提高早期預(yù)分解窯產(chǎn)量的措施

我國在上世紀(jì)80年代引進(jìn)和自行設(shè)計開發(fā)的一些預(yù)分解窯生產(chǎn)線，限于當(dāng)時的技術(shù)水平，存在一些缺點與不足。其中有的已在生產(chǎn)實踐中解決，如原來的預(yù)分解窯設(shè)計為燒油或優(yōu)質(zhì)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(zhì)煤的燃燒條件；對分解爐內(nèi)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(rèn)識也已深化，生料入窯的分解率也逐漸提高。但有些生產(chǎn)線至今仍沿用老的噴煤管，回轉(zhuǎn)窯仍維持著原來較低的轉(zhuǎn)速。據(jù)報道^[1]，廣東地區(qū)上世紀(jì)80年代及90年代初建設(shè)的4家預(yù)分解窯的轉(zhuǎn)速分別為2.87r/min、2.5r/min、3.0r/min及2.5r/min，明顯低于當(dāng)今預(yù)分解窯3.0～3.5r/min的水平。當(dāng)時的噴煤管雖也是三風(fēng)道的，但其一次風(fēng)大多數(shù)在15%左右，而目前的三風(fēng)道噴煤管的一次風(fēng)量多在10%以下，一般為5%～6%。由于一次風(fēng)量減少可提高火焰溫度，即提高熟料煅燒溫度，而窯的轉(zhuǎn)速提高可提高回轉(zhuǎn)窯的產(chǎn)量。因此，筆者認(rèn)為通過改用一次風(fēng)量小的大推力高風(fēng)速噴煤管和提高回轉(zhuǎn)窯轉(zhuǎn)速可提高早期建設(shè)的預(yù)分解窯的產(chǎn)量。

1　提高預(yù)分解窯轉(zhuǎn)速的技術(shù)可行性

　　早期建設(shè)的預(yù)分解窯窯速可以提高，其關(guān)鍵是目前的許多技術(shù)使預(yù)分解窯的火焰溫度提高，另一個因素是分解爐技術(shù)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(shè)的預(yù)分解窯所用的噴煤管一次風(fēng)量占總風(fēng)量的15%左右。當(dāng)今的噴煤管多為大推力、小風(fēng)量、高風(fēng)速的三風(fēng)道或四風(fēng)道噴煤管，其一次風(fēng)用量最少的只占總風(fēng)量的5%～6%，煤風(fēng)的風(fēng)速約為20m/s，而內(nèi)、外風(fēng)的風(fēng)速達(dá)170m/s，國外有些噴煤管的外風(fēng)風(fēng)速更高，甚至高達(dá)350m/s，加上結(jié)構(gòu)合理，黑火頭短、火焰短粗、火焰溫度高。由于一次風(fēng)溫只有50℃左右，而二次風(fēng)溫一般都在1000℃以上甚至更高，一次風(fēng)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(yīng)速度加快。據(jù)文獻(xiàn)[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(jié)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(guān)。溫度提高CaO的溶解速度加快，Ca²⁺的擴散速度也加快。當(dāng)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(dāng)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(nèi)停留的時間可以縮短，回轉(zhuǎn)窯的轉(zhuǎn)速可以加快。目前，新設(shè)計的預(yù)分解窯正常運行轉(zhuǎn)速多在3.2r/min，甚至高達(dá)3.5r/min。

1.2　篦冷機用厚料層，提高一室風(fēng)壓使二次風(fēng)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(fēng)壓提高，可提高二次風(fēng)溫。例如，廣西魚峰水泥有限公司^[3]將篦冷機二室的風(fēng)壓從原來的5.6～5.9kPa提高至7.8kPa，二次風(fēng)溫達(dá)1000℃，三次風(fēng)溫達(dá)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(fēng)壓從4.2kPa提高至4.6kPa，提高了二次風(fēng)溫，解決了產(chǎn)生黃心料的問題。二次風(fēng)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(shè)的預(yù)分解窯，由于對分解爐內(nèi)燃料的懸浮、燃燒以及生料的懸浮分解技術(shù)認(rèn)識不夠，致使當(dāng)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(shù)認(rèn)識的深入，分解爐的操作技術(shù)日趨成熟，現(xiàn)在生料入窯分解率都在90%以上，不少已達(dá)95%以上。生料入窯分解率的提高，將有利于窯的轉(zhuǎn)速提高。

2　提高預(yù)分解窯轉(zhuǎn)速的措施

　　
2.1　更換噴煤管
　　

如前所述，要想提高回轉(zhuǎn)窯轉(zhuǎn)速，必須用新的三風(fēng)道或四風(fēng)道噴煤管代替老的噴煤管。所選用的噴煤管，其一次風(fēng)量應(yīng)盡可能小，最好達(dá)5%～6%。另外，其結(jié)構(gòu)應(yīng)有利于火焰的調(diào)節(jié)，應(yīng)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(hù)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(zhuǎn)窯主傳動的減速機
　　

