預(yù)分解窯風(fēng)量控制方法的探討

　　1  中小型窯風(fēng)量控制的主要難點(diǎn) 

　　（1）中小型窯固有的系統(tǒng)性機(jī)電和工藝故障相對(duì)較頻繁，造成作業(yè)場(chǎng)所粉塵大，環(huán)境惡劣，很難滿足精密氣體分析儀對(duì)周圍環(huán)境的苛刻要求。雖然多數(shù)新型干法窯原設(shè)計(jì)時(shí)各主要部位均設(shè)置有氣體分析儀，但能長(zhǎng)期正常運(yùn)行的的極少，有的生產(chǎn)線干脆僅僅在溫度較低的窯尾電收塵進(jìn)口設(shè)置CO分析儀，僅能防止CO含量超高引起電場(chǎng)爆炸事故，致使窯尾、分解爐出口、預(yù)熱器出口等重要部位的O2、CO、NOｘ等含量無(wú)法獲知，失去了風(fēng)量調(diào)節(jié)最直接最有用的信息來(lái)源。 

　?。?）全窯系統(tǒng)基本未設(shè)置氣體流量計(jì)，無(wú)法從直觀上準(zhǔn)確判斷各點(diǎn)風(fēng)量的合理性，一般情況下只能依靠風(fēng)溫和風(fēng)壓間接判斷。 

　?。?）系統(tǒng)設(shè)備完好率不高，高溫風(fēng)機(jī)、篦冷機(jī)風(fēng)機(jī)等各種通風(fēng)設(shè)備的能力往往同銘牌標(biāo)識(shí)存在一定的偏差，分析核算用風(fēng)量較為繁雜。 

　?。?）電氣自動(dòng)化水平難以同大型窯相提并論，工藝穩(wěn)定性欠佳，自動(dòng)調(diào)節(jié)回路運(yùn)行情況都不太理想。分解爐出口溫度同尾煤加入量、篦冷機(jī)一室篦下壓力同一段篦床速度、預(yù)熱器出口O2含量同高溫風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速、窯頭負(fù)壓同篦冷機(jī)余風(fēng)排出量等自調(diào)回路難以正常運(yùn)行，手動(dòng)調(diào)節(jié)，變數(shù)較大。 

　　2  系統(tǒng)總風(fēng)量的調(diào)控及要求 

窯系統(tǒng)用風(fēng)控制點(diǎn)分布如圖1所示。 

圖1中a為高溫風(fēng)機(jī)排風(fēng)量控制點(diǎn)，排風(fēng)量的大小決定了預(yù)熱器及分解爐各部位的風(fēng)速、窯爐用風(fēng)總量和系統(tǒng)空氣過剩系數(shù)。B點(diǎn)為三次風(fēng)閥，控制窯爐風(fēng)量平衡問題。C點(diǎn)為冷卻用風(fēng)總量控制點(diǎn)，決定了單位熟料消耗空氣量和高低壓風(fēng)的匹配。D點(diǎn)主要為余風(fēng)排出，控制著窯頭壓力和入窯爐二、三次風(fēng)量，主要跟篦冷機(jī)的冷卻效率有關(guān)。 

　　系統(tǒng)總風(fēng)量的控制主要取決于窯爐用煤量的大小和系統(tǒng)生產(chǎn)能力的高低。一般在投料初期或低負(fù)荷生產(chǎn)能力下，為保證預(yù)熱器各進(jìn)出口風(fēng)速高于最低允許風(fēng)速，要求適當(dāng)加大空氣過剩量，提高氣固比，不應(yīng)過分追求風(fēng)煤的配合比例。投料前最好將預(yù)熱器頂級(jí)出口負(fù)壓拉至2800～3300Pa，即大風(fēng)量投料操作，之后無(wú)需過多的調(diào)整。在滿負(fù)荷正常生產(chǎn)狀況下，由于系統(tǒng)各部位尺寸設(shè)計(jì)時(shí)，預(yù)熱、分解系統(tǒng)內(nèi)所需風(fēng)量及風(fēng)速，主要以消耗的燃煤充分燃燒所需空氣量為基礎(chǔ)，因此空氣過剩量無(wú)需過大。 

