磷石膏制酸聯(lián)產(chǎn)水泥燒成工段設(shè)備的改造

　　一、磷石膏制酸聯(lián)產(chǎn)水泥系統(tǒng)燒成工段的工藝說明

　　我公司磷石膏制酸聯(lián)產(chǎn)水泥燒成工段原始的工藝示意圖見圖1：

　?。?）生料（半水磷石膏CaSO₄·1/2H₂O與砂土SiO₂、焦炭C經(jīng)烘干研磨后按一定比例配制而成）由生料庫(kù)經(jīng)窯灰和生料斗提機(jī)進(jìn)入生料和窯灰倉(cāng)，經(jīng)計(jì)量由窯尾均勻進(jìn)入回轉(zhuǎn)窯；

　?。?）原料工段制成的燃料（煙煤粉）進(jìn)入煤粉倉(cāng)，經(jīng)雙管螺旋給煤機(jī)、混煤器與空氣混合通過噴煤管由窯頭噴入燃燒，為生料預(yù)熱、分解、熟料燒成提供熱量；

　　（3）生料與窯灰在回轉(zhuǎn)窯內(nèi)隨著回轉(zhuǎn)窯轉(zhuǎn)動(dòng)和3.5%安裝斜度的作用下由窯尾向窯頭運(yùn)動(dòng)，噴煤管提供熱量和氧氣，逐步完成生料的預(yù)熱、分解、燒成過程，轉(zhuǎn)變?yōu)槭炝?。主要的反?yīng)包括生料分解和熟料燒成反應(yīng)：

　　生料分解： 生料在中空回轉(zhuǎn)窯中逐漸預(yù)熱，脫除水分，在900℃-1300℃下，焦炭中的炭與CaSO₄發(fā)生還原反應(yīng)，原理如下：

　　CaSO₄+2C=CaS+2CO₂↑

　　CaS+3CaSO₄=4CaO+4SO₂↑

　　總反應(yīng)為：

　　2CaSO₄+C=2CaO+2SO₂↑+CO₂↑

　　熟料燒成：分解后的物料進(jìn)入回轉(zhuǎn)窯燒成帶，在1250℃-1450℃下CaO與SiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃等發(fā)生礦化反應(yīng)，生成硅酸二鈣、硅酸三鈣、鋁酸三鈣、鐵鋁酸四鈣等即為水泥熟料：

　　2CaO+SiO₂=2CaO·SiO₂          （簡(jiǎn)寫為C₂S）

　　3CaO+SiO₂=3CaO·SiO₂          （簡(jiǎn)寫為C₃S）

　　CaO+Al₂O₃=3CaO·Al₂O₃          （簡(jiǎn)寫為C₃A）

　　CaO+Al₂O₃+Fe₂O₃=4CaO·Al₂O₃·Fe₂O（簡(jiǎn)寫為C₄AF）

　　（4）燒成的熟料落入冷卻機(jī)冷卻后大塊經(jīng)顎式破碎機(jī)破碎與小塊一起通過鏈斗輸送機(jī)、熟料斗提機(jī)進(jìn)入熟料倉(cāng)，成為水泥原料之一。

　　（5）反應(yīng)生成的含5%左右的SO₂氣體在硫酸系統(tǒng)引風(fēng)機(jī)的作用下，夾帶窯灰在回轉(zhuǎn)窯內(nèi)向窯尾運(yùn)動(dòng)。在冷煙室和電收塵器內(nèi)收集的窯灰，經(jīng)溢流螺旋輸送機(jī)、窯灰螺旋輸送機(jī)、再窯灰和生料斗提機(jī)，返回到生料及窯灰倉(cāng)。凈化后的氣體通過冷煙室、電收塵器冷卻，去硫酸系統(tǒng)制酸。

　　二、燒成工段設(shè)備改造的必要性

　　燒成工段設(shè)備多且沒有備用設(shè)備。每臺(tái)設(shè)備的故障都會(huì)導(dǎo)致包括制酸的整個(gè)系統(tǒng)的停車，造成回轉(zhuǎn)窯熱工制度的破壞，再開車后短時(shí)間難以重新形成。因此說，設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性影響回轉(zhuǎn)窯熱工制度的穩(wěn)定、影響系統(tǒng)連續(xù)開車的時(shí)間。

　　由于燒成工段原始設(shè)備結(jié)構(gòu)存在的缺陷和選型不合理的問題，原始開車后的一段時(shí)間設(shè)備故障頻發(fā)，造成系統(tǒng)頻繁停車。為了提高設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性，我們對(duì)燒成工段的設(shè)備進(jìn)行多項(xiàng)改造和完善。

　　三、燒成工段的設(shè)備改造

　　1、單筒冷卻機(jī)的改造

　　φ2×22米單筒冷卻機(jī)安裝斜度3%，回轉(zhuǎn)筒體及內(nèi)襯、揚(yáng)料板重達(dá)44噸。所有重量分布在兩檔（4組）托輪上。原托輪結(jié)構(gòu)見圖2，托輪與內(nèi)部安裝的2套3636軸承外套一起旋轉(zhuǎn)，軸不轉(zhuǎn)，內(nèi)套與軸靜止固定在兩側(cè)的支架上。原托輪存在的缺陷是：①托輪軸承潤(rùn)滑不能保證：冷卻機(jī)筒體溫度較高，熱量通過傳導(dǎo)和輻射方式到達(dá)軸承部位，軸承溫度高，不能保證軸承的有效潤(rùn)滑；②3636軸承的特點(diǎn)是主要承受徑向力，只能承受很小的軸向力。承擔(dān)不了筒體重量和傾斜安裝產(chǎn)生的巨大軸向力。兩點(diǎn)綜合作用，軸承很快就因磨損而損壞。

