RSP預(yù)分解窯生產(chǎn)線改造設(shè)計(jì)

　　東北某地區(qū)HS公司上世紀(jì)九十年代建成一條1000t/dRSP預(yù)分解窯水泥熟料生產(chǎn)線，投產(chǎn)后生產(chǎn)狀況始終不穩(wěn)定，產(chǎn)量低，能耗高，飛灰大，污染嚴(yán)重。2002年對(duì)該生產(chǎn)線進(jìn)行技術(shù)改造，經(jīng)過技術(shù)改造，效果十分明顯，產(chǎn)量提高近50%。其他指標(biāo)均達(dá)到設(shè)計(jì)要求。本文針對(duì)改造情況作理論分析和具體改造措施的介紹。
　　1、改造前設(shè)備配套及存在的主要問題
　　HS公司1000t/dRSP預(yù)分解窯生產(chǎn)線主要設(shè)備及性能參數(shù)見表（1）。應(yīng)用先進(jìn)的窯外分解技術(shù)對(duì)該生產(chǎn)線進(jìn)行全面的熱工診斷，項(xiàng)目包括主要設(shè)備能力，原料，煤粉及熟料化學(xué)成分，煤粉的工業(yè)分析，各部煙氣成分，壓力，溫度，風(fēng)速以及系統(tǒng)平衡中主要支出熱等。找出主要問題如下：
（1）整個(gè)系統(tǒng)漏風(fēng)偏大。
（2）熟料產(chǎn)量始終在800～900t/d之間波動(dòng)，沒達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)。
（3）C1級(jí)筒出口溫度偏高（400℃），負(fù)壓偏大（5900～6200Pa）。
（4）三次風(fēng)溫度偏低，入口溫度在600℃左右。
（5）C1級(jí)筒分離效率差，出口飛灰量大。
2、對(duì)存在問題的理論分析
　　用熱工診斷和熱平衡計(jì)算，對(duì)該生產(chǎn)線預(yù)分解系統(tǒng)各部位的風(fēng)速及有關(guān)參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，見表（2）。認(rèn)真分析表（2）的各部位參數(shù)，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)該預(yù)分解系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上存在一些缺陷。
　?。?）預(yù)熱器C2～C5級(jí)旋風(fēng)筒截面風(fēng)速低。經(jīng)熱工診斷計(jì)算，C2～C5級(jí)旋風(fēng)筒截面風(fēng)速在5.58～5.6m/s之間，（C1級(jí)旋風(fēng)筒截面風(fēng)速約為3.95m/s）早期設(shè)計(jì)的旋風(fēng)筒截面風(fēng)速均為4～5m/s。旋風(fēng)筒截面風(fēng)速低，有利于降低系統(tǒng)阻力，延長(zhǎng)氣料停留時(shí)間。但風(fēng)速小氣體攜帶物料的能力弱，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(jí)旋風(fēng)筒里，影響了物料的分解。大量實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證C2～C5級(jí)旋風(fēng)筒的設(shè)計(jì)截面風(fēng)速一般取6～7m/s，大于7m/s則系統(tǒng)阻力增大。從分離效率考慮，C1級(jí)要提高分離效率達(dá)95%，增加粉塵在旋風(fēng)筒中沉降時(shí)間，故取C1級(jí)旋風(fēng)筒設(shè)計(jì)風(fēng)速在3～4m/s。
　?。?）分解爐MC室截面風(fēng)速低。RSP預(yù)分解系統(tǒng)分解爐由預(yù)燃室SC和混合室MC組成。該系統(tǒng)混合室MC室截面風(fēng)速在5.85m/s，分解爐截面風(fēng)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)在新開發(fā)的各種形式的分解爐都有縮小爐徑，增加爐體高度或延長(zhǎng)出風(fēng)管長(zhǎng)度的趨勢(shì)。所以在保證爐容的前提下，應(yīng)適當(dāng)提高爐內(nèi)風(fēng)速，一般MC室截面風(fēng)速在6～10m/s范圍。最新設(shè)計(jì)的RSP預(yù)分解系統(tǒng)取MC室截面風(fēng)速在8～12m/s。
