旁路放風(fēng)系統(tǒng)的計(jì)算與工藝流程
1.引言
眾所周知,由原、燃料中所帶入的堿、氯、硫化合物會(huì)在窯系統(tǒng)(回轉(zhuǎn)窯和預(yù)熱器)內(nèi)部循環(huán)和富集。窯內(nèi)的堿大概在800℃以上開(kāi)始揮發(fā)。但是,堿的最耐溫的那部分,會(huì)留在熟料中并以如下礦物出現(xiàn):KC23S12,NC8A3,KC8A3,K2SO4,Na2SO4。揮發(fā)的堿到達(dá)預(yù)熱器中溫度較低區(qū)域時(shí)會(huì)凝結(jié)在溫度較低的生料中,K2O在預(yù)熱器中的冷凝率高達(dá)81~97%,而Na2O的冷凝率則較低。冷凝的堿隨預(yù)熱生料再次來(lái)到溫度較高的窯內(nèi),并再次揮發(fā),這就是所謂的堿循環(huán)[1]。
在新型干法窯的操作中,由于煤粉細(xì)度過(guò)粗以及操作不當(dāng)?shù)仍?,往往?huì)造成煤粉不完全燃燒,使得最低一級(jí)旋風(fēng)筒內(nèi)溫度過(guò)高,從而導(dǎo)致旋風(fēng)筒錐部結(jié)皮堵塞,嚴(yán)重時(shí)還會(huì)引起窯尾煙室部位結(jié)皮堵塞,從而嚴(yán)重影響窯的正常操作。由于各種堿化合物的熔點(diǎn)大致介于360~1074℃之間,大部分堿化合物的熔點(diǎn)與預(yù)熱器最低級(jí)及窯尾煙室溫度相近,此時(shí)若生料中的有害成分(堿、氯、硫)過(guò)高,將會(huì)使結(jié)皮情況更加惡化。
煤粉過(guò)粗和操作不當(dāng)可以通過(guò)加強(qiáng)管理和操作等主觀努力得以解決,而生料和燃料中的堿、氯、硫含量的高低往往受地域等客觀條件的限制,不易改變,若通過(guò)主觀努力,仍無(wú)法找到合適的原燃料,則為了生產(chǎn)合格熟料,旁路放風(fēng)不可避免。由于堿、氯、硫化合物會(huì)在窯尾系統(tǒng)富集,若在此放出部分窯氣,破壞它們?cè)谙到y(tǒng)內(nèi)的循環(huán),可以有效降低熟料中的堿、氯、硫含量,滿足生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)低堿熟料的需要。
2.設(shè)置旁路放風(fēng)的條件
一般認(rèn)為,當(dāng)生料中總堿量(K2O+Na2O)>1%,氯(Cl-)含量>0.015%或生料中的硫堿摩爾比MolSO3/(MolK2O+0.5MolNa2O)>1時(shí),就可能影響窯的正常操作,此時(shí),采取適當(dāng)?shù)呐月贩棚L(fēng)措施是解決有害組分循環(huán),降低熟料中有害組分的切實(shí)可行辦法。
3.旁路放風(fēng)量的計(jì)算
一條水泥生產(chǎn)線的配料方案一旦確定,就可以根據(jù)所要求生產(chǎn)熟料品種的不同,確定合適的放風(fēng)比例。
由于旁路放風(fēng)會(huì)帶來(lái)額外的熱耗增加,計(jì)算表明,每1%的旁路放風(fēng)會(huì)帶來(lái)3~4kcal/kgcl的熱耗增加。因此,如何確定合適的放風(fēng)比例,既能使系統(tǒng)正常操作又不過(guò)分增加熱耗,就顯得至關(guān)重要。
Weber 基于有關(guān)假設(shè),推導(dǎo)出堿循環(huán)系數(shù)K的計(jì)算公式[2]:
K-1=ε1(1-V)/[1-ε2(1-V)] (1)
堿減少量的公式是:
△A=(K-1)[V/(1-V)] (2)
上述兩公式中(假定堿全部來(lái)自生料):
?。↘-1)—堿循環(huán)量;
ε1—生料中堿的揮發(fā)系數(shù);
ε2—選環(huán)堿的揮發(fā)系數(shù);
V —旁路放風(fēng)量加不冷凝于預(yù)熱器的堿;
△A—熟料中堿的減少量。
上式是同樣適用于硫化物和氯化物的計(jì)算。
表1中列出了幾種典型物質(zhì)的揮發(fā)系數(shù):
表1
項(xiàng)目 |
ε1 |
ε2 | |
|
不加Cl- |
加Cl- |
|
K2O |
0.4~0.6 |
0.6~0.8 |
0.9 |
Na2O |
0.35~0.5 |
0.5~0.6 |
0.8 |
SO3 |
0.9 |
0.9 |
0.9 |
Cl2 |
- |
1 |
1 |
舉例說(shuō)明如下,某廠生產(chǎn)OPC水泥,配料計(jì)算結(jié)果如表2、3、4。
表2 生、熟料化學(xué)成分
項(xiàng)目 |
Loss |
SiO2 |
Al2O3 |
Fe2O3 |
CaO |
MgO |
SO3 |
K2O |
Na2O |
Cl- |
生料 |
34.82 |
14.23 |
3.33 |
2.38 |
42.81 |
0.48 |
0.93 |
0.759 |
0.169 |
0.0226 |
熟料 |
0 |
21.84 |
5.12 |
3.65 |
65.7 |
0.74 |
1.42 |
1.16 |
0.26 |
0.0347 |
表3 生、熟料率值
項(xiàng)目 |
LSF |
SM |
IM |
項(xiàng)目 |
LSF |
SM |
IM |
生料 |
94.4 |
2.5 |
1.4 |
熟料 |
94.4 |
2.5 |
1.4 |
表4 熟料礦物組成(%)
C3S |
C2S |
C3A |
C4AF |
CaSO4 |
57.85 |
18.95 |
7.36 |
11.10 |
