HFC2500t/d預(yù)熱器分解爐系統(tǒng)裝備的設(shè)計(jì)

1 前言
    水泥工業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)中的重要的原材料行業(yè)，在國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中占有重要的地位和作用。由于受宏觀經(jīng)濟(jì)持續(xù)快速增長(zhǎng)的影響，全社會(huì)固定投資的拉動(dòng)，從上個(gè)世紀(jì)80年代開始，我國水泥工業(yè)顯現(xiàn)強(qiáng)烈的發(fā)展勢(shì)頭，水泥產(chǎn)量年平均增速高于同期國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度。2003年水泥產(chǎn)量達(dá)到8.63億噸，比2002年產(chǎn)量增加1.38億噸，增幅為18.9%。 我國水泥產(chǎn)品產(chǎn)量從1985年起已連續(xù)19年居世界第一位。水泥產(chǎn)品的產(chǎn)銷率始終保持在97~98%的較高水平。從上個(gè)世紀(jì)90年代，建材行業(yè)提出“由大變強(qiáng) 靠新出強(qiáng)”的戰(zhàn)略方針和水泥工業(yè)“控制總量 調(diào)整結(jié)構(gòu)”，“降低投資、設(shè)備國產(chǎn)、優(yōu)化設(shè)計(jì)、強(qiáng)化管理大力發(fā)展新型干法水泥”的一系列的方針政策，近年來，我院也為新型干法水泥生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展做出了巨大貢獻(xiàn)。因此，本文將對(duì)我院設(shè)計(jì)的HFC2500t/d預(yù)熱器分解爐系統(tǒng)裝備的特點(diǎn)等作一概述。
2 預(yù)熱器的設(shè)計(jì)
    預(yù)熱器是根據(jù)生料粉與窯尾熱煙氣作同流熱交換的流程而設(shè)計(jì)，其采用了5級(jí)旋風(fēng)預(yù)熱器，第1級(jí)為雙旋風(fēng)筒，其余各級(jí)為單旋風(fēng)筒。工藝流程是生料粉喂入第2級(jí)旋風(fēng)筒的氣體出口管道，之后通過第1級(jí)旋風(fēng)筒→第2級(jí)旋風(fēng)筒→第3級(jí)旋風(fēng)筒→第4級(jí)旋風(fēng)筒→分解爐→第5級(jí)旋風(fēng)筒，最終進(jìn)入回轉(zhuǎn)窯內(nèi)煅燒。
旋風(fēng)預(yù)熱器集分散、換熱和分離功能于一體，生料粉在旋風(fēng)筒氣體出口管道內(nèi)被熱煙氣分散，同時(shí)進(jìn)行熱交換，被熱煙氣攜帶進(jìn)入旋風(fēng)筒后，生料粉與熱煙氣分離，同時(shí)也進(jìn)行熱交換。
    我院設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)中采取了有效措施，使生料粉在旋風(fēng)筒氣體出口管道內(nèi)充分分散并停留足夠的時(shí)間。旋風(fēng)筒的設(shè)計(jì)遵循高分離效率、低氣體阻力的原則，使整個(gè)預(yù)熱器分解系統(tǒng)達(dá)到高產(chǎn)量、低能耗。主要設(shè)計(jì)指標(biāo)為：（1）熟料產(chǎn)量：設(shè)計(jì)2500t/d，最大2800t/d；（2）煤質(zhì)：普通煙煤Vad≥22%，Qnet.ad≥5000×4.1816kJ/kg；（3）原料：適中的原料易燒性，較低有害成分；（4）熱耗：740kcal/kg熟料；（5）海拔高度：<500m。旋風(fēng)筒主要技術(shù)參數(shù)、旋風(fēng)筒出口管道、分解爐及鵝頸管主要技術(shù)參數(shù)見表1、表2。
                              表1 旋風(fēng)筒主要技術(shù)數(shù)據(jù)
                 

                  殼體內(nèi)徑mm      有效內(nèi)徑mm     斷面風(fēng)速m/s      停留時(shí)間
     C2出口管道     Φ3450            Φ3070         15.6            0.69
     C3出口管道     Φ3850            Φ3350         16.0            0.50
     C4出口管道     Φ3950            Φ3450         16.4            0.55
     C5出口管道     Φ4100            Φ3600         15.6            0.62
      分解爐        Φ6000            Φ5500          6.9            3.19
      鵝頸管        Φ4000            Φ3500         17．5           1.89
           
                 表2  出口管道、分解爐及鵝頸管主要技術(shù)參數(shù)

                       殼體內(nèi)徑mm     有效內(nèi)徑mm     斷面風(fēng)速m/s 
              C1        2-Φ4700       2-Φ4320          3.6 
              C2         Φ6600         Φ6100           4.5 
              C3         Φ6800         Φ6300           4.6 
              C4         Φ6800         Φ6300           5.0 
              C5         Φ7000         Φ6500           4.9 

