淺析我國現(xiàn)有預熱預分解窯改造技術

　　改革開放二十年，我國水泥工業(yè)產(chǎn)量的增長是引人矚目的。但是產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)結構的不合理，現(xiàn)代化技術水平的不均衡，可持續(xù)發(fā)展的目標要求不明確，是冷靜進入21世紀需要考慮的。面對現(xiàn)實，資金籌措困難，新建擴建不容易，技術改造成為熱潮。然而如何判定、如何選擇、如何開拓新的工作思路，使技改工程體現(xiàn)出必要性、可行性和最優(yōu)化是水泥行業(yè)工作者面臨的挑戰(zhàn)。

　　1、診斷性工作

　　我國水泥產(chǎn)業(yè)結構不合理的突出表現(xiàn)是回轉窯少，新型干法窯更少，新型干法窯不僅是預分解窯(以下簡稱NSP窯)也包括預熱器窯(簡稱SP窯)，立筒預熱器窯，旋風預熱器窯都屬于此。我國新型干法窯有大有小是符合國情的，不同規(guī)模選用不同型式也是合理的，不必急于改小增大或改SP為NSP。筆者以為我國現(xiàn)有預熱預分解窯可分為80年代中期前后兩類，80年代中期以后建設的SP窯和NSP窯由于資料信息比較充裕，試驗實踐條件也好，技術水平都不低。例如大量的300t/d、600 t/d SP窯和1000t/d、2000 t/d NSP窯，還有3000～7000t/d規(guī)模的NSP窯等等，有國產(chǎn)的亦有引進的。盡力使它們達到應有的性能指標，充分發(fā)揮他們的潛能是首要的。維護、使用、認識和掌握是關鍵，最好不要輕易改動。在實現(xiàn)達標達產(chǎn)，長期穩(wěn)定運轉的基礎上，節(jié)能降耗，降低成本，提高競爭力，體現(xiàn)優(yōu)越性。一般設備的產(chǎn)量富裕能力都有10%甚至20%，可以挖掘。冷靜地使用掌握好這一批窯型，待駕輕就熟之后再作考慮，可以更上一層樓，非小改小革可以比擬。

　　關于80年代中期以前的預熱預分解窯由于歷史的原因，確實存在問題。真正需要投入進行技術改造的應是這一類，也是本文想要闡述的重點。

　　眾所周知，NSP窯是在SP窯的基礎上發(fā)展起來的，相距約20年，有一個積累經(jīng)驗，掌握和提高技術的過程和時間。而我國幾乎是跳過SP發(fā)展NSP，且當時的技術環(huán)境與條件也比較差，許多初期建設的中小型新型干法窯生產(chǎn)中出現(xiàn)的問題，實際是SP的問題，也交錯著爐子問題。這些預熱預分解窯的規(guī)模在2000 t/d以下，大部分在1000 t/d以下。窯規(guī)格在Φ2.4～Φ4.0m范圍內(nèi)。長期達不到設計產(chǎn)量是基本狀況，也有勉強達到但難維持穩(wěn)定。當前，這些工廠紛紛提出改造要求，做好改造前的診斷對癥下藥是決定改造方案的成功可能性與投資效果最佳性的關鍵。

　　1.1、原有生產(chǎn)狀況分析

　　在改造前必須對原有系統(tǒng)狀況作詳細的分析，具體應包括：工藝設備配套情況；工程土建、電氣情況；操作管理、生產(chǎn)實績及技術水平發(fā)揮狀況；還有現(xiàn)場問題反映，曾采取的措施以及處理效果等。對原燃料的供應、制備、控制、均化條件亦必須關注，總之了解掌握系統(tǒng)問題所在是考慮改造的基礎資料，也是改造前期的工作準備。

　　1.2、改造的目標值必須充分明確

　　為什么改造和要求改造的目標值必須清楚，要求在什么基礎上提高，期望提高到什么程度，有沒有可能性和可行性，工廠上下意見是否一致，廠院結合雙方認識必須充分明確。改前應有標定數(shù)據(jù)認可，作為改后的對比基礎。

　　1.3、正確估計投資額及投資到位可能
                  　　在盡可能低投資高效益的主導思想下多方案比較，使技改工程的技術經(jīng)濟指標、所需費用及工程量達到最佳結合，綜合效果最優(yōu)。根據(jù)資金情況，可分期分步進行，亦可一次到位。目的是做到收支平衡，得益相當。通過改造把企業(yè)搞好，而不要負債累累。

