預(yù)分解窯風量控制方法探討

　　新型干法窯生產(chǎn)過程中，風、煤、料和窯速是公認的四大操作要素，其中用風問題是最重要、也是最為復(fù)雜的關(guān)鍵控制參數(shù)，是煤粉燃燒、物料懸浮預(yù)熱分解和高溫熟料冷卻所必需的動力源泉。掌握用風的原理并使之受控是每位工藝人員不懈的追求目標。但是系統(tǒng)用風變數(shù)較大，某個部位結(jié)構(gòu)尺寸的細微變化、或外在因素（如積料、結(jié)皮和漏風等）的影響都會使系統(tǒng)用風狀況發(fā)生明顯的變化，在很大程度上給窯系統(tǒng)的產(chǎn)質(zhì)量、熱耗及電耗產(chǎn)生負面影響，實際生產(chǎn)過程中調(diào)控操作難度也較大，常常會遇到左右為難、模擬兩可的情況。本文結(jié)合我公司采用的RSP爐預(yù)分解系統(tǒng)、高原型第三代充氣梁篦冷機和1000t/dФ3.3×50m窯，對窯系統(tǒng)的風量控制方法進行分析探討，旨在分析各子系統(tǒng)用風的要理及其相互間的影響，使問題從個體到總體、局部到全局地得以解決，供同仁參考。

　　1．中小型窯風量控制的主要難點

　?、胖行⌒透G固有的系統(tǒng)性機電和工藝故障相對較頻繁，造成作業(yè)場所粉塵大，環(huán)境惡劣，很難滿足精密氣體分析儀對周圍環(huán)境的苛刻要求。雖然多數(shù)新型干法窯原設(shè)計時各主要部位均設(shè)置有氣體分析儀，但能長期正常運行的的極少，有的生產(chǎn)線干脆僅僅在溫度較低的窯尾電收塵進口設(shè)置CO分析儀，能防止CO含量超高引起電場爆炸事故既可。致使窯尾、分解爐出口、預(yù)熱器出口等重要部位的O2、CO、NOX等含量無法獲知，失去了風量調(diào)節(jié)最直接最有用的信息來源。

　?、迫G系統(tǒng)基本未設(shè)置氣體流量計，無法從直觀上準確判斷各點風量的合理性，一般情況下只能依靠風溫和風壓間接判斷。

　?、窍到y(tǒng)設(shè)備完好率不高，高溫風機、篦冷機風機等各種通風設(shè)備的能力往往同名牌標識存在一定的偏差，分析核算用風量較為繁雜。

　?、入姎庾詣踊诫y以同大型窯相提并論，工藝穩(wěn)定性欠佳，自動調(diào)節(jié)回路運行情況都不太理想。分解爐出口溫度同尾煤加入量、篦冷機一室篦下壓力同一段篦床速度、預(yù)熱器出口O2含量同高溫風機轉(zhuǎn)速、窯頭負壓同篦冷機余風排出量等自調(diào)回路難以正常運行，手動調(diào)節(jié)，變數(shù)較大。

　　2．系統(tǒng)總風量的調(diào)控及要求
　　窯系統(tǒng)用風控制點分布如圖1所示。

窯系統(tǒng)用風控制點分布圖

　　圖中A為高溫風機排風量控制點，排風量的大小決定了預(yù)熱器及分解爐各部位的風速、窯爐用風總量和系統(tǒng)空氣過剩系數(shù)。B點為三次風閥，控制窯爐風量平衡問題。C點為冷卻用風總量控制點，決定了單位熟料消耗空氣量和高低壓風的匹配。D點主要為余風排出，控制著窯頭壓力和入窯爐二、三次風量，主要跟篦冷機的冷卻效率有關(guān)。

　　系統(tǒng)總風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荷生產(chǎn)能力下，為保證預(yù)熱器各進出口風速高于最低允許風速，要求適當加大空氣過剩量，提高氣固比，不應(yīng)過分追求風煤的配合比例。投料前最好將預(yù)熱器頂級出口負壓拉至2800~3300Pa，即大風量投料操作，之后無需過多的調(diào)整。在滿負荷正常生產(chǎn)狀況下，由于系統(tǒng)各部位尺寸設(shè)計時，預(yù)熱、分解系統(tǒng)內(nèi)所需風量及風速，主要以消耗的燃煤充分燃燒所需空氣量為基礎(chǔ)，因此空氣過剩量無需過大。