　?。?）C1級(jí)旋風(fēng)筒入口風(fēng)速大，達(dá)到24m/s。在一定范圍內(nèi)提高進(jìn)風(fēng)口風(fēng)速會(huì)提高分離效率，但風(fēng)速過高，會(huì)引起粉塵二次飛揚(yáng)加劇，分離效率反而降低。許多實(shí)驗(yàn)表明，在實(shí)際生產(chǎn)中進(jìn)風(fēng)口風(fēng)速對(duì)壓損的影響遠(yuǎn)大于對(duì)分離效率的影響，因此在不明顯影響分離效率和進(jìn)口不致于產(chǎn)生過多物料沉積的前提下，適當(dāng)降低進(jìn)風(fēng)口風(fēng)速，可作為有效降阻措施之一。C1級(jí)筒入風(fēng)口風(fēng)速達(dá)到24m/s既增大系統(tǒng)阻力，又降低了收塵效率，引起C1級(jí)筒出口飛灰嚴(yán)重。通過冷模實(shí)驗(yàn)，一般旋風(fēng)筒入風(fēng)口風(fēng)速取17～20m/s為宜。
　?。?）旋風(fēng)筒出風(fēng)口風(fēng)速高，風(fēng)速達(dá)到20.71m/s。出風(fēng)口風(fēng)速高，導(dǎo)致旋風(fēng)筒阻力增大，對(duì)于大蝸殼旋風(fēng)筒，既在相同斷面風(fēng)速的情況下，其出風(fēng)口風(fēng)速低，從而能很好地降低旋風(fēng)筒的阻力，也為其增大內(nèi)筒提供可能，一般經(jīng)驗(yàn)，旋風(fēng)筒出口風(fēng)速在13～14m/s范圍。
　　（5）旋風(fēng)筒內(nèi)筒直徑小。C2～C5級(jí)旋風(fēng)筒內(nèi)筒直徑與旋風(fēng)筒有效直徑之比為0.5～0.52，（C1級(jí)為0.46）。實(shí)踐證明：內(nèi)筒直徑小，系統(tǒng)阻力增大，影響旋風(fēng)筒的分離效率。降低旋風(fēng)筒阻力的有效措施就是增大內(nèi)筒直徑，縮短內(nèi)筒插入深度。當(dāng)前新建生產(chǎn)線設(shè)計(jì)的內(nèi)筒，其直徑與旋風(fēng)筒有效直徑之比已提高到0.6～0.7。
　?。?）旋風(fēng)筒內(nèi)筒高度設(shè)計(jì)不合理。旋風(fēng)筒內(nèi)筒高度與進(jìn)風(fēng)口高度之比；C1=0.81，C2～C3=0.44，C4～C5=0.5。從降低系統(tǒng)阻力的角度出發(fā)，內(nèi)筒插入深度淺一些為好，但C1筒是生料入口處，此處溫度低，生料入C1筒后易產(chǎn)生飛灰，再加上入風(fēng)口風(fēng)速高達(dá)24m/s，導(dǎo)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(jí)筒出口的飛灰量，提高分離效率。所以C1級(jí)筒內(nèi)筒高度不能小，現(xiàn)在設(shè)計(jì)上，一般取C1級(jí)筒內(nèi)筒高度與C1級(jí)筒進(jìn)風(fēng)口高度之比在1.4～1.8范圍。從降低系統(tǒng)阻力出發(fā)要求C2～C5級(jí)筒內(nèi)筒高度與其進(jìn)風(fēng)口高度之比逐級(jí)縮小，C2=0.6，C3=0.5，C4=0.4，C5=0.3。丹麥?zhǔn)访芩构驹贑5級(jí)筒上取0.24，其目的是盡量縮短最下一級(jí)內(nèi)筒高度，減少燒損的可能性以及更換方便，進(jìn)而提高系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)率。
　　（7）分解爐MC混合室底部縮口尺寸為0.9m×0.9m，風(fēng)速達(dá)到38.14m/s，風(fēng)速過高。MC室直徑φ4.3m，高度13m，爐容188m3，單位產(chǎn)量為4.58t/m3h，趨于規(guī)范4～6t/m3h的下限，爐容略小。
　　（8）三次風(fēng)管從篦冷機(jī)上殼體上抽取熱風(fēng)，由于篦冷機(jī)冷卻效果不好，三次風(fēng)溫度低，熱風(fēng)經(jīng)過三次風(fēng)管進(jìn)入SC室，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，從而影響了MC室生料的分解率。另外，三次風(fēng)管V型布置，在管路最低點(diǎn)易積料，堵料，影響管路的正常通風(fēng)。
　?。?）回轉(zhuǎn)窯下料豎井口截面尺寸?。ㄩL(zhǎng)×寬=2.61m×2.3m），風(fēng)速過高（9.35m/s），窯頭罩截面尺寸小（長(zhǎng)×寬=3.9m×2.3m），風(fēng)速過高（6.327m/s）。下料豎井口和窯頭罩尺寸大小影響此處氣流的通過能力，風(fēng)速過高，增加窯頭罩的阻力，影響冷卻機(jī)的效率，影響二次風(fēng)溫。以一般經(jīng)驗(yàn)下料口豎井口和窯頭罩設(shè)計(jì)截面風(fēng)速取3～4m/s為宜。
通過上述理論分析得出結(jié)論：該生產(chǎn)線預(yù)分解系統(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。
