提高早期預分解窯產量的措施

我國在上世紀80年代引進和自行設計開發(fā)的一些預分解窯生產線，限于當時的技術水平，存在一些缺點與不足。其中有的已在生產實踐中解決，如原來的預分解窯設計為燒油或優(yōu)質煤，因此分解爐偏小，許多廠已將分解爐加高加大，以改善煤粉特別是劣質煤的燃燒條件；對分解爐內氣流的流速、流場分布、燃料的懸浮和燃燒，生料的懸浮和分解的研究和認識也已深化，生料入窯的分解率也逐漸提高。但有些生產線至今仍沿用老的噴煤管，回轉窯仍維持著原來較低的轉速。據(jù)報道^[1]，廣東地區(qū)上世紀80年代及90年代初建設的4家預分解窯的轉速分別為2.87r/min、2.5r/min、3.0r/min及2.5r/min，明顯低于當今預分解窯3.0～3.5r/min的水平。當時的噴煤管雖也是三風道的，但其一次風大多數(shù)在15%左右，而目前的三風道噴煤管的一次風量多在10%以下，一般為5%～6%。由于一次風量減少可提高火焰溫度，即提高熟料煅燒溫度，而窯的轉速提高可提高回轉窯的產量。因此，筆者認為通過改用一次風量小的大推力高風速噴煤管和提高回轉窯轉速可提高早期建設的預分解窯的產量。

1　提高預分解窯轉速的技術可行性

　　早期建設的預分解窯窯速可以提高，其關鍵是目前的許多技術使預分解窯的火焰溫度提高，另一個因素是分解爐技術成熟，生料入窯分解率提高。

1.1　更換新的噴煤管，火焰溫度可以提高
　　

早期建設的預分解窯所用的噴煤管一次風量占總風量的15%左右。當今的噴煤管多為大推力、小風量、高風速的三風道或四風道噴煤管，其一次風用量最少的只占總風量的5%～6%，煤風的風速約為20m/s，而內、外風的風速達170m/s，國外有些噴煤管的外風風速更高，甚至高達350m/s，加上結構合理，黑火頭短、火焰短粗、火焰溫度高。由于一次風溫只有50℃左右，而二次風溫一般都在1000℃以上甚至更高，一次風的減少將提高火焰溫度。加上火焰短粗，熱力集中，物料煅燒溫度提高，熟料形成反應速度加快。據(jù)文獻[2]，熟料燒成階段，C₃S的形成主要是CaO在高溫液相中溶解以Ca²⁺形式在液相中向C₂S擴散來完成。C₃S形成過程中，Ca²⁺的擴散系數(shù)為(2.62～5.31)×10^-5cm²/s，C₃S的結晶速度為5×10^-5cm/s，CaO的溶解速度只有(6.95～22.5)×10^-6cm/s，因此C₃S的形成被CaO的溶解過程所控制。CaO的溶解和Ca²⁺的擴散均與溫度有關。溫度提高CaO的溶解速度加快，Ca²⁺的擴散速度也加快。當煅燒溫度從1400℃分別提高到1450℃和1500℃時，0.1mm粒徑的CaO的溶解完畢的時間從15min分別降至5min和1.8min；0.05mm粒徑的則從5.5min分別下降至2.3min和1.7min；而0.025mm粒徑的則從1400℃的3min下降至1450℃的1min。從上述數(shù)據(jù)估計，溫度每提高50℃，CaO溶解時間約減少66%，即溶解時間減少至原來的1/3。由于CaO溶解時間縮短，C₃S形成速度將大為加速。煅燒溫度提高，也使Ca²⁺的擴散速度加快。如當煅燒溫度從1400℃提高至1450℃時，Ca²⁺在飽和溶液中擴散系數(shù)從3.77×10^-5cm²/s增大至5.31×10^-5cm²/s，增大了40%，這意味著Ca²⁺在液相中擴散時間縮短了40%，也就意味著C₃S形成速度加快。C₃S形成時間縮短。因此，物料在窯內停留的時間可以縮短，回轉窯的轉速可以加快。目前，新設計的預分解窯正常運行轉速多在3.2r/min，甚至高達3.5r/min。

1.2　篦冷機用厚料層，提高一室風壓使二次風溫提高，從而提高火焰溫度
　　

篦冷機用厚料層操作，并將一室或二室的風壓提高，可提高二次風溫。例如，廣西魚峰水泥有限公司^[3]將篦冷機二室的風壓從原來的5.6～5.9kPa提高至7.8kPa，二次風溫達1000℃，三次風溫達850℃。江西萬年青水泥有限公司^[4]4號窯曾出現(xiàn)黃心料，采用厚料層并將一室風壓從4.2kPa提高至4.6kPa，提高了二次風溫，解決了產生黃心料的問題。二次風溫提高，使火焰溫度提高，從而為加快窯速提供條件。