　　2、技術思路開拓

　　面對分布較廣的中小型預熱預分解窯技改需求，筆者認為在改造的思路上可以有這樣幾點：①具體情況具體分析，避免千篇一律，一哄而上；②結合國情，借鑒國外技改革新的有用經(jīng)驗；③將引進技術中的可用部分和大型國產(chǎn)化預分解窯設計技術中的適宜部分運用到中小型技改項目。

　　首先舉兩個國外的改造例子：

　　例1：一臺原設計為610 t/d的Φ3.5 m×48 m SP窯，技術改造的第一步是挖潛革新使產(chǎn)量提高到900t/d(不含加把火)。主要是改善預熱器系統(tǒng)熱效率，使表觀分解率由30%提高到50%，出系統(tǒng)廢氣溫度降低約80℃，篦冷機由普通料層改為厚料層。第二階段才是由SP窯改為NSP窯，但考慮的思路可以借鑒。既不是由原設計610t/d按常規(guī)再立一列相同的預熱器并加分解爐，也不是在已提高的900t/d基礎上再翻一番，當然也沒有推倒重來，而是在充分核算檢驗了原預熱器框架的應力數(shù)據(jù)后，提出一個可行的容納在原框架空余空間內(nèi)的新一列預熱器系統(tǒng)，比原系統(tǒng)預熱器規(guī)模稍小。外加Pyroclon分解爐，能力在450～600t/d。對于改造后的整體1220～1300t/d來說，新系統(tǒng)既分擔了一部分產(chǎn)能，也為原系統(tǒng)減輕了負荷使生產(chǎn)更穩(wěn)妥，運行更可靠。冷卻機沒有更換而是改進。值得注意的是兩列系統(tǒng)都可以加把火。新一列有正規(guī)的分解爐，有單獨的三次風管，純空氣燃燒，加入的燃料量約為該系統(tǒng)產(chǎn)量的40%，原有一列在窯尾上升管道內(nèi)加入該系統(tǒng)產(chǎn)量的19%左右的燃料，在窯氣中燃燒。亦可適當通一些新鮮三次風(根據(jù)需要)。改造工作很細致，很實用。并沒有片面追求高產(chǎn)量，而是在原有條件基礎上的充分發(fā)揮，靈活運用。

　　例2：一臺Φ4 m×58mSP窯通過改造，產(chǎn)量一步步提高，由900t/d→1 500t/d→2200t/d。這種逐步改造為NSP窯的方式實際上是一種掌握完善提高的過程，也是對新型干法窯的認識過程。對于我國中小型廠家是十分必要的。目前有一些工廠已經(jīng)這樣做了，也取得了一定成果。從減緩一次性投資壓力來看，充分發(fā)揮SP系統(tǒng)的功能，分期分步進行NSP窯的改造亦是有利的。

　　新型干法窯的優(yōu)越性不僅在產(chǎn)量，更應體現(xiàn)在各項性能指標的先進和系統(tǒng)各部工藝設備的合理配置上。下面擬從窯系統(tǒng)的幾個方面作一一敘述：

　　2.1、分解爐的設置

　　在原有SP系統(tǒng)上做NSP的文章，設置一個二次燃燒裝置即分解爐是十分必要的，但是什么樣的分解爐要根據(jù)技改目標值而定，可簡可繁。如果增產(chǎn)幅度不大，可以是窯尾煙室上升管道的延伸或擴大，燃燒空氣由窯內(nèi)通過；如果增產(chǎn)幅度較大，則需單獨設置分解爐、聯(lián)接管道和整個分解區(qū)域，燃燒空氣由專設三次風管供給。前者的增產(chǎn)幅度一般不超過設備性能產(chǎn)量的35%，后者可增至100%不等，甚至可更大。依據(jù)窯爐燃料量的分配以及改造工程的需要與可能而定。

　　改造工程的難點在于能在原有預熱預分解系統(tǒng)框架結構布局的限定條件下設計一個適宜的能滿足改造要求的預分解裝置。使進氣進料進煤位置分布恰當，流向順暢，能確保物料盡快地均勻分散，燃料有效地燃燒和生料分解。爐型配置不拘泥于某種形式，例如我國早期的爐型主要是RSP和SF?，F(xiàn)在可針對需要用適宜的新爐型放在框架內(nèi)或單獨設在框架外，亦或管形與罐形的結合。

　　也需從延長料氣停留時間、強化流動形式、改善爐內(nèi)環(huán)境氣氛等方面著手，特別要注意適應性強的問題。地方廠的原燃料情況復雜，質量差是客觀存在。除要求工廠盡量做到均勻搭配，適量存放，例如簡易的均化堆棚均化措施外，設計上針對偏差的煤質，相對變化大一些的范圍，考慮爐子的適應性是必要的。所謂適應性強一是要針對改造廠的基本煤質，二是有變動靈活的可能性如：入爐料量的分配可調(diào)性，喂煤點位置及數(shù)量的可變性；三是最好為純空氣點燃，部分純空氣燃燒，同時充分利用窯氣。

