水泥廠原料烘干工藝系統(tǒng)的優(yōu)化

1 采用順流工藝、改造和淘汰逆流工藝

逆流烘干工藝仍是目前一些廠采用的烘干工藝形式，見圖 1 ，

圖 1 回轉(zhuǎn)式烘干機(jī)逆流工藝

逆流烘干工藝操作簡單、出機(jī)含塵濃度低，便于收塵，但由于以下方面的不足，制約生產(chǎn)的現(xiàn)象十分突出。

1.1 不易密封，粘堵現(xiàn)象嚴(yán)重

烘干工程中，煙氣流動的動力是通過引風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的負(fù)壓梯度形成的。由于逆流烘干系統(tǒng)進(jìn)料口和尾氣出風(fēng)口、出料口和熱風(fēng)進(jìn)口為分別為同一處，造成漏風(fēng)嚴(yán)重，系統(tǒng)不能形成穩(wěn)定的負(fù)壓環(huán)境，引風(fēng)機(jī)不能形成足夠的負(fù)壓動力，導(dǎo)致熱風(fēng)爐的熱煙氣很難最大限度地進(jìn)入烘干機(jī)參與烘干作業(yè)；另一方面，逆流 烘干 物料在低溫段時的含水量最高，物料在蠕動過程中表面被烘拷至結(jié)殼的時間長，相互粘結(jié)強(qiáng)烈，運(yùn)動不流暢，連續(xù)性喂料時容易造成堵料。

1.2 物料與熱煙氣的接觸方式，有可能改變物料物化性能

烘干物料的入機(jī)水分最大，出機(jī)水分最低；而逆流烘干工藝的溫度走向是在物料含水率最高時溫度最低，在含水率最低時溫度最高，即物料處于高溫段時，內(nèi)部水份低，蒸發(fā)強(qiáng)度低，接近焙燒狀態(tài)。因此，物料的某些物化性能（活性、晶體結(jié)構(gòu)等）容易改變。同時也徒然增大了物料的熱耗，烘干能耗較大。

而順流工藝正好避免了上述情況，溫度走向順應(yīng)了物料水分由高到低的烘干要求，且工藝簡單、通暢，烘干效率相對較高。

2 使用回轉(zhuǎn)式烘干系統(tǒng)

立式烘干機(jī)是基于五六十年代的干燥塔發(fā)展起來的，雖比回轉(zhuǎn)式烘干機(jī)占地面積小、構(gòu)造簡單、投資省，但使用中也存在以下不足之處。

• 工藝結(jié)構(gòu)限制

立式烘干機(jī)的是利用重力原理，將物料從高處落下讓熱煙氣在引風(fēng)機(jī)的帶領(lǐng)下，在由下而上過程中與物料進(jìn)行接觸烘干，其結(jié)構(gòu)決定了 烘干 工藝必然是逆流形式。因此物料必須由上部進(jìn)入，從下部排出，見圖 2 。

圖 2 立式烘干機(jī)工藝

在物料水分較高的情況下，設(shè)備粘堵極為嚴(yán)重，輸送、喂料均非常不方便。尤其在烘干礦渣時易使料溫急劇升高，導(dǎo)致其活性下降。

2.2 設(shè)備結(jié)構(gòu)的限制

立式烘干機(jī)的物料下落類似于自由落體運(yùn)動，遵循重力加速度原則。例如從 500m 高度垂直落下的時間只需 10s 。立式烘干高度一般在 16 ～ 25m 左右，烘干機(jī)內(nèi)雖然設(shè)有撒料盤、錐形斗等阻料裝置，以使物料在下落過程中受到阻力作用，而延長在機(jī)內(nèi)的停留時間，但畢竟有限。在絕大部分時間里，物料都不是與熱介質(zhì)直接接觸，而是在這些阻料裝置表面通過傳導(dǎo)方式接觸，因而烘干效果較差，如圖 3 所示。

圖 3 立式烘干機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)

2.3 阻風(fēng)嚴(yán)重，熱交換較差

阻料裝置雖起緩料的作用，但通風(fēng)阻力也隨之增大，為緩解這種矛盾，多數(shù)是在其上面開設(shè)一些小孔。但實(shí)際生產(chǎn)中，物料流動之后很快就會被堵塞起來，不能起到實(shí)質(zhì)性作用，致使熱源只在進(jìn)入烘干機(jī)的很短一段高度內(nèi)才存在著物料與熱煙氣的較大溫差，而在此高度以外的熱交換所產(chǎn)生的烘干作用甚微。筆者曾對多臺立式烘干機(jī)進(jìn)行標(biāo)定，其烘干物料出機(jī)水分一般都在 5% 以上，特別是烘干大塊粘土或高濕礦渣等物料的產(chǎn)量都遠(yuǎn)低于回轉(zhuǎn)式烘干機(jī)。

3 選用熱效率高的熱風(fēng)爐作熱源

熱風(fēng)爐是烘干系統(tǒng)的熱量來源。熱風(fēng)爐熱效率高低取決于熱煙氣的輸入量和介質(zhì)溫度，實(shí)際應(yīng)用中熱風(fēng)爐有多種形式。