　　操作控制方面主要采取：一是盡量避免CO的出現(xiàn)，保證進(jìn)窯尾電收塵進(jìn)口CO含量≤0．15%；二是系統(tǒng)在不同的運(yùn)行狀況下，適時(shí)地手工取樣分析窯尾、分解爐及頂級(jí)預(yù)熱器出口煙氣的CO和O2含量，總結(jié)出與系統(tǒng)各參數(shù)（包括溫度、壓力、高溫風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速及其電流等）間的對(duì)應(yīng)關(guān)系來(lái)指導(dǎo)操作，把上述三個(gè)部位的O2含量處于1．5%～2%、2%～3%、4%～5%時(shí)的系統(tǒng)熱工狀況及參數(shù)作為控制基準(zhǔn)；三是依據(jù)各級(jí)旋風(fēng)筒進(jìn)出口溫度、壓力和錐體壓力的穩(wěn)定性，進(jìn)一步結(jié)合電收塵進(jìn)口CO含量來(lái)判斷風(fēng)量是否足夠，以此來(lái)調(diào)節(jié)總風(fēng)量和冷卻機(jī)鼓風(fēng)量；四是用校正過的皮托管測(cè)出進(jìn)高溫風(fēng)機(jī)的廢氣管道內(nèi)傾斜微壓差，換算成單位熟料排出的廢氣量進(jìn)行間接判斷。一般情況下，預(yù)分解窯系統(tǒng)各部位風(fēng)量的正常匹配如表1所示。 

　　3  窯頭用風(fēng) 

　　窯頭用風(fēng)好壞在一定程度上決定了窯系統(tǒng)能否長(zhǎng)期安全運(yùn)轉(zhuǎn)。為了靈活調(diào)節(jié)火焰的形狀規(guī)整性、強(qiáng)度和軸向長(zhǎng)度，減少低溫一次風(fēng)量和有害氣體的排放，重點(diǎn)控制的參數(shù)有一次風(fēng)量、各風(fēng)道內(nèi)氣體流速及壓力、燃燒器噴出速度、風(fēng)煤比例、燃燒能力及其窯皮狀況等。 

　　3．1  輸送煤粉風(fēng)機(jī)的選用 

　　目前國(guó)內(nèi)使用最多的三種是羅茨風(fēng)機(jī)、回轉(zhuǎn)式滑片壓縮機(jī)和離心式風(fēng)機(jī)。一般的離心式風(fēng)機(jī)壓力都較低，在新建的生產(chǎn)線喂煤系統(tǒng)中已極少使用。回轉(zhuǎn)式滑片壓縮機(jī)性能是優(yōu)良的，但滑片的壽命很短，專用油昂貴，氣流油污多，運(yùn)轉(zhuǎn)成本高。羅茨風(fēng)機(jī)出口壓力高，風(fēng)量調(diào)節(jié)方便，出口空氣潔凈，使用維護(hù)簡(jiǎn)單，生產(chǎn)中應(yīng)優(yōu)先考慮使用。選用時(shí)風(fēng)量主要按以下兩點(diǎn)確定：一是窯頭燃燒器煤風(fēng)道理論噴出風(fēng)速25～32m/S，考慮漏風(fēng)和管道動(dòng)量損失以及煤粉濃度對(duì)輸送過程的加速作用后，工況風(fēng)速大約在24～26m/S之間；二是煤粉輸送氣固混合比0．3～0．5，或輸送濃度6～10kg/m3。風(fēng)機(jī)的風(fēng)量不能選得過小，應(yīng)在選型計(jì)算的基礎(chǔ)上按1．1的富余系數(shù)考慮，以防止煤粉沉積在管道內(nèi)，避免造成股流狀輸送，風(fēng)機(jī)能力相對(duì)較大的情況下可以采取放風(fēng)的方式。入窯煤風(fēng)壓力控制在2．0～2．5kPa為宜。 