　　分解爐尺寸要足夠大，并配以能力足夠的預熱器和風機是改造增產(chǎn)的關鍵。

　　2.2、預熱器系統(tǒng)改造

　　目的是改善系統(tǒng)的功能，增大氣固量的處理能力，盡可能地降低阻力，并使抗變穩(wěn)定性好。我國早期的SP系統(tǒng)都是4級，旋風筒的形式比較單一陳舊，使用效果不好。近年來國內(nèi)預熱器設計已有很大的進步，為此應將技術發(fā)展的基本觀點和實用措施運用到改造項目中。

　　(1)高效低阻是預熱器設計改造的目標。凡不利于收聚效率的降阻措施或可能危及生產(chǎn)可靠性的附加裝置降阻措施等都是不可取的，資料表明低壓損旋風筒已經(jīng)歷了從簡單到復雜又到新的更深一步的簡單這樣一個發(fā)展過程。國內(nèi)外大型設計中已經(jīng)采用是成熟的技術，可以運用于中小型技改之中。

　　(2)實驗研究和對國內(nèi)外有關資料的分析表明，影響旋風筒單體效率、阻力的結構因素主要是總高、進出口面積、進口形狀和內(nèi)筒深度(以下所指皆為有效尺寸)。 
 　?、倏偢吲c筒徑之比H/D，都是C1＞其他級。國內(nèi)外各種型式旋風筒C1的H/D范圍約在2.0～3.2。C1總高并不是越高越好，也不經(jīng)濟，能滿足效率高而阻力不過高為準。但需注意在原有旋風筒的基礎上改造時，隨意截短(因布置關系)或過分放大直徑而高度不變致使H/D不合理也是不適宜的。提供的參考數(shù)據(jù)為：C1的H/D最低值2左右，最佳值2.6左右，其他各級的H/D在1.8～2.3范圍內(nèi)。
　?、谶M出口面積(F1和F0)增大已成趨勢，對原旋風筒的改造更有必要。以往旋風筒各處的風速特點是截面風速小，進出口風速大。新的改進型數(shù)據(jù)是適當增大截面風速(從流場觀點并不代表真實意義的風速)，減小進出口風速，可以在保證收聚效率的前提下降低阻力，增大處理能力，體積僅少有增加。為此改造舊有旋風筒可根據(jù)改造目標值重新核算截面風速和進出口風速，盡可能利用原有支承，保持主平臺位置不動。而需在上部結構上改變進口蝸殼尺寸和角度，以滿足擴大進出口面積的要求。 原有進口是方形的必須改為長方形，對效率阻力都有好處。外下角傾斜50°可避免低風速時的物料沉積，參考數(shù)據(jù)寬高比b/c≈0.5～0.6 F1和F0的參考數(shù)據(jù)：前者與旋風筒直徑的平方比值為0.16～0.32；后者該比值為0.20～0.45，選用時C1高效級偏于下限，其他各級取向上限。注意當SP改為NSP后，最下一級效率也很重要，僅次于頂級。旋風筒的關鍵尺寸調(diào)整后，其它各部位尺寸可根據(jù)情況作相應調(diào)整。
　　③內(nèi)筒加大后，對降低阻力有利，維持適當?shù)纳疃仁潜ＷC效率的關鍵。采用大型設計中掛板式和掛片式內(nèi)筒結構和材質，對維護檢修、使用都有利。

　　(3)聯(lián)接管道與旋風筒組成的換熱單元里，氣固熱交換主要在管道，阻力損失也相當一部分在管道。為增加處理能力和延長氣固停留時間，也為降低實際生產(chǎn)阻力，改造廠的各級聯(lián)接管道必須擴大，改后的管道風速應比改前低。在有撒料裝置能使粉料分散的管道內(nèi)，風速可在大于12m/s、小于16 m/s的范圍內(nèi)(過去的數(shù)據(jù)是16＜v＜24)。

　　(4)細微結構需改進、完善和強化，特別要強調(diào)鎖風閥、撒料裝置和防堵清堵設施等的完好使用，充分認識主體設備確定后，這些都是關鍵的小設備，起到事半功倍的作用，必須用新技術裝備。

