7.5t/h以内，且燃烧效果较好，没有出现明显的燃烧不充分温度倒挂现象，五级下料温度都在870℃左右。

4.3 技改后分解炉内流场变化

分解炉炉膛直径扩容后新增加一个缩口，并且分解炉流场发生一定变化，从窑尾缩口上来的高温气体与锥体割向进入的三次风在锥体下部汇合，由分解炉底部段喷入炉体柱体段，高温气流裹挟物料做旋流、喷腾相叠加的上升运动。在分解炉底部，轴向速度各向变化很大，该区域存在一定的回流区。在缩口附近，轴向风速明显增大，说明由于缩口处截面积减小，产生了明显的二次喷腾的效果，这有利于物料分散、改善燃烧以及碳酸盐的分解。在新增缩口以上的区域重新经历了最大轴向风速向中心汇聚和向壁面区域迁移的过程，喷腾速度减小而旋流速度加强，使物料在分解炉停顿时间明显延长，有利于物料分解。

4.4 气体停留时间和新增燃烧器对煤粉燃烧的影响

此次分解炉扩容后断面风速由12.8m/s降到9m/s左右，气体停留时间明显延长，另外，新增尾煤燃烧器净风风压较高，达到12kPa，对于风煤的充分混合起到了至关重要的作用，从表2可以看出，技改后尾煤可以达到7～7.5t/h，分解炉温度分布较好，燃烧状况得到有效改善。

4.5 分解炉扩容后生料的停留时间和煤粉的停留时间得以延长

改造后炉膛容积增加80m3左右，由相关资料推算可知，改造后炉膛生料停留时间从10s延长到12.5s～15.5s,煤粉停留时间从8s延长至10s，这对炉内生料分解、煤粉燃烧大有好处。

表3 技改前后出篦冷机熟料温度

5 篦冷机技改后冷却效率的变化

5.1 篦冷机熟料冷却效率大大提高

从表3中可以看出，技改前投料量达到满负荷108～110t/h时，从篦冷机二段出口的熟料温度达230～250℃，熟料冷却效果较差，篦冷机热交换能力低，加之投料较大，料堆效应产生的熟料离析，造成篦冷机东侧一段、二段红河严重，对篦冷机的篦板和窑运转率造成较大影响；技改后，篦板加宽，篦冷机风机风量得到有效优化，熟料冷却效果大大加强，投料量达到118～120t/h时，熟料最高温度只有120℃左右。

5.2 篦冷机红河现象得到解决

技改后，由于一段篦板加宽，篦冷机篦板冷却面积大大提高，篦冷机风机风量得到优化，冷却效率明显提高，加之料堆效应减弱，篦冷机红河现象基本消除，极大提高了篦冷机和窑的运转率。

6 结语

6.1 技改后投料量有所提高

技改前系统投料量最高在108～110t/h之间，尾煤最大达到7.0t/h左右，由于分解炉炉膛直径较小，炉容偏小，且入煤方式为管道式直接喷入，随着尾煤的持续加入，煤风混合效果不好，分解炉炉中温度不升反降，倒挂现象极为明显；技改后分解炉炉容扩大80m3左右，尾煤喷入改为两个燃烧器（配套两台高风压的净风风机），煤风混合效果较好，尾煤最高用量可达到7.5t/h，投料量在相同煤质和生料的情况下最高可达118～120t/h，且分解炉燃烧较好，温度梯度分布合理。

6.2 技改后煤耗有所降低

技改前后使用同一区相同煤质（灰分在14%～15%之间，挥发分在30%左右，固定碳在52%左右）。技改前熟料实物煤耗一般在165kg/t熟料左右，技改后由于分解炉炉容增大，断面风速降低，煤粉在分解炉中燃烧状况得到明显改善，煤风混合较好，燃料的燃烧效率明显提高，产量提高，实物煤耗从初步数据统计上看，基本上降到160kg/t熟料。

6.3 技改后对燃烧的影响

技改后煤粉在分解炉中上部燃烧较为充分，燃烧效率高，风煤混合大大加强，煤粉的分散和煤粉浓度的均匀分布大大提高，燃烧效果较好，且燃烧器头部没有形成明亮火焰，燃烧不剧烈，没有产生局部高温结焦现象。

6.4 技改后适应不同煤质的能力有所提高

新增尾煤燃烧器后，调节手段增多，可以根据不同煤质情况调节内外风比例，在燃烧劣质煤或者白煤时，煤粉燃尽率得到有效提高，分解炉中燃烧情况得以改善，煤粉燃烧不完全时产生局部高温结焦的现象得到有效控制。■

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2014-07-07；编辑：吕光