预分解窑“恒温平衡”操作技术

2018-01-30赵晓东

中国水泥 2018年6期

赵晓东

（重庆电子工程职业学院，重庆 401331）

0 前言

自1985年以来，中国的水泥生产总量已经连续33年居世界第一位，水泥的产销量约占世界的60.00%。截至2017年底，中国拥有7条10 000t/d、6条12 000t/d预分解窑熟料生产线，是世界上拥有万吨生产线最多的国家；预分解窑生产的水泥总量达到22亿吨，低温余热发电装机总容量达到6 000MW，形成了完善的预分解窑水泥生产工业体系[1]。但由于错误的操作技术，约70%的水泥企业能耗偏高、能源利用率偏低，只有30%水泥企业的水泥单位产品能源消耗水平接近或达到GB16780-2012《水泥单位产品能源消耗限额》标准。采用“恒温平衡”操作技术，有利于提高预分解窑的熟料产量与质量，降低熟料标准煤耗。

1 坚持“五稳保一稳”的操作原则

预分解窑的操作原则是“五稳保一稳”，其中的“五稳”就是入窑生料化学成分稳定、生料喂料量稳定、燃料成分（热值、煤的灰分及水分等）稳定、燃料喂入量稳定和设备运转稳定；“一稳”就是窑煅烧系统的热工制度稳定。预分解窑采用了悬浮预热和窑外分解技术，预热器内的生料吸热速度快，分解炉内的生料发生分解反应速度快，入窑的生料分解率≥95%，且在窑内停留时间短，对热工制度的波动极为敏感，一旦热工制度不稳，轻者扰乱正常的煅烧秩序，影响熟料产量和质量，重者使预热系统产生“结皮堵塞”，甚至发生设备及人身安全事故。

2 保持预分解窑的风量平衡

预分解窑煅烧所用的风量决于窑炉的煤量，窑炉的煤量取决于入窑的生料量，窑速的快慢取决于生料在窑内的煅烧状况。保持预分解窑的风量平衡，就是实现风、煤、料及窑速的最佳匹配，使窑系统的气体流场、温度场、压力场等稳定在一个平衡范围内。

预分解窑系统的用风包括一次风、二次风、三次风及篦冷机的余风等，其作用与控制调节分述如下。

2.1 一次风的作用及调节

从煤粉燃烧器入窑的风叫一次风。一次风量占总风量的4%～8%，主要作用是输送煤粉，同时还供给煤的挥发分燃烧所需的氧气。一次风温度不能高于140℃，而二次风温度可以高达1 200℃，所以一次风量不宜过多，否则影响二次风量。多通道煤粉燃烧器的外直流风速可达400m/s，内旋流风速可达200m/s，具有很高的冲量，有利于促进煤粉的快速燃烧。

2.2 二次风的作用及调节

从冷却机入窑的风叫二次风，其作用主要是供给入窑煤粉固定碳燃烧所需的氧气。二次风温一般在1 000℃～1 200℃，通过调节窑尾缩口的阀门开度控制入窑风量。增加窑尾缩口的阀门开度，二次风量增加、二次风温降低，窑尾气体的O2含量增加；但三次风量减少、三次风温降低，分解炉出口废气中的O2含量降低。反之亦然。

2.3 三次风的作用及调节

从三次风管入分解炉的风叫三次风，其作用主要是供给入炉煤粉固定碳燃烧所需的氧气。三次风温一般900℃左右，通过三次风管上的阀门开度控制入炉风量。增加三次风阀门开度，三次风量增加、三次风温增加，分解炉出口废气中的O2含量增加；但二次风量减少、二次风温降低，窑尾废气中的O2含量降低。反之亦然。

2.4 篦冷机的余风及调节

从篦冷机排出的不用作二次风、三次风、煤磨烘干用风和AQC锅炉用风的多余气体，叫篦冷机的余风，通过调节窑头排风机的转速和入口风门开度来控制。增大窑头排风机的转速或入口风门开度，窑头罩负压值增加，二次风量和三次风量减小，余风量增加、温度升高。反之亦然。

2.5 窑炉风量平衡的判定及调节

根据窑尾及分解炉出口废气温度与O2含量判断窑炉用风量是否平衡。窑炉风量平衡时，窑尾废气温度一般在1 000℃～1 150℃，O2含量一般在1.50%～2.50%；分解炉出口废气温度一般在880℃～900℃，O2含量一般在2.00%～3.00%。如果分解炉用风量过大，则分解炉出口废气中的O2含量偏大，窑尾O2含量偏小，这时就要减小三次风阀门开度，或增大窑尾缩口阀门开度，使窑炉用风量达到平衡[2]。

2.6 系统总用风量的调节与控制

如果预热系统产生塌料、窑头回火、C1预热器出口废气温度偏低、C1预热器出口负压降低等现象，说明系统总风量不足，应该增大窑尾排风机的转速，或增大窑尾排风机的进口阀门开度；如果发生C1预热器出口废气温度升高、C1预热器出口负压增大等现象，说明系统总风量过大，应该降低窑尾排风机的转速，或减小窑尾排风机的进口阀门开度。