層燃式手燒爐：由人工手動喂煤，可直接燃燒 50mm 以下的粒狀煤，需不斷的進(jìn)煤、清渣，工人勞動強(qiáng)度大，大量冷風(fēng)帶入爐內(nèi)，燃燒過程不穩(wěn)定、爐內(nèi)煙氣溫度低、不完全燃燒損失大，造成煤耗高、熱效率低、供熱量小。

噴燃式煤粉爐： 對火煙深度控制要求嚴(yán)格，火焰過深，則容易燒壞烘干機(jī)內(nèi)部筒體及揚(yáng)料板，甚至改變物料的物性；過短，則煙氣進(jìn)入烘干機(jī)的溫度不足，烘干能力變差。此外，對煤質(zhì)及細(xì)度要求嚴(yán)格，燃燒不穩(wěn)定，操作難度大。

沸騰爐：它介于層燃和懸浮狀燃燒之間，燃燒時呈沸騰狀態(tài)，具有強(qiáng)化燃燒、傳熱效果好、結(jié)構(gòu)簡單、可燃燒劣質(zhì)燃料等優(yōu)點(diǎn)。但傳統(tǒng)沸騰爐由于局部結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理，直角部分多，使用壽命短，爐內(nèi)易結(jié)渣，渦流現(xiàn)象嚴(yán)重，煤耗較高，燃燒溫度偏低。

節(jié)煤型高溫沸騰爐：是合肥水泥研究設(shè)計院在傳統(tǒng)沸騰爐的基礎(chǔ)上進(jìn)行整體改型和優(yōu)化設(shè)計的一種新爐型。其采用小爐床整體框架結(jié)構(gòu)，爐床容積較常規(guī)縮小 1/3/ ，爐體結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)固，大大提高了爐體的使用壽命和單位容積熱強(qiáng)度；減少了尖銳直角，降低了結(jié)渣頻率，能夠在原有沸騰爐的基礎(chǔ)上節(jié)煤 40 ～ 60% ，爐溫大幅度提升并可自由控制，進(jìn)一步放寬了對劣質(zhì)煤的適應(yīng)程度。幾種爐型的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)對比見表 1 ，單位容積熱強(qiáng)度對比見表 2 。

表 1 不同燃燒方式的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)比較

表 2 幾種爐型爐膛容積熱強(qiáng)度比較

4 強(qiáng)化烘干機(jī)的熱交換狀況

物料的水分分為化合水、吸附水和表面水。通常，化合水很難通過物理烘干來消除，所以烘干效果取決于對表面水和吸附水的蒸發(fā)能力，物料在吸收熱量的同時蒸發(fā)出水分。傳熱過程主要是依靠接觸傳導(dǎo)，最直接的途徑就是盡量擴(kuò)大接觸面積和延長接觸時間。接觸面積越大，熱交換的范圍越廣，單位時間的蒸發(fā)量就越大，烘干效果就越明顯。物料與熱介質(zhì)的接觸：一是堆積在揚(yáng)料板上的物料與熱介質(zhì)間的接觸，這種接觸器方式非常淺，只有附著在表面的物料參與到熱交換中，內(nèi)部的物料烘干程度低；二是物料在拋撒過程中與熱介質(zhì)間的接觸，這種接觸相對全面。由于物料在滯空時間段的空隙極大，熱介質(zhì)的穿透率高，能與物料充分進(jìn)行熱交換，故烘干效果顯著。因此，增加接觸面積應(yīng)增大物料的拋撒面積。普通烘干機(jī)的揚(yáng)料裝置對物料的拋撒次數(shù)少，更多的物料始終處于揚(yáng)料裝置表面或筒體橫截面的下部，積料厚度深。從這一點(diǎn)看，采用密集交叉和適宜角度布置的新型組合式揚(yáng)料裝置，有利于提高物料的拋撒次數(shù)，分散更充分，堆積在每個揚(yáng)料裝置上的物料少、堆積淺，更多的物料被不斷得拋撒在空中形成一道道“料幕”，最大程度地增大了物料在空中的分布面積和滯空時間，加之適當(dāng)提高烘干機(jī)轉(zhuǎn)速，也大幅度提高了物料被拋撒的頻率，故而烘干效率更為顯著。