　　3．2  一次風(fēng)量及噴出風(fēng)速 

　　一次風(fēng)量的作用是供煤粉內(nèi)揮發(fā)分燃燒，分成高速軸流風(fēng)、旋流風(fēng)和少量低速中心風(fēng)輸送煤粉進(jìn)入窯內(nèi)，在窯內(nèi)形成一個(gè)活撥有力的“柳葉”型火焰。一次風(fēng)量減少，自然可增加高溫二次風(fēng)用量。但生產(chǎn)實(shí)踐告訴我們，過低的一次風(fēng)量，對(duì)于中小型預(yù)分解窯，尤其高海拔地區(qū)的生產(chǎn)線而言并不太現(xiàn)實(shí)，不能一味地套用大型窯追求超低一次風(fēng)量的生產(chǎn)模式。生產(chǎn)中使用性能優(yōu)良的燃燒器和全窯系統(tǒng)較高的生產(chǎn)管理水平是最基本的前提條件。目前，國(guó)內(nèi)中小型預(yù)分解窯配套使用的燃燒器多為國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)，窯頭送煤風(fēng)和一次凈風(fēng)總量大多占窯內(nèi)燃燒空氣總量的10%～15%左右，也可認(rèn)為是目前所能夠達(dá)到的實(shí)際水平。根據(jù)我公司目前使用的進(jìn)口皮拉德ROtaflam型旋流式四風(fēng)道煤粉燃燒器和國(guó)廠tJB型四風(fēng)道煤粉燃燒器的適應(yīng)性能，結(jié)合所用的燃煤品質(zhì)（熱值24100kJ/kg，灰分31．5%，揮發(fā)分23%，細(xì)度5%～8%），得出以下幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)。 

　　ROtaflam型燃燒器追求低風(fēng)量、低旋流角度（≤20°）、中等風(fēng)速（150～170m/S），采取煤風(fēng)置于旋流風(fēng)內(nèi)側(cè)的獨(dú)特結(jié)構(gòu)，使之形成強(qiáng)度適中、長(zhǎng)度方向熱力分布合理的火焰，生產(chǎn)中便于適時(shí)調(diào)節(jié)控制，用于帶高效篦式冷卻機(jī)的窯系統(tǒng)時(shí)，一次風(fēng)比例基本可控制在8%左右；用于帶單冷機(jī)的窯系統(tǒng)時(shí)，配套進(jìn)口的一次風(fēng)機(jī)能力明顯偏小，經(jīng)數(shù)次改進(jìn)，將一次風(fēng)比例提高至14%～18%后，窯系統(tǒng)方才進(jìn)入良好狀態(tài)。 

　　tJB型四風(fēng)道煤粉燃燒器類似于洪堡PYRO－Jet型燃燒器，追求超高軸流風(fēng)速（200～400m/S）、大旋流角度（～35°）、中等旋流風(fēng)速（130～180m/S）和較低中心風(fēng)速（40～60m/S），使用初期效果并不十分理想，軸向熱力分布不盡合理，存在一定的局部高溫。由于高海拔等因素的影響，原配用的一次風(fēng)機(jī)能力有些不足。通過調(diào)整噴嘴結(jié)構(gòu)，增大一次風(fēng)機(jī)傳動(dòng)輪比例和提高風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速后，動(dòng)壓得以提高，燃燒器推力增強(qiáng)，各風(fēng)道風(fēng)速達(dá)到設(shè)計(jì)要求，一次風(fēng)比例由設(shè)計(jì)值（～8%）調(diào)整為10%～12%。但火焰軸向分布未能徹底改善，仍存在局部高溫現(xiàn)象，今后在生產(chǎn)中還需就軸流噴嘴的擴(kuò)散角度和旋流風(fēng)擴(kuò)散速度等問題作進(jìn)一步研究改進(jìn)。 