3 正确使用煤粉燃烧器

多通道煤粉燃烧器的煤风和净风，从各自通道分别喷入窑内，利用它们之间的速度差，强化风、煤的混合程度，提高煤粉的燃烧速度。旋转的内风，在燃烧器出口火焰的中部形成一个强大负压区，使高温气体产生回流，有力于缓解火焰中心缺氧，有利于煤粉的烘干和燃烧。高速直流喷射的外风，在燃烧器出口火焰的周围形成一个强大负压区，卷吸二次风聚拢火焰的根部，强化煤粉的燃烧。

正确使用多通道煤粉燃烧器，在窑内形成稳定的燃料燃烧条件和传热条件，为稳定预分解窑的热工制度创造条件。

3.1 燃烧器的位置

燃烧器的端面在窑口外面，受二次风强烈的冲击、扰动影响，火焰极易发散、不集中。燃烧器的纵向中心位置越接近料层，越容易产生还原气氛。因为喷嘴靠近料层，火焰与物料表面之间的距离变小，氧气含量相对不足，在物料表面产生严重的还原气氛；同时，未燃或正在燃烧的炭粒又容易掉落在熟料中，减少了与氧气的接触机会，容易发生不完全燃烧现象。燃烧器的纵向中心位置在窑截面中心以上，有利于减少煤粉掉落熟料的机率，提高煤粉的燃尽率；有利于生料吸收火焰及窑皮的热量，提高生料的升温速率；有利于火焰前部热气流吹向生料上方，提高生料的前移速度，充分利用新生态氧化物的反应活性，提高液相CaO的吸收速度，促进C3S的形成，改善熟料的结构，提高熟料的易磨性及强度。

根据生产实践经验，燃烧器的理想位置应该是：燃烧器的纵向中心位置定位在0mm，30mm～50mm，端面位置伸进窑内大约100mm～200mm，形成的火焰“直”、“短”、“有力”[3]。

3.2 内风、外风比例的调节与控制

燃烧器的内风用来调节火焰的粗度，外风用来调节火焰的长度。燃烧器内风、外风的比例控制一定要准确，否则不但影响风煤的混合，更影响煤粉的燃烧。以调节阀门开度的办法改变内风、外风的比例尽管很方便，但实际误差却很大，不能有效地调节火焰的形状。正确的方法是通过调节内风、外风的压力值，控制内风及外风的比例，比如内风压力控制在20kPa～22kPa，外风压力控制在24kPa～26kPa[4]。

3.3 煤风、中心风比例的调节与控制

煤风和中心风的比例，可以采用调节阀门开度的办法，比如煤风的阀门开度控制在50%～55%，中心风的阀门开度控制在35%～40%。

4 保证分解炉的用风量，实现烧成带恒温煅烧

预分解窑的通风阻力远远小于三次风管，因此窑内通风比较容易保证，分解炉内通风就不容易保证。为了充分发挥分解炉的功效，保证入窑生料的分解率≥95%，就要增大三次风管的阀门开度，增大分解炉的用风量，提高煤粉的燃烧速率。但大多数预分解窑三次风管的阀门开度超过60%，都会出现窑内通风明显不足的现象，这时可以通过调整燃烧器的内风及外风比例，使火焰达到正常燃烧时的长度，火焰在长度方向上的温度差变小，几乎接近恒温。生产实践证明，采用恒温煅烧制度，烧成带的温度稳定，熟料的f-CaO含量波动小、质量稳定、易磨性好、强度高，窑尾废气中NOx浓度降低，有利于降低系统脱硝成本。所以三次风管的阀门开度最好控制在70%～90%。

5 稳定窑头罩的负压和温度

窑头罩是整个煅烧系统所用风量的平衡点。窑头罩负压反映篦冷机鼓风量、入窑二次风、入炉三次风、煤磨烘干热风、篦冷机余风之间的平衡关系。调节窑头罩压力目的，在于防止窑头冷空气侵入窑内、热空气及粉尘溢出窑外。正常生产条件下，窑头罩呈微负压，不允许出现正压，否则影响窑内火焰的完整形状，损伤窑皮，影响入窑二次风量，熟料细粒、颗粒向窑外溢出、喷出，加剧窑头密封装置的磨损，恶化现场环境卫生，影响比色高温计及电视摄像头的使用效果。窑头罩负压值在30Pa～50Pa之间，说明入窑的空气量充足，煤粉的燃烧条件能够得到保证。通过增加窑尾排风机的风量、减小篦冷机一室的鼓风量等操作方法使窑头罩负压值增加，反之亦然。但不能随意调整窑头排风机的风量，否则会影响入窑二次风量及入炉三次风量，影响窑炉内煤粉的燃烧。窑头罩正压过高时，热烟气及粉尘向外溢出，增加能耗、污染环境，不利于人身安全。窑头罩负压过大时，增加窑的漏风量，窑内容易产生还原气氛。

窑头罩的温度就是二次风的温度，其值稳定在≥1 150℃时，说明熟料的急冷效果比较理想，入窑煤粉的燃烧条件和传热条件比较理想，这时适当增加用煤量，可以取得事半功倍的燃烧效果。

稳定窑头罩的负压和温度，就能稳定煤粉的燃烧条件和传热条件，就能稳定窑的热工制度，避免窑内产生结圈、预热器发生结皮与堵塞等工艺故障，实现“优质、高产、低耗、环保”的最佳生产效果。