　　操作控制方面主要采?。阂皇潜M量避免CO的出現(xiàn)，保證進窯尾電收塵進口CO含量≤0.15%；二是系統(tǒng)在不同的運行狀況下，適時地手工取樣分析窯尾、分解爐及頂級預(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、高溫風機轉(zhuǎn)速及其電流等）間的對應(yīng)關(guān)系來指導操作，把上述三個部位的O2含量處于1.5～2%、2%～3%、4%～5%時的系統(tǒng)熱工狀況及參數(shù)作為控制基準；三是依據(jù)各級旋風筒進出口溫度、壓力和錐體壓力的穩(wěn)定性，進一步結(jié)合電收塵進口CO含量來判斷風量是否足夠，以此來調(diào)節(jié)總風量和冷卻機鼓風量；四是用效正過的皮托管測出進高溫風機的廢氣管道內(nèi)傾斜微壓差，換算成單位熟料排出的廢氣量進行間接判斷。一般情況下，預(yù)分解窯系統(tǒng)各部位風量的正常匹配如表1所示。

表1 預(yù)分解窯各部位正常風量匹配

　　注：*入窯二次風溫度測點位于大窯頭罩頂部，窯頭高溫火焰對其有一定的輻射熱，顯示溫度存在一定的虛高；**三次風從窯頭罩抽取，但溫度測點位于分解爐入口，顯示溫度明顯比二次風溫低；分解爐出口是指窯爐氣流混合后的高溫級旋風筒入口。

　　3．窯頭用風

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

　　3．1輸送煤粉風機的選用

　　目前國內(nèi)使用最多的三種是羅茨風機、回轉(zhuǎn)式滑片壓縮機和離心式風機。一般的離心式風機壓力都較低，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，運轉(zhuǎn)成本高。羅茨風機出口壓力高，風量調(diào)節(jié)方便，出口空氣潔凈，使用維護簡單，生產(chǎn)中應(yīng)優(yōu)先考慮使用。選用時風量主要按以下兩點確定：一是窯頭燃燒器煤風道理論噴出風速25-32m/s，考慮漏風和管道動量損失、以及煤粉濃度對輸送過程的加速作用后，工況風速大約在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。風機的風量不能選得過小，應(yīng)在選型計算的基礎(chǔ)上按1.1的富裕系數(shù)考慮，以防止煤粉沉積在管道內(nèi)，避免造成股流狀輸送，風機能力相對較大的情況下可以采取放風的方式。入窯煤風壓力控制在2.0~2.5kPa為宜。

　　3．2一次風量及噴出風速

　　一次風量的作用是供煤粉內(nèi)揮發(fā)份燃燒，且分成高速軸流風、旋流風和少量低速中心風輸送煤粉進入窯內(nèi)，在窯內(nèi)形成一個活撥有力的“柳葉”型火焰。一次風量減少，自然可增加高溫二次風用量。但是，生產(chǎn)實踐告訴我們，過低的一次風量，對于中小型預(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，不能一味的套用大型窯追求超低一次風量的生產(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。目前國內(nèi)中小型預(yù)分解窯配套使用的燃燒器多為國內(nèi)設(shè)計，窯頭送煤風和一次凈風總量大多占窯內(nèi)燃燒空氣總量的10~15%左右，也可認為是目前所能夠達到的實際水平。根據(jù)我公司目前使用的進口皮拉德Rotaflam型旋流式四風道煤粉燃燒器和國廠TJB型四風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，灰份31.5%，揮發(fā)份23%，細度5-8%），得出以下幾點認識。

　　 Rotaflam型燃燒器追求低風量、低旋流角度（≤20。）、中等風速（150~170m/s），采取煤風置于旋流風內(nèi)側(cè)的獨特結(jié)構(gòu)，使之形成強度適中、長度方向熱力分布合理的火焰，生產(chǎn)中便于適時調(diào)節(jié)控制，用于帶高效篦式冷卻機的窯系統(tǒng)時，一次風比例基本可控制在8%左右；用于帶單冷機的窯系統(tǒng)時，配套進口的一次風機能力明顯偏小，經(jīng)數(shù)次改進，將一次風比例提高至14~18%后，窯系統(tǒng)方才進入良好狀態(tài)。

　　TJB型四風道煤粉燃燒器類似于洪堡PYRO-JET型燃燒器，追求超高軸流風速（200~400m/s）、大旋流角度（~35。）、中等旋流風速（130~180m/s）和較低中心風速（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，原配用的一次風機能力有些不足。通過調(diào)整噴嘴結(jié)構(gòu)、增大一次風機傳動輪比例和提高風機轉(zhuǎn)速后，動壓得以提高，燃燒器推力增強，各風道風速達到設(shè)計要求，一次風比例由設(shè)計值（~8%）調(diào)整為10~12%。但是，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散角度和旋流風擴散速度等問題作進一步研究改進。

　　4．窯尾用風

　　4．1窯尾基本特點及工藝參數(shù)