　　4  窯尾用風(fēng) 

　　4．1  窯尾基本特點(diǎn)及工藝參數(shù) 

　　窯尾主要包括煙室、縮口、斜坡及進(jìn)料舌頭等，除了起連接窯和分解爐的作用外，結(jié)構(gòu)及尺寸對(duì)工藝的影響也較大。會(huì)導(dǎo)致窯內(nèi)的煙氣與進(jìn)入分解爐的三次風(fēng)之間的平衡問題，窯內(nèi)飛灰循環(huán)問題，窯尾阻力和結(jié)皮問題等。 

　　RSP爐型預(yù)分解窯中，來(lái)自SC室的高溫料氣流約以60°的向下傾斜度流入mC室內(nèi)，高溫粉料下沖勢(shì)能較大，窯尾縮口應(yīng)具有25m/S以上的噴騰風(fēng)速，否則生產(chǎn)中難免會(huì)發(fā)生物料短路直接入窯的情況，這點(diǎn)在無(wú)數(shù)次的點(diǎn)火升溫投料實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)已得到證明?？紤]該部位漏風(fēng)的影響，通風(fēng)面積設(shè)計(jì)以斷面風(fēng)速30m/S左右為宜。縮口高度不能小于650mm，以形成穩(wěn)定的柱塞流。四個(gè)角圓滑過渡，使氣流均布，不產(chǎn)生偏流，減少結(jié)皮。 

　　煙室與縮口之間連接要過渡漸近，減小阻力損失，且不易結(jié)皮；煙室應(yīng)發(fā)揮收集窯內(nèi)飛灰的作用，斷面風(fēng)速不應(yīng)大于10m/S。斜坡表面要平整，斜度≥50°；來(lái)自C5的生料入窯最好從正背面順著斜坡溜入窯內(nèi)，盡量避免側(cè)面入窯方式。 

　　窯尾進(jìn)料斜坡至拱頂?shù)耐L(fēng)斷面受到窯轉(zhuǎn)動(dòng)和進(jìn)料舌頭的影響，通風(fēng)斷面難以大幅度增大，往往成為眾多生產(chǎn)線的瓶頸部位。風(fēng)速高，必然引起生料入窯不暢和大量飛灰，通風(fēng)受阻，結(jié)皮堵塞幾率增加，產(chǎn)能下降。因此，窯尾拱頂耐火襯澆注時(shí)設(shè)法形成導(dǎo)角使之同斜坡水平，斜坡及進(jìn)料舌頭耐火襯全部采用澆注料，取消硅酸鈣板，總澆注厚度≤180mm，舌頭底部托板盡量貼近窯壁，進(jìn)料舌頭端面伸到窯內(nèi)的距離控制在100～200mm。 

　　4．2  生產(chǎn)中窯尾風(fēng)量控制方法 

　　窯尾擁有在線氣體分析儀時(shí)，我們可通過O2及CO含量來(lái)分析判斷窯內(nèi)空氣過剩情況。無(wú)在線檢測(cè)儀的情況下，確認(rèn)預(yù)分解系統(tǒng)溫度穩(wěn)定和系統(tǒng)各部位無(wú)明顯結(jié)皮結(jié)圈后，可從以下幾方面進(jìn)行綜合判斷窯內(nèi)用風(fēng)的合理性： 

　　（1）窯尾溫度及負(fù)壓。尾溫愈高，負(fù)壓愈大，表明窯內(nèi)拉風(fēng)較大，窯內(nèi)高溫區(qū)后移；反之，負(fù)壓小，溫度較低時(shí)，說(shuō)明窯內(nèi)通風(fēng)不足，三次風(fēng)相對(duì)過量。 