    旋風(fēng)筒的設(shè)計(jì)采用帶環(huán)狀進(jìn)氣室的270°斜蝸殼，在引如氣流徑向厚度減薄，生料顆粒移向筒壁的路程短，而距出口遠(yuǎn)，從而縮短分離距離，避免短路。同時(shí)氣流由蝸殼式流線型引入，減少了筒內(nèi)干擾和碰撞，而且能形成較大的離心力，有效地提高收塵效率，而斜蝸殼結(jié)構(gòu)可以有效減小氣體阻力，克服傳統(tǒng)蝸殼式旋風(fēng)筒氣體阻力偏大的缺點(diǎn)。
    在此基礎(chǔ)上我們又進(jìn)一步優(yōu)化，旋風(fēng)筒進(jìn)口采用5邊形結(jié)構(gòu)，使內(nèi)部流場(chǎng)更合理，既有利于提高分離效率，又能降低氣體阻力；減小第2、3、4級(jí)旋風(fēng)筒直筒部分的高度，從而使旋風(fēng)筒的氣體阻力進(jìn)一步減小同時(shí)降低預(yù)熱器框架的高度。
    第1級(jí)旋風(fēng)筒采用雙旋風(fēng)筒，直筒部分較長(zhǎng)，斷面風(fēng)速較低，其分離效率達(dá)到95%以上，可以有效減少料耗和收塵系統(tǒng)負(fù)荷。第2、3、4級(jí)分離效率為90%，既保證了較高的分離效率又降低氣體阻力。第5級(jí)旋風(fēng)筒直筒部分較長(zhǎng)，分離效率達(dá)到93%，可以有效減少高溫物料的再循環(huán)，降低第1級(jí)旋風(fēng)筒出口溫度同時(shí)減少氣體阻力。為了便于安裝和維修，旋風(fēng)筒內(nèi)筒設(shè)計(jì)采用掛瓦式結(jié)構(gòu)。
2.1旋風(fēng)筒出口管道設(shè)計(jì)特點(diǎn)
    眾多資料顯示，生料粉與熱煙氣80%左右熱交換是在旋風(fēng)筒氣體出口管道內(nèi)完成的。為了防止大塊生料難以分散，在進(jìn)料管的下方設(shè)置了撒料裝置，使生料粉在熱煙氣中充分分散、混合。同時(shí)，每一級(jí)出口管道高度都進(jìn)行了精確計(jì)算，既不增加預(yù)熱器框架的高度又保證足夠的換熱時(shí)間，達(dá)到了良好的換熱效果。
3 分解爐設(shè)計(jì)
　  目前國內(nèi)2500t/d生產(chǎn)線采用的分解爐類型有十幾種之多，結(jié)構(gòu)形式多樣，各有特點(diǎn)，但其功能基本相同，這些分解爐大多數(shù)能夠達(dá)到生產(chǎn)要求。我們考察了多條生產(chǎn)線，對(duì)天津院TDF分解爐、南京院NC管道分解爐進(jìn)行了調(diào)研分析，結(jié)合我院多年研究開發(fā)各種分解爐的經(jīng)驗(yàn)，決定采用帶鵝頸管式在線分解爐，簡(jiǎn)稱HFC分解爐。
    HFC分解爐具有大爐容、雙噴騰效應(yīng)、氣體阻力低、流場(chǎng)分布均勻、熱交換效果好、生料停留時(shí)間長(zhǎng)、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。
    在設(shè)計(jì)中，第4級(jí)筒入分解爐設(shè)置耐火混凝土撒料臺(tái)，使生料入爐分散均勻，燃煤溫度分布均勻，以提高熱交換效果，進(jìn)一步提高分解爐單位容積效率。
    從煤粉燃燒的機(jī)理分析，其燃燒速度和燃盡率與氣體含氧量、燃燒區(qū)域溫度、煤粉與助燃?xì)怏w混合速度有關(guān)。設(shè)計(jì)中采用二點(diǎn)喂煤，噴口采用旋流器，使煤粉入爐后與高溫氣體充分混合。降低三次風(fēng)管，從下錐體入爐，提高該區(qū)域溫度及含氧量，以提高燃燒效率及對(duì)煤種的適應(yīng)性。
4 小結(jié)
    我們認(rèn)為HFC爐在線布置形式，能充分利用窯尾廢氣及三次風(fēng)，點(diǎn)火升溫容易，熱態(tài)運(yùn)行穩(wěn)定，而無離線爐塌料對(duì)周邊環(huán)境的影響。在我院設(shè)計(jì)的各條生產(chǎn)線上的運(yùn)行已證明是正確、可靠、可行的。