1 、前言

　　窯外預分解技術于1971年在日本問世以來，由于經(jīng)濟效果顯著，特別是產(chǎn)量成倍提高，能耗大幅度下降，引起世界的關注。目前，世界水泥熟料煅燒工藝均采用窯外預分解水泥熟料煅燒工藝。新型干法窯外分解水泥生產(chǎn)技術是當今國際上最先進的水泥生產(chǎn)技術，我國對窯外分解技術的研究始于80年代以后，由于當時對窯外分解技術的研究剛剛起步，受技術水平和設計經(jīng)驗等因素制約，所以當時建成的一批中小規(guī)模的預分解窯生產(chǎn)線，投產(chǎn)后長期不能達產(chǎn)達標，技術經(jīng)濟指標較差，經(jīng)濟效益低下。我公司自主開發(fā)的“新型干法窯外分解系統(tǒng)（RSF）”技術（包括新型預熱器，分解爐，篦冷機等），利用原燒成系統(tǒng)土建框架結構對落后的預分解窯生產(chǎn)線進行全面技術改造，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。我公司應用“RSF”技術已經(jīng)改造完成的預分解窯生產(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)量不能達到設計指標。HS公司委托我公司對其1000t/d預分解窯生產(chǎn)線進行技術改造，我公司應用“RSF”技術對該生產(chǎn)線進行全面的熱工診斷和熱工平衡計算，經(jīng)過認真分析，找出問題結癥，并提出改造方案。經(jīng)過改造該生產(chǎn)線產(chǎn)量最高達到1500t/d，平均產(chǎn)量達到1380t/d，系統(tǒng)運轉(zhuǎn)率高，產(chǎn)品質(zhì)量改善，生產(chǎn)操作控制更加可靠，經(jīng)濟效益十分明顯。

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

　　HS公司1000t/d預分解窯生產(chǎn)線是由我國某建材設計院設計，預分解系統(tǒng)為五級預熱器和RSP分解爐，生產(chǎn)線主要設備及性能參數(shù)見表1。我公司應用“RSF”技術對該生產(chǎn)線進行全面的熱工診斷，項目包括：主要設備能力，原料，煤粉及熟料的化學成分，煤粉的工業(yè)分析，各部煙氣成分，壓力，溫度，風速以及系統(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)漏風偏大；
　　b) 熟料產(chǎn)量始終在800—900t/d之間波動，沒達到設計指標；
　　c) C1筒出口溫度偏高（＞400℃），負壓偏大（5900—6200Pa）； 
　　d) 三次風管風溫偏低，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預分解窯生產(chǎn)線預分解系統(tǒng)各部位的風速及有關參數(shù)進行統(tǒng)計，見表2。認真分析表2的各部位的參數(shù)，我們會發(fā)現(xiàn)該預分解系統(tǒng)在結構設計上存在一些問題。

　?。?）預熱器C2—C5級旋風筒截面風速低。熱工診斷計算，C2—C5級旋風筒截面風速在5.58—5.6m/s之間。早期設計的旋風筒截面風速均為4—5m/s。旋風筒截面風速低，有利于降低系統(tǒng)阻力，延長氣料停留時間，但風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筒里，影響了物料的分解。現(xiàn)在旋風筒的設計截面風速一般取6—7m/s。

　?。?）旋風筒內(nèi)筒直徑小。C2——C5級旋風筒內(nèi)筒直徑與旋風筒有效直徑之比為0.5—0.52。實踐證明：內(nèi)筒直徑小，系統(tǒng)阻力增大影響旋風筒的分離效率，降低旋風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，國外公司設計的旋風筒內(nèi)筒直徑與旋風筒有效直徑之比現(xiàn)已提高到0.6—0.7。

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

　　（4）C1級旋風筒內(nèi)筒高度小，插入深度淺。C1級筒內(nèi)筒高度與C1級筒進風口高度之比為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，加上入風口風速高達24m/s，導致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，在設計上，一般取C1級內(nèi)筒高度與C1級筒進風口高度之比為1.8左右。

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

　　（6）三次風管從篦冷機上殼體上抽取熱風，由于篦冷機冷卻效果不好，熱效率低，故進入三次風管的氣體溫度低，氣體通過三次風管進入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。另外三次風管V型布置，在管路最低點易積料，堵料，影響管路的正常通風。

　　（7）分解爐風速低，截面風速為5.85m/s。分解爐截面風速低，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管長度的趨勢，所以在保證爐容的前提下，應適當提高爐內(nèi)風速。一般RSP分解爐截面風速在6—10m/s范圍。

　?。?）窯頭豎井截面尺寸?。ㄩL×寬=2.61m×2.3m），風速過高（9.35m/s），窯頭罩截面尺寸?。ㄩL×寬=3.9m×2.3m），風速過高（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，風速過高，增加窯頭罩的阻力，影響冷卻機的效率，影響二次風溫，一般經(jīng)驗窯頭豎井和窯頭罩內(nèi)的截面風速取3—4m/s為宜。

　　通過上述理論分析得出結論：原HS公司1000t/d預分解窯生產(chǎn)線預分解系統(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

　　4.1  技改原則

　　結合HS公司的實際情況，通過雙方協(xié)商確定技改原則如下：
　?。?） 最大限度利用原有設備和預熱器框架；
　?。?） 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

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

　　5、技改方案及特點

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

　?。?）內(nèi)筒直徑擴大。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級旋風筒直徑?jīng)]變，而內(nèi)筒直徑均擴大，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，提高C1級筒的收塵效率。

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

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

　　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，換上了新式的鎖風閥，加強密封，防止漏風。另外改造原撒料裝置，保證系統(tǒng)下料順暢。

　?。?）分解爐進行重點改造。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，在分解爐出風口至C5級旋風筒之間增設鵝頸管。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動，擴大分解區(qū)域，延長物料的停留時間，爐出口向下布置的連接風管從結構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。三次風管設在分解爐的底部錐體上部，切向入風，C4級下料點設在三次風管入口處使物料隨同三次風一起入爐。噴煤管由原在SC室上部噴煤改為在三次風管入口處上部噴煤，噴煤點為兩處，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。

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

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

　　（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。

　?。?）預熱器后部廢氣處理系統(tǒng)的連接管路的直徑均有所擴大，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，擴大原下料管直徑，新增加雙板鎖風閥，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，風機更換，風量增大。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，兩點噴煤，對稱布置。

　　（13）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量，故建議將生料的細度放粗，生料產(chǎn)量提高到100t/h。同時要求立磨熱風爐必須啟用，以保證烘干物料所用的熱風量。

　　（14）原篦冷機是屬于第二代產(chǎn)品，缺陷較多，不能滿足系統(tǒng)改造后的需要，故用充氣梁技術進行改造。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，增加風機數(shù)量，在篦床兩側供風，依據(jù)下料規(guī)律的變化，調(diào)節(jié)風機風量。改造后的篦冷機冷卻效果明顯改善，二，三次風溫提高，完全適應系統(tǒng)改造后產(chǎn)量的變化。

　　6、結論

　　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)量達到1500t/d，燒成系統(tǒng)熱耗達到設計指標。改造后系統(tǒng)主要設備及參數(shù)見表3。實踐證明：用RSF技術改造落后的預分解窯生產(chǎn)線是非常成功的。  

改造前HS公司1000t/d預分解窯生產(chǎn)線主機設備及參數(shù) 

熱工平衡計算預分解系統(tǒng)各部風速及參數(shù)統(tǒng)計