2.41 |
計(jì)算K2O( Na2O)的減少量,假定ε1 =0.5(0.45), ε2 =0.9(0.8), 旁路放風(fēng)量為10%,則 由式(1)(2)可知:
表5
旁路(%) |
K2O |
Na2O | ||
|
K-1 |
△A |
K-1 |
△A |
10 |
0.5×0.9/[1-0.9×0.9] |
2.37×(0.1/0.9) |
0.45×0.9/[1-0.8×0.9] |
1.45×(0.1/0.9) |
從表2可知,熟料中K2O=1.16%, Na2O=0.26%,采取10%旁路運(yùn)行時(shí),則在熟料中相應(yīng)含量為:
表6
旁路(%) |
K2O |
Na2O |
10 |
1.16×(1-0.263)=0.855% |
0.26(1-0.161)=0.218% |
因此,熟料中總堿量為:0.659×0.855%+0.218%=0.78%,可滿足ASTM標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)OPC水泥的需要。
4.旁路放風(fēng)對(duì)預(yù)分解系統(tǒng)設(shè)計(jì)的影響
旁路放風(fēng)會(huì)給系統(tǒng)帶來(lái)額外的熱耗和料耗的增加,資料顯示,每1% 的旁路放風(fēng)會(huì)帶來(lái)約相當(dāng)于0.1%生料的窯灰損失[3]。由于此部分窯灰有90%以上的分解率,因此在計(jì)算熱損失時(shí),除考慮窯灰?guī)С龅娘@熱外,還必須考慮此部分窯灰分解的所消耗的熱量,此兩部分熱量加上旁路熱煙氣帶出的熱量損失,即為旁路放風(fēng)帶來(lái)的熱損失。
在預(yù)分解系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí),應(yīng)根據(jù)旁路放風(fēng)的特點(diǎn),對(duì)與此相關(guān)的預(yù)分解系統(tǒng)部分的設(shè)計(jì)予以足夠重視。
?。?)窯尾煙室縮口的設(shè)計(jì)必須考慮在放風(fēng)后,有足夠的風(fēng)速;
(2)要獲得與不放風(fēng)系統(tǒng)同樣產(chǎn)量,必須考慮將旁路帶出的熱損失由分解爐補(bǔ)充進(jìn)去,也即分解爐必須加大容積;
(3)旋風(fēng)筒、上升管道等處的尺寸應(yīng)根據(jù)旁路放風(fēng)后的實(shí)際情況進(jìn)行修正。
5.旁路放風(fēng)系統(tǒng)工藝流程選擇
在旁路放風(fēng)系統(tǒng)的相關(guān)計(jì)算完成后,就要選擇合適的旁路放風(fēng)工藝流程。
5.1 旁路放風(fēng)點(diǎn)的選擇
旁路放風(fēng)點(diǎn)的選擇一般基于以下原則:
(1)抽取點(diǎn)是有害物質(zhì)富集較多的地方;
(2)抽取點(diǎn)的入口處要有合適的風(fēng)速,一般取10m/s以下,這樣既能保證一定的粉塵表面積供氣態(tài)物質(zhì)凝結(jié)之用,又不帶來(lái)過(guò)多的粉塵損失。
(3)抽取點(diǎn)的個(gè)數(shù)可根據(jù)放風(fēng)量的多少取一點(diǎn)或兩點(diǎn)。
(4)基于以上原則,在窯尾煙室合適位置選取放風(fēng)點(diǎn)。
5.2 典型的工藝流程
圖1 旁路放風(fēng)工藝流程
1、 驟冷風(fēng)機(jī) 2、混合室 3、冷風(fēng)閥 4、袋收塵器 5、引風(fēng)機(jī)
6、7、FU 輸送機(jī) 8、提升機(jī) 9、窯灰倉(cāng) 10、卸料裝置 11、螺旋輸送機(jī)
12、F-K 泵 13、散裝頭14、15 單機(jī)收塵器
在抽取點(diǎn)附近,通過(guò)驟冷風(fēng)機(jī)1鼓入合適風(fēng)量,在渦旋混合室2內(nèi)與熱氣流進(jìn)行充分熱交換,出混合室的氣流溫度一般控制在350~400℃左右,此氣流通過(guò)進(jìn)一步加入冷空氣或通過(guò)收塵器4前的熱交換器冷卻到220℃左右,經(jīng)袋收塵器處理后排放。收集下來(lái)的窯灰根據(jù)具體情況或摻入水泥磨中或丟棄。
6.結(jié)語(yǔ)
旁路放風(fēng)技術(shù),國(guó)外已較為廣泛地應(yīng)用,特別是在美國(guó),在生產(chǎn)低堿水泥時(shí),往往采用該技術(shù);在國(guó)內(nèi),一般都強(qiáng)調(diào)通過(guò)選擇合適的原料,而盡量避免采用放風(fēng)技術(shù),因此,國(guó)內(nèi)對(duì)旁路防風(fēng)技術(shù)的研究和實(shí)踐并不多。由于我國(guó)進(jìn)入國(guó)際市場(chǎng)的需要,有些地區(qū),如中東地區(qū),由于原料的中的堿、氯含量較高,采用旁路技術(shù)就不可避免。因此,加強(qiáng)對(duì)該技術(shù)的研究和應(yīng)用,是我們廣大技術(shù)工作者義不容辭的責(zé)任。
參考文獻(xiàn):
[1][2][3] 華新水泥廠編譯組,《國(guó)際水泥工藝資料集》(增訂二版)
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監(jiān)督:0571-85871667
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