　?。?）根據(jù)窯前煅燒情況判斷。如窯前溫度高，黑火頭短，火焰不順，窯皮較短，筒溫前高后低時(shí)，說(shuō)明窯風(fēng)偏小，窯頭憋火；如果火焰拉得較長(zhǎng)，窯前溫度低，窯皮長(zhǎng)度超過窯長(zhǎng)的40%，燒成帶筒溫明顯降低，尾溫異常升高時(shí)，說(shuō)明三次風(fēng)過小，窯風(fēng)過大。 

　?。?）現(xiàn)場(chǎng)觀察分析?？锤G尾縮口內(nèi)是否有熒光火花；斜坡積料發(fā)粘程度；縮口風(fēng)速是否穩(wěn)定，是否存在塌料、竄料、窯尾冒煙等現(xiàn)象。如果有這些現(xiàn)象，說(shuō)明窯內(nèi)通風(fēng)不足，縮口噴騰風(fēng)速不夠。 

　?。?）適時(shí)地人工取氣體樣進(jìn)行成分分析。窯系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行狀況下，人工分析煙氣成分來(lái)掌握燃燒完全程度和空氣過剩量是很有必要的，可以給系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)整提供依據(jù)，即便是在線分析儀檢測(cè)出的結(jié)果，準(zhǔn)確性也無(wú)法同人工分析相提并論。 

　　5  回轉(zhuǎn)窯和分解爐風(fēng)量平衡調(diào)節(jié) 

　　窯系統(tǒng)在正常運(yùn)行狀況下，窯路和爐路氣體流量應(yīng)同時(shí)滿足喂入的燃料燃燒需求。窯尾高溫風(fēng)機(jī)排出的風(fēng)量風(fēng)壓一定時(shí)，兩者不平衡將會(huì)導(dǎo)致以下結(jié)果：一種情況是窯風(fēng)過大，三次風(fēng)量不足，致使燒成溫度降低，高溫后移，窯尾溫度及負(fù)壓升高，三次風(fēng)溫風(fēng)速均降低，爐內(nèi)煤粉燃燒不完全，易形成系統(tǒng)溫度倒掛，高溫級(jí)粘結(jié)堵塞。另一種情況是窯內(nèi)通風(fēng)不足，三次風(fēng)過量，致使燒成還原氣氛濃重、尾溫低，窯尾有害組分富集而阻塞，通風(fēng)落入惡性循環(huán)。因此，根據(jù)窯系統(tǒng)生產(chǎn)情況，及時(shí)有效地調(diào)節(jié)好回轉(zhuǎn)窯和分解爐風(fēng)量平衡顯得很重要。 

　　目前較常用的調(diào)節(jié)方式為：窯尾縮口采用固定式，三次風(fēng)管上設(shè)置調(diào)節(jié)閥?？刂萍夹g(shù)關(guān)鍵點(diǎn)：一是根據(jù)窯生產(chǎn)設(shè)計(jì)能力和窯尾通過的工況氣體流量來(lái)確定縮口截面積（宜以實(shí)際風(fēng)速≥25m/S為基準(zhǔn)）；二是三次風(fēng)調(diào)節(jié)閥全開時(shí)，窯路通風(fēng)阻力大于爐路，即窯內(nèi)風(fēng)量不足；三是三次風(fēng)調(diào)節(jié)閥關(guān)至風(fēng)管截面的50%以上時(shí)，爐路風(fēng)量達(dá)不到正常值，即生產(chǎn)中調(diào)節(jié)閥應(yīng)開至50%以上，以避免系統(tǒng)過大的阻力損失；四是分析判斷時(shí)，要綜合考慮窯爐用煤量，窯尾溫度、負(fù)壓，入爐三次風(fēng)溫、風(fēng)壓，窯內(nèi)煅燒狀況，爐出口溫度和壓力的穩(wěn)定性，系統(tǒng)是否存在塌料等。 