1.3　生料入窯分解率提高
　　

早期建設的預分解窯，由于對分解爐內燃料的懸浮、燃燒以及生料的懸浮分解技術認識不夠，致使當時的生料入窯分解率要求只大于85%即可。隨著對分解爐技術認識的深入，分解爐的操作技術日趨成熟，現(xiàn)在生料入窯分解率都在90%以上，不少已達95%以上。生料入窯分解率的提高，將有利于窯的轉速提高。

2　提高預分解窯轉速的措施

　　
2.1　更換噴煤管
　　

如前所述，要想提高回轉窯轉速，必須用新的三風道或四風道噴煤管代替老的噴煤管。所選用的噴煤管，其一次風量應盡可能小，最好達5%～6%。另外，其結構應有利于火焰的調節(jié)，應該推力大，火焰短粗，這樣才能提高火焰溫度。目前，耐火磚的耐火度已有較大的提高，只要維護好窯皮，短粗的火焰對耐火磚的壽命不會造成危害。

2.2　更換回轉窯主傳動的減速機
　　

為提高窯速，應更換減速機的小齒輪，最好使回轉窯的最高轉速達3.5r/min甚至更高些?；剞D窯的轉速除了與火焰溫度有關外，還與生料的易燒性以及配料方案有關。各廠的情況不盡相同，應根據(jù)具體情況具體分析。對生料易燒性好的、直徑大的回轉窯，轉速可快些，其轉速可高達3.5r/min；對生料易燒性差的、直徑小的回轉窯，轉速宜慢些。據(jù)介紹^[3]，廣西魚峰2000t/d用無煙煤煅燒熟料生產線在調試過程中窯速保持3.5r/min，堅持薄料快轉，很快達標達產。據(jù)介紹^[3]，窯速每增加0.1r/min，喂料量增加5t/h，相當于每小時產量增加3t左右，按83.3t/h熟料計，產量增加3.6%。若按早期建設的預分解窯轉速為2.8r/min計，當窯速分別提高到3.0r/min和3.2r/min時，在保持窯內物料填充率不變的前提下，臺時產量可分別增加7%和14%。按增加產量14%計，2000t/d生產線的熟料產量可達2280t/d，而日產4000t的生產線熟料產量可達4560t/d?；剞D窯轉速的提高還可使物料受熱均勻，從而使熟料的質量均勻。
　　由于窯的轉速加快，窯用電動機所消耗的功率也相應增大。若原有電動機功率有一定的儲備能力，可不更換，否則，應更換電動機。

2.3　其它設備的改造或更換

2.3.1　冷卻機
　　

回轉窯熟料產量增加要求冷卻機冷卻能力相應增大。在產量增加15%以內，若冷卻機的料層<500mm，則可將料層增加至600mm左右，而不需對冷卻機進行改造。
2.3.2　煤磨系統(tǒng)
　　

回轉窯產量增加，若熟料熱耗不變(產量增加，熱耗可能會稍微降低)，要求煤粉用量增加。煤磨的設計一般都有一定的儲備能力，若產量增加幅度在15%以內，可通過降低入磨煤的粒度，改善磨機研磨體級配，降低入磨煤的水分(或提高入磨熱風溫度)等措施，提高煤磨產量，滿足煤粉用量增加的要求。

2.3.3　窯尾排風機
　　

更換噴煤管提高回轉窯轉速，熟料產量提高，要求窯尾排風能力大為增加。更換噴煤管使一次風量減少，要求二次風相應增加。例如，一次風從15%減少到6%，則二次風要求相應增加9%；若窯的產量增加15%，則窯尾排風機風量大約要增加24%。通過減少系統(tǒng)漏風，特別是改善窯頭和窯尾的密封，可望減少廢氣量。是否要更換窯尾排風機取決于一次風量減少的程度和回轉窯產量增加的幅度。

2.3.4　旋風筒及其連接管道
　　

窯的產量增加使廢氣量增大，旋風筒截面風速和管道風速相應增大，系統(tǒng)阻力增加，要求窯尾風機抽力增大。若原來設計的旋風筒截面風速和管道風速均不高，那么可通過選用保溫材料(如硅酸鈣板)和減薄耐火磚厚度等措施增大旋風筒有效內徑，使旋風筒截面風速不致過大。

2.3.5　窯尾電除塵器
　　

窯尾廢氣量增大，要求窯尾電收塵處理能力增大。若粗略地按產量增加與廢氣量增加的比例相同考慮，在產量增幅<15%的情況下，可望增大廢氣通過電除塵器的風速而不需增大電除塵器的收塵面積。

3　結束語

　　我國早期建設的預分解窯生產線，窯內煅燒溫度偏低，窯速偏慢，建議更換一次風量小、推力大的新型噴煤管，提高窯內煅燒溫度，加快回轉窯轉速，以便提高其產量。