　　 窯尾主要包括煙室、縮口、斜坡及進料舌頭等，除了起連接窯和分解爐的作用外，結(jié)構(gòu)及尺寸對工藝的影響也較大。會導致：窯內(nèi)的煙氣與進入分解爐的三次風之間的平衡問題；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)，高溫粉料下沖勢能較大，窯尾縮口應(yīng)具有25m/s以上的噴騰風速，否則生產(chǎn)中難免會發(fā)生物料短路直接入窯的情況，這點在無數(shù)次的點火升溫投料實踐經(jīng)驗已得到證明。考慮該部位漏風的影響，通風面積設(shè)計以斷面風速30m/s左右為宜?？s口高度不能小于650mm，以形成穩(wěn)定的柱塞流。四個角圓滑過渡，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，斷面風速不應(yīng)大于10m/s。斜坡表面要平整，斜度≥50。；來自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。

　　窯尾進料斜坡至拱頂?shù)耐L斷面受到窯轉(zhuǎn)動和進料舌頭的影響，通風斷面難以大幅度增大，往往成為眾多生產(chǎn)線的瓶頸部位。風速高，必然引起生料入窯不暢和大量飛灰，通風受阻，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設(shè)法形成導角使之同斜坡水平，斜坡及進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)中窯尾風量控制方法

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

　?、俑G尾溫度及負壓：尾溫愈高、負壓愈大，表明窯內(nèi)拉風較大，窯內(nèi)高溫區(qū)后移；反之，負壓小、溫度較低時，說明窯內(nèi)通風不足，三次風相對過量。

　?、诟鶕?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，胴溫前高后低時，說明窯風偏小，窯頭憋火；如果火焰拉得較長，窯前溫度低，窯皮長度超過窯長的40%，燒成帶胴溫明顯降低，尾溫異常升高時，說明三次風過小，窯風過大。

　　③現(xiàn)場觀察分析：看窯尾縮口內(nèi)是否有熒光火花；斜坡積料發(fā)粘程度；縮口風速是否穩(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，說明窯內(nèi)通風不足，縮口噴騰風速不夠。

　?、苓m時地人工取氣體樣進行成分分析：窯系統(tǒng)穩(wěn)定運行狀況下，人工分析煙氣成分來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出的結(jié)果，準確性也無法同人工分析相提并論。

　　5．回轉(zhuǎn)窯和分解爐風量平衡調(diào)節(jié)

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

　　目前較常用的調(diào)節(jié)方式為：窯尾縮口采用固定式，三次風管上設(shè)置調(diào)節(jié)閥?？刂萍夹g(shù)關(guān)鍵點：一是根據(jù)窯生產(chǎn)設(shè)計能力時窯尾通過的工況氣體流量來確定縮口截面積（宜以實際風速≥25m/s為基準）；二是三次風調(diào)節(jié)閥全開時，窯路通風阻力大于爐路，即窯內(nèi)風量不足；三是三次風調(diào)節(jié)閥關(guān)至風管截面的50%以上時，爐路風量達不到正常值，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，要綜合考慮窯爐用煤量，窯尾溫度、負壓，入爐三次風溫、風壓，窯內(nèi)煅燒狀況，爐出口溫度和壓力的穩(wěn)定性，系統(tǒng)是否存在塌料等參數(shù)。

　　6．篦式冷卻機風量控制途徑

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

　　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高壓風鼓入量的影響，因此要用足用大1~3室風量，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、三次風溫度來調(diào)節(jié)低溫區(qū)冷卻風，使篦冷機內(nèi)零壓區(qū)處于三室和四室之間，避免低溫區(qū)冷卻風流入窯爐內(nèi)。

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

　　7．結(jié)束語

　　 窯系統(tǒng)用風控制是影響優(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，需要通過無數(shù)次的工藝運行情況分析與總結(jié)，并借助必要的熱工標定和人工分析檢測，形成操作參數(shù)與系統(tǒng)熱工狀態(tài)一一對應(yīng)關(guān)系，用以指導生產(chǎn)。系統(tǒng)總風量和窯爐用風匹配具有相對穩(wěn)定性、以有可變性的一面，可變性主要體現(xiàn)在系統(tǒng)出現(xiàn)如結(jié)蛋、結(jié)圈、粘結(jié)堵塞等工藝故障時，各部位風量將發(fā)生改變，需適時地跟蹤調(diào)節(jié)。窯頭用風對煤粉燃燒、燒成熱耗、熟料產(chǎn)質(zhì)量和回轉(zhuǎn)窯運轉(zhuǎn)的安全性起到關(guān)鍵的作用，生產(chǎn)中必須精細化調(diào)整。冷卻機操作看似簡單，但可變因素也較多，對窯爐運轉(zhuǎn)效率影響甚大，是生產(chǎn)中用風調(diào)整最為頻繁的一個系統(tǒng)，最終要達到二三次風溫高、余風和熟料溫度低的“兩高兩低”控制目的。

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