3、技術(shù)改造原則及目標(biāo)
　　結(jié)合HS公司的實(shí)際情況，確定技術(shù)改造原則：
　?。?）最大限度利用原有設(shè)備和預(yù)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。
　　經(jīng)過熱工標(biāo)定和理論計(jì)算，確定技術(shù)改造目標(biāo)：
　?。?）系統(tǒng)產(chǎn)量按1500t/d設(shè)計(jì)；
　?。?）燒成系統(tǒng)熱耗小于3344kj/kg。
4、技改措施及特點(diǎn)
　?。?）C1級(jí)旋風(fēng)筒直徑擴(kuò)大。經(jīng)核算確認(rèn)C2～C5級(jí)旋風(fēng)筒能滿足改造后的目標(biāo)要求，故直徑不變化。為減少預(yù)熱器飛灰損失，提高系統(tǒng)分離效率，將C1級(jí)旋風(fēng)筒直徑擴(kuò)大。由原直徑φ3.1m擴(kuò)大到直徑φ3.7m。C1級(jí)旋風(fēng)筒截面風(fēng)速達(dá)到3.49m/s。C2～C5旋風(fēng)筒截面風(fēng)速提高到6～7m/s。
　?。?）內(nèi)筒直徑擴(kuò)大。改造后內(nèi)筒直徑：C1=φ1.736m，C2=φ2.484m，C3=φ2.621m，C4=φ2.701m，C5=φ2.770m。原系統(tǒng)內(nèi)筒直徑小，系統(tǒng)阻力大，改造后C2～C5級(jí)旋風(fēng)筒直徑?jīng)]變，而內(nèi)筒直徑均擴(kuò)大，這樣有利于降低系統(tǒng)阻力，內(nèi)筒直徑與旋風(fēng)筒有效直徑之比：C1=0.46，C2=.0.60，C3=0.63，C4=0.66，C5=0.62。經(jīng)過內(nèi)筒的風(fēng)速為15～18m/s。
　　（3）內(nèi)筒高度進(jìn)行變化。改造后內(nèi)筒高度進(jìn)行調(diào)整。內(nèi)筒高度與進(jìn)風(fēng)口高度之比：C1=1.8，C2=0.6，C3=0.5，C4=0.4，C5=0.27。C1級(jí)旋風(fēng)筒內(nèi)筒高度的加大，可以減輕粉塵的二次飛揚(yáng)，提高C1級(jí)筒的收塵效率。
　?。?）旋風(fēng)筒入風(fēng)口和出風(fēng)口均有所擴(kuò)大。原系統(tǒng)的旋風(fēng)筒入風(fēng)口和出風(fēng)口由于風(fēng)速較高，風(fēng)口較小，加大了系統(tǒng)的阻力。本次改造在滿足風(fēng)量通過的條件下，適當(dāng)降低了風(fēng)速。入風(fēng)口風(fēng)速在19m/s，出風(fēng)口風(fēng)速在13.5m/s。另外出風(fēng)口的加大也為內(nèi)筒直徑的擴(kuò)大提供了條件。入風(fēng)口截面積改造前后對(duì)比見表（3）。出風(fēng)口直徑與旋風(fēng)筒有效直徑之比：C1=0.66，C2=0.64，C3=0.72，C4=0.70，C5=0.72。
　　（5）各級(jí)旋風(fēng)筒下料管直徑擴(kuò)大。系統(tǒng)改造后，產(chǎn)量大幅度提高，原下料管直徑已不適應(yīng)，其直徑需擴(kuò)大。下料管有效內(nèi)徑可按下列關(guān)系式確定：
dx=0.00192M0.5 （1）
dx1=[（dx）2/2]0.5 （2）
式中：dx———C2～C5級(jí)下料管有效直徑，m；M———物料流量，kg/h；dx1———C1級(jí)下料管有效直徑，m。
在更換下料管的同時(shí)，換上了新式的鎖風(fēng)閥，加強(qiáng)密封，防止漏風(fēng)。另外改造原撒料裝置，保證系統(tǒng)下料順暢。
　?。?）分解爐改造。改造RSP分解爐，拆除原SC室，利用原MC室筒體改為管道式分解爐，爐的直徑不變，經(jīng)計(jì)算產(chǎn)量達(dá)到1500t/d以后，分解爐的爐容應(yīng)大于260m3。為此在分解爐出風(fēng)口至C5級(jí)旋風(fēng)筒之間增設(shè)鵝頸管。鵝頸管的尺寸為φ3.1m×31m，使分解爐的爐容由原188m3變?yōu)?22m3。鵝頸管的設(shè)置，增大爐容，擴(kuò)大分解區(qū)域，延長(zhǎng)物料的停留時(shí)間，有利于氣料的混合換熱，提高物料分解率。爐出口向下的連接風(fēng)管從結(jié)構(gòu)上降低了窯尾框架的高度。三次風(fēng)管設(shè)在分解爐的底部錐體上部，切向入風(fēng)。C4筒下料點(diǎn)設(shè)在三次風(fēng)管入口處，使物料隨同三次風(fēng)一起入爐。噴煤管由原在SC室上部噴煤，改為在三次風(fēng)管入口處上部噴煤，噴煤點(diǎn)為兩處，對(duì)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×1.11m。縮口處風(fēng)速達(dá)到32.82m/s，分解爐截面風(fēng)速達(dá)7.56m/s，出風(fēng)管風(fēng)速達(dá)到14.5m/s。燃料在分解爐內(nèi)燃盡時(shí)間為2.3937秒。由于爐容的擴(kuò)大，保證了燃料在分解爐內(nèi)完全燃燒。