　　(5)改造后的各級料管尺寸、走向角度也要給予關注，以保證料流順暢，生產(chǎn)穩(wěn)定，事故少。盡量使溜角大于65°或不小于60°，這對小廠尤為重要。

　　(6)用大型國產(chǎn)化預分解系統(tǒng)的設計和加工技術，強化密閉堵漏和保溫隔熱，解決中小型系統(tǒng)廢氣帶走熱和胴體散失熱損失大的嚴重缺陷。強調(diào)襯料性能和砌筑質量的重要。

　　(7)不必要求過高的自動化水平，但必要的儀器儀表必須齊備好用，能反映系統(tǒng)狀況，方便操作。

　　2.3、關于回轉窯的問題

　　一般SP窯改造為NSP窯是在窯規(guī)格不變的情況下實施。由于預熱預分解系統(tǒng)的技術改進和強化，提高了入窯物料分解率，相同產(chǎn)量時窯的負荷大大減輕。所以技改工程可沿用原有窯體尺寸，不必改動而達到增產(chǎn)目的。但應注意窯速范圍，SP窯一般不超過2r/min，國內(nèi)有些小SP窯甚至窯速小于1.5r/min。改造為NSP窯必須根據(jù)需要核算應有的傳動功率，調(diào)整窯速范圍，從發(fā)展的角度，建議傳動功率、轉速系統(tǒng)的調(diào)整一次性到位為宜。

　　對于原有NSP窯的增產(chǎn)改造，窯體尺寸及轉速可不變動，但傳動功率需由設備設計人員核查確認。

　　此外還有一種思路，筆者認為窯體規(guī)格可以變動由三檔支承變?yōu)閮蓹n的改造，例如Φ3m× 48m或Φ3.2m×50m在原窯空間位置上變?yōu)棣?m×48m～50m，其他類推。產(chǎn)量上一個新層次，此為拋磚引玉，本文不作詳談。

　　關于窯頭窯尾即使在窯規(guī)格不變的情況下，仍需視技改方案涉及的部位進行相應的變動。如窯尾煙室喂料斜坡的變動；冷卻機、燃燒器、三次風管等牽涉窯頭罩的變動；窯頭窯尾密封及護板的改進完善等等。這里筆者建議中小型窯由窯頭抽取三次風更有利，一則大窯門的砌筑難度相對比大型小，二則也是主要的三次風溫可提高約200 ℃，計算約相當于增加10%的分解爐燃料量，對預分解有利，尤其對燒劣質煤有利。

　　2.4、關于冷卻機的改造

　　冷卻機的配套完好是SP窯改造為NSP窯以及新型干法窯增產(chǎn)節(jié)能的關鍵因素之一，一般國內(nèi)中小型SP和NSP窯的冷卻機型式為單筒或篦式，使用效果都不太令人滿意。冷卻效率和熱回收效率低，熱損失大，妨礙了窯系統(tǒng)產(chǎn)能的發(fā)揮。為確保冷卻機的性能與技改后窯系統(tǒng)指標相適應，并保證供應窯及預分解系統(tǒng)所需的高溫助燃空氣，冷卻機的改造應如下述：

　　(1)單筒或篦式冷卻機各有優(yōu)缺點，不必強求一致，可以各自加以改進。
　　(2)單筒機的型式可視需要與可能由直筒改為鼓形，內(nèi)部裝置的結構形式、排布應改進。采用耐熱、耐磨材質和抗熱震性好的襯料，進出料部位需改造，用斜坡式進料較好，且有利于熱端密封結構的改進完善。
　　(3)篦式冷卻機的新型化，能一次到位采用空氣梁的小型樣機最好，若不行，則再次提高料層厚度和篦下壓力，改換或增設必要的新鼓風機，適當加長冷卻機長度，冷卻區(qū)段重新劃分，考慮是否加裝熟料破碎機等。

　　2.5、關于燃燒裝置

　　窯頭必須采用多通道噴煤管是新型干法窯的操作要求之一，便于火焰的調(diào)整對煤質的適應。我國沒有象國外那樣專業(yè)的燃燒器生產(chǎn)廠家供應水泥工廠各種規(guī)模生產(chǎn)的需要。國內(nèi)大型廠的燃燒器基本都是引進，中小型SP窯的燃燒器除極個別引進技術設備外，其他采用國產(chǎn)化多通道噴煤管的有之，簡易多通道的有之，甚至還有用單通道噴煤管。為此技改工程需重視燃燒裝置的改造，總結經(jīng)驗，開發(fā)設計適宜的多通道噴燃器并配以相關的操作使用說明使工廠真正掌握。

　　3、結束語

　　技改工程項目是技術含量不低、難度較大的工作，是新世紀水泥工業(yè)致強措施之一，穩(wěn)定的政策指導是關鍵。最終效益的判定在于工作前的深思，而不是工作后的反思。