為提高窯速，應(yīng)更換減速機的小齒輪，最好使回轉(zhuǎn)窯的最高轉(zhuǎn)速達(dá)3.5r/min甚至更高些?；剞D(zhuǎn)窯的轉(zhuǎn)速除了與火焰溫度有關(guān)外，還與生料的易燒性以及配料方案有關(guān)。各廠的情況不盡相同，應(yīng)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(zhuǎn)窯，轉(zhuǎn)速可快些，其轉(zhuǎn)速可高達(dá)3.5r/min；對生料易燒性差的、直徑小的回轉(zhuǎn)窯，轉(zhuǎn)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(chǎn)線在調(diào)試過程中窯速保持3.5r/min，堅持薄料快轉(zhuǎn)，很快達(dá)標(biāo)達(dá)產(chǎn)。據(jù)介紹^[3]，窯速每增加0.1r/min，喂料量增加5t/h，相當(dāng)于每小時產(chǎn)量增加3t左右，按83.3t/h熟料計，產(chǎn)量增加3.6%。若按早期建設(shè)的預(yù)分解窯轉(zhuǎn)速為2.8r/min計，當(dāng)窯速分別提高到3.0r/min和3.2r/min時，在保持窯內(nèi)物料填充率不變的前提下，臺時產(chǎn)量可分別增加7%和14%。按增加產(chǎn)量14%計，2000t/d生產(chǎn)線的熟料產(chǎn)量可達(dá)2280t/d，而日產(chǎn)4000t的生產(chǎn)線熟料產(chǎn)量可達(dá)4560t/d?；剞D(zhuǎn)窯轉(zhuǎn)速的提高還可使物料受熱均勻，從而使熟料的質(zhì)量均勻。
　　由于窯的轉(zhuǎn)速加快，窯用電動機所消耗的功率也相應(yīng)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(yīng)更換電動機。

2.3　其它設(shè)備的改造或更換

2.3.1　冷卻機
　　

回轉(zhuǎn)窯熟料產(chǎn)量增加要求冷卻機冷卻能力相應(yīng)增大。在產(chǎn)量增加15%以內(nèi)，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(jìn)行改造。
2.3.2　煤磨系統(tǒng)
　　

回轉(zhuǎn)窯產(chǎn)量增加，若熟料熱耗不變(產(chǎn)量增加，熱耗可能會稍微降低)，要求煤粉用量增加。煤磨的設(shè)計一般都有一定的儲備能力，若產(chǎn)量增加幅度在15%以內(nèi)，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(fēng)溫度)等措施，提高煤磨產(chǎn)量，滿足煤粉用量增加的要求。

2.3.3　窯尾排風(fēng)機
　　

更換噴煤管提高回轉(zhuǎn)窯轉(zhuǎn)速，熟料產(chǎn)量提高，要求窯尾排風(fēng)能力大為增加。更換噴煤管使一次風(fēng)量減少，要求二次風(fēng)相應(yīng)增加。例如，一次風(fēng)從15%減少到6%，則二次風(fēng)要求相應(yīng)增加9%；若窯的產(chǎn)量增加15%，則窯尾排風(fēng)機風(fēng)量大約要增加24%。通過減少系統(tǒng)漏風(fēng)，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(fēng)機取決于一次風(fēng)量減少的程度和回轉(zhuǎn)窯產(chǎn)量增加的幅度。

2.3.4　旋風(fēng)筒及其連接管道
　　

窯的產(chǎn)量增加使廢氣量增大，旋風(fēng)筒截面風(fēng)速和管道風(fēng)速相應(yīng)增大，系統(tǒng)阻力增加，要求窯尾風(fēng)機抽力增大。若原來設(shè)計的旋風(fēng)筒截面風(fēng)速和管道風(fēng)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(fēng)筒有效內(nèi)徑，使旋風(fēng)筒截面風(fēng)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(chǎn)量增加與廢氣量增加的比例相同考慮，在產(chǎn)量增幅<15%的情況下，可望增大廢氣通過電除塵器的風(fēng)速而不需增大電除塵器的收塵面積。

3　結(jié)束語

　　我國早期建設(shè)的預(yù)分解窯生產(chǎn)線，窯內(nèi)煅燒溫度偏低，窯速偏慢，建議更換一次風(fēng)量小、推力大的新型噴煤管，提高窯內(nèi)煅燒溫度，加快回轉(zhuǎn)窯轉(zhuǎn)速，以便提高其產(chǎn)量。