一般認(rèn)為烘干的時間越長，物料被烘干的效果越好。在實(shí)際生產(chǎn)中，物料的烘干過程主要是在筒體高溫段完成的，隨著物料的不斷推移，水分含量越來越低，介質(zhì)溫度不斷下降，壓力對平衡方向的反推動作用力度開始加大，進(jìn)入降速階段后，物料極易出現(xiàn)“回潮”、“反濕”現(xiàn)象，此時應(yīng)該是盡快將物料排出筒體，而不能一味追求延長物料在筒體內(nèi)的停留時間。新型組合式物料裝置中采取的分層排布，互不交叉的特點(diǎn)，可以起到擴(kuò)大“回潮”段的風(fēng)洞、加快物料排出機(jī)外的速度，以消除 “回潮”現(xiàn)象。適當(dāng)?shù)难娱L時間也是指延長物料在高溫段的停留時間和被拋撒在空中的有效時間。而高溫段的長度取決于熱風(fēng)爐所提供熱風(fēng)的能力，和熱風(fēng)在運(yùn)行中受到的阻力程度。新型組合式揚(yáng)料裝置所起的“定點(diǎn)返回”作用，在高溫段長度一定的情況下，可大大延長物料在高溫段的停留時間，將熱效率提升到最大程度。同時，阻止了物料脫離揚(yáng)料空間，竄入到筒體上，磨損筒體，大大延長了烘干機(jī)筒體的使用壽命。所以追求在筒體內(nèi)烘干停留時間不能是無節(jié)制的，應(yīng)該是有針對性的，盲目追求延長時間會加大投資的費(fèi)用。

5 收塵系統(tǒng)

烘干的通風(fēng)收塵系統(tǒng)為負(fù)壓工作，其風(fēng)量較大，廢氣中的含塵濃度較高，特別是對烘干要求的產(chǎn)量大、水分 ＜ 2% 時，煙氣中的含塵濃度急劇增加，粉塵顆粒也相對偏大。而蒸發(fā)的水分全部通過廢氣中進(jìn)入尾部收塵裝置，廢氣含濕量一般在 15% 以上，露點(diǎn)溫度一般高達(dá) 40~50 ℃ ，冬季甚至可高于 70~80 ℃， 若燃煤硫含量高，露點(diǎn)溫度還會升高并產(chǎn)生酸腐蝕。這些都是增大收塵難度和設(shè)備管道磨蝕的直接原因。烘干機(jī)含塵廢氣特性見表 3 。

表 3 烘干機(jī)含塵廢氣的特性

水泥廠常用烘干收塵系統(tǒng)主要有三種工藝。

（ 1 ）采用一級旋風(fēng)收塵器

這種收塵適用于礦渣、碎石等原料的烘干。選用鑲有剛玉混凝土襯里的高效耐磨旋風(fēng)收塵器作一級收塵，筒徑一般為 1540mm ，出灰口 350mm 。具有處理風(fēng)量大、抗磨損、抗反風(fēng)和投資較低等特點(diǎn)，投資約為其他收塵設(shè)備的 1/5 。但它依靠重力進(jìn)行離心分離收塵，收塵效率較低，一般只有 80 ～ 85% ，用于礦渣烘干的收塵可達(dá)到 250 ～ 300mg/Nm 3 ，

（ 2 ）采用一級抗結(jié)露玻纖袋式收塵器

這種收塵對處理含塵濃度高的煙氣最簡單有效。由于玻纖濾袋具有綜合憎水、耐折、耐磨損等幾種特定性能，加上織物具有的光潔、平整、均勻、極易清灰等特點(diǎn)，能夠非常好的適應(yīng)對高濃度、濕粘性粉塵的過濾；同時，內(nèi)部采用分室靜態(tài)清灰方式可徹底解決清灰不完全和二次揚(yáng)塵現(xiàn)象，并且清灰時間、次數(shù)、壓力均可由微機(jī)控制，該收塵設(shè)備工藝簡單，收塵效果好，如 FGM 、 HKD 、 LFEF 型等收塵器的廢氣排放濃度均能夠達(dá)到低于 50 ～ 60mg/Nm 3 。

（ 3 ）一級旋風(fēng)收塵器＋組合電收塵器

這種收塵可用于廢氣中粉塵顆粒比較粗、濕含量過大的物料的烘干收塵，具有效率高、抗高溫、抗粘堵等特點(diǎn)，一般廢氣排放濃度低于 150mg/Nm 3 。其一級收塵器負(fù)擔(dān)較重，必須適當(dāng)加大設(shè)備的處理能力；另外，烘干原煤時需要加設(shè)防爆、防腐、防銹等裝置，而對于高濃度、大風(fēng)量的含塵煙氣則不宜使用該工藝。

上述系統(tǒng)中連接烘干機(jī)及收塵器、引風(fēng)機(jī)之間的管道布置，應(yīng)盡可能緊湊，以減少管道的壓力損失。生產(chǎn)中風(fēng)速控制宜保持為 11 ～ 15m/s ，并加強(qiáng)鎖風(fēng)，嚴(yán)格控制漏風(fēng)率，提高收塵效果。

大量應(yīng)用表明，選用節(jié)煤型高溫沸騰爐，配用帶新型組合式揚(yáng)料裝置的回轉(zhuǎn)式烘干機(jī)的烘干效果，順流工藝明顯好于逆流工藝。在合理選擇收塵，保證引風(fēng)、密封等環(huán)節(jié)上正常運(yùn)行的前提下，對大幅度提高產(chǎn)量和質(zhì)量，降低能耗，均具有實(shí)用意義。在水泥廠新建和改擴(kuò)建工程中應(yīng)加強(qiáng)烘干系統(tǒng)的配套建設(shè)。