　　（7）原三次風(fēng)管拆除，換上水平布置的三次風(fēng)管，并在窯頭罩上抽取三次風(fēng)，三次風(fēng)溫提高，三次風(fēng)管的有效內(nèi)徑為φ1577mm，管內(nèi)風(fēng)速達(dá)到19～20m/s。并在三次風(fēng)管上安裝了手動(dòng)調(diào)節(jié)閥，調(diào)節(jié)風(fēng)量。
　?。?）回轉(zhuǎn)窯下料豎井口截面尺寸擴(kuò)大，尺寸為6.4m×2.96m，窯頭罩換上偏心大窯頭罩，窯頭罩截面尺寸為6.4m×3.77m。這樣使窯頭罩內(nèi)風(fēng)速變小，有利于減少阻力，增加氣流通過能力，提高二，三次風(fēng)溫，窯頭罩內(nèi)截面風(fēng)速為3.5m/s。
　?。?）回轉(zhuǎn)窯尺寸不變，由于產(chǎn)量的提高，回轉(zhuǎn)窯傳動(dòng)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。
　　（10）預(yù)熱器后部廢氣處理系統(tǒng)的連接管路的直徑均有所擴(kuò)大，以便降低系統(tǒng)的阻力，管路內(nèi)的風(fēng)速達(dá)到15m/s。
　　（11）增濕塔直徑不變，在高度上增加5.5m，增濕塔容積擴(kuò)大，延長(zhǎng)了煙氣在其內(nèi)部的停留時(shí)間，降低煙氣溫度。煙氣在增濕塔內(nèi)的行走速度為1.94m/s。
　?。?2）在喂料系統(tǒng)中，擴(kuò)大原下料管直徑，新增加雙板鎖風(fēng)閥，防止下料產(chǎn)生飛灰。
　　（13）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(fēng)機(jī)更換，風(fēng)量增大。入爐的輸煤管尺寸按下列公式確定：
φ1=0.0188（Vf/20）0.5 （3）
φ2=0.0188（Vf/20x2）0.5 （4）
式中：φ1———分解爐輸煤管直徑，m；Vf———入分解爐一次風(fēng)量，m3/h；φ2———分解爐噴煤嘴直徑，m。
按公式計(jì)算，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(diǎn)噴煤，對(duì)稱布置。
　?。?4）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(yīng)，故建議將生料的細(xì)度放粗，生料產(chǎn)量提高到100t/h。同時(shí)要求啟用立磨熱風(fēng)爐，以保證烘干物料所用的熱風(fēng)量。
　?。?5）原篦冷機(jī)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(shù)進(jìn)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(fēng)機(jī)數(shù)量，在篦床兩側(cè)供風(fēng)，依據(jù)下料規(guī)律的變化，調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)風(fēng)量。改造后的篦冷機(jī)冷卻效果明顯改善，二、三次風(fēng)溫提高，完全適應(yīng)系統(tǒng)改造后產(chǎn)量的變化。
　?。?6）經(jīng)過設(shè)計(jì)核算，原系統(tǒng)的高溫風(fēng)機(jī)，電收塵器，電收塵風(fēng)機(jī)，篦冷機(jī)余風(fēng)風(fēng)機(jī)，篦冷機(jī)收塵器等設(shè)備完全能滿足系統(tǒng)改造后的產(chǎn)量變化，故不用變化。改造后系統(tǒng)的主要設(shè)備及參數(shù)見表（4）。
5 結(jié)束語
　　改造后，該生產(chǎn)線產(chǎn)量最高達(dá)到1600t/d，平均產(chǎn)量在1400t/d，系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)率高，產(chǎn)品質(zhì)量改善，生產(chǎn)操作控制更加可靠，取得了明顯的經(jīng)濟(jì)效益。 摘自《國際建材設(shè)備》