　　6  篦式冷卻機(jī)風(fēng)量控制途徑 

　　篦冷機(jī)內(nèi)以氣固兩相間的熱傳遞和機(jī)械移動(dòng)為主要過程，用風(fēng)問題始終圍繞如何通過控制物料的機(jī)械移動(dòng)、各區(qū)域冷空氣的分配和流動(dòng)，以獲得熟料淬冷，達(dá)到較高的入窯二次風(fēng)和入爐三次風(fēng)溫、較低的出口熟料溫度和余風(fēng)溫度、減少余風(fēng)的風(fēng)量。生產(chǎn)中可按以下操作程序進(jìn)行： 

　　首先，基于高溫篦床區(qū)采用了高阻力、氣流滲透性能好的控制流篦板，極大地降低了熟料顆粒變化和料層厚度改變對(duì)高壓風(fēng)鼓入量的影響，因此要用足用大1～3室風(fēng)量，加厚料層至600mm以上，提高熟料淬冷效果。 

　　其次，根據(jù)篦下壓力和二、三次風(fēng)溫度來(lái)調(diào)節(jié)低溫區(qū)冷卻風(fēng)，使篦冷機(jī)內(nèi)零壓區(qū)處于三室和四室之間，避免低溫區(qū)冷卻風(fēng)流入窯爐內(nèi)。 

　　再次，根據(jù)余風(fēng)溫度和窯頭罩負(fù)壓來(lái)調(diào)節(jié)余風(fēng)排放量。窯頭罩負(fù)壓不能控制過大，應(yīng)在0～－40Pa之間，負(fù)壓過大，說(shuō)明了入窯爐熱風(fēng)量和供煤磨熱風(fēng)減少，余風(fēng)排放量加大，易引起煤磨因熱風(fēng)不足而減產(chǎn)，窯爐內(nèi)供風(fēng)不足而使系統(tǒng)產(chǎn)生惡性循環(huán)，產(chǎn)質(zhì)量降低。余風(fēng)溫度應(yīng)控制在150～260℃，過低則表明單位熟料消耗的冷卻風(fēng)量過大，篦冷機(jī)實(shí)際熱效率不會(huì)太高；余風(fēng)溫度過高時(shí)廢氣收塵系統(tǒng)不能適應(yīng)。 

　　7  結(jié)束語(yǔ) 

　　窯系統(tǒng)用風(fēng)控制是影響優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的關(guān)鍵因素，也是節(jié)能降耗、提高生產(chǎn)效率最為重要的操作手段。系統(tǒng)重要部位沒有在線氣體分析儀的情況下，需要通過無(wú)數(shù)次的工藝運(yùn)行情況分析與總結(jié)，并借助必要的熱工標(biāo)定和人工分析檢測(cè)，形成操作參數(shù)與系統(tǒng)熱工狀態(tài)一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，用以指導(dǎo)生產(chǎn)。系統(tǒng)總風(fēng)量和窯爐用風(fēng)匹配具有相對(duì)穩(wěn)定性與可變性，可變性主要體現(xiàn)在系統(tǒng)出現(xiàn)結(jié)蛋、結(jié)圈、粘結(jié)堵塞等工藝故障時(shí)，各部位風(fēng)量將發(fā)生改變，需適時(shí)地跟蹤調(diào)節(jié)。窯頭用風(fēng)對(duì)煤粉燃燒、燒成熱耗、熟料產(chǎn)質(zhì)量和回轉(zhuǎn)窯運(yùn)轉(zhuǎn)的安全性起到關(guān)鍵的作用，生產(chǎn)中必須精細(xì)化調(diào)整。冷卻機(jī)操作看似簡(jiǎn)單，但可變因素也較多，對(duì)窯爐運(yùn)轉(zhuǎn)效率影響甚大，是生產(chǎn)中用風(fēng)調(diào)整最為頻繁的一個(gè)系統(tǒng)，最終要達(dá)到二三次風(fēng)溫高、余風(fēng)和熟料溫度低的“兩高兩低”控制目的。