　　開車不到一年的時(shí)間內(nèi)，就更換3636軸承10套，造成冷卻機(jī)和回轉(zhuǎn)窯頻繁停車，系統(tǒng)連續(xù)開車時(shí)間不足1個(gè)月。設(shè)備修復(fù)費(fèi)用就達(dá)10萬余元。冷卻機(jī)的設(shè)備問題成了系統(tǒng)連續(xù)開車的瓶頸。

　　為此，我們改造了托輪結(jié)構(gòu)，改造后的結(jié)構(gòu)見圖3（圖中均為一組托輪）。

　　利用原托輪，去除其它托輪零件。

　　1.1增加補(bǔ)芯和托輪軸，補(bǔ)芯與托輪采用過盈配合安裝，托輪軸與補(bǔ)芯采用鍵連接；

　　1.2；用Q235A鋼板焊接兩個(gè)軸承座，每側(cè)各裝一套3634和9069326軸承，用以支撐托輪軸和托輪組件。3634軸承用于承受徑向力；9069326軸承專門用來承擔(dān)軸向力；軸承座內(nèi)部為空腔，通入冷卻水，用以降低軸承和軸承座的溫度，保證潤(rùn)滑效果。

　　通過以上改造，避免了因?yàn)槔鋮s機(jī)問題造成燒成工段的停車。

　　2、三通道噴煤管的采用

　　原回轉(zhuǎn)窯的噴煤燃燒系統(tǒng)是單通道噴煤管，配用一臺(tái)40m³/min羅茨風(fēng)機(jī)。其缺點(diǎn)是黑火頭長(zhǎng)，熱強(qiáng)度低，燃料消耗高，熟料質(zhì)量差。經(jīng)常出現(xiàn)煤粉堆積、燒不透和跑生料現(xiàn)象。噴煤管的選型不合理也是限制系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行的關(guān)鍵問題之一。

　　三通道噴煤管分三層通道，中心管為內(nèi)旋風(fēng)通道，外層通道為高壓風(fēng)通道，中間通道為煤風(fēng)通道。內(nèi)旋風(fēng)起攪拌作用，使煤粉與空氣混合均勻，外層高壓風(fēng)調(diào)節(jié)火頭形狀，使火力集中或發(fā)散。三通道噴煤管易于調(diào)節(jié)火頭形狀，熱效率及熱強(qiáng)度高，煤粉燃燒完全。

　　為此我們結(jié)合磷石膏制酸的特點(diǎn)和回轉(zhuǎn)窯的具體情況，設(shè)計(jì)制做了三通道噴煤管，同時(shí)更換了噴煤管前的混煤器（具體內(nèi)容可以參閱本者著的《磷肥與復(fù)肥》1998年第4期中刊登的《三通道噴煤管的機(jī)械混煤器》一文），40m³/min羅茨風(fēng)機(jī)用作外層通道高壓風(fēng)和中心管內(nèi)旋風(fēng)，配入三通道噴煤管；另配一臺(tái)28m³/min羅茨風(fēng)機(jī)用作煤風(fēng)，在機(jī)械混煤器給入，與煤粉混合后進(jìn)入煤風(fēng)通道。改造前后的變化見圖4。

　　改造后使用效果很好，連續(xù)3個(gè)月熟料指標(biāo)合格率大于80%，累計(jì)產(chǎn)酸11570.37噸，同時(shí)節(jié)省優(yōu)質(zhì)燃煤10%。

　　應(yīng)當(dāng)注意的是：三通道噴煤管的使用除了與自身結(jié)構(gòu)有關(guān)外，還與生料配比和煤粉質(zhì)量有關(guān)。如果煤粉質(zhì)量好，細(xì)度均勻無雜質(zhì)，不考慮中間通道（煤風(fēng)口）堵塞的情況，中間通道出口可以采用小孔多布。另外，中間通道截面積的大小與煤的發(fā)熱值有直接關(guān)系，煤的發(fā)熱值越高，煤粉用量越少，其截面積應(yīng)當(dāng)越小。

　　3、窯尾下料設(shè)備的更換

　　由圖1中可以看出，原系統(tǒng)窯尾生料入窯給料采用的是皮帶秤，上下各有一臺(tái)剛性葉輪給料機(jī)。主要缺點(diǎn)是：因?yàn)樯虾透G灰混合物流動(dòng)性較好，葉輪給料機(jī)不能有效保證物料均勻給料，皮帶秤上沖料外溢，嚴(yán)重時(shí)生料和窯灰將皮帶秤掩埋；造成窯內(nèi)沖料，生料一直跑到窯頭。入窯生料沒有了計(jì)量，回轉(zhuǎn)窯操作就沒有了基本參照，操作困難。

　　與其沒有計(jì)量，不如采用一種簡(jiǎn)易粗略計(jì)量裝置。為此我們?nèi)∠С雍蜕舷聞傂匀~輪給料機(jī)，用上下兩臺(tái)螺旋給料機(jī)代替，三臺(tái)運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備變?yōu)閮膳_(tái)。計(jì)量和入料量通過調(diào)速電機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行計(jì)算和調(diào)整。改造前后的對(duì)比見圖5。

　　使用后，杜絕了生料沖料現(xiàn)象，計(jì)量反而更有依據(jù)，熟料質(zhì)量和回轉(zhuǎn)窯運(yùn)行很穩(wěn)定。

　　現(xiàn)在市場(chǎng)上有一種叫做螺旋秤的計(jì)量給料設(shè)備，把給料螺旋安裝在秤上，直接稱量給料質(zhì)量，比通過螺旋給料機(jī)的轉(zhuǎn)速計(jì)算給料量要準(zhǔn)確，新上磷石膏制酸聯(lián)產(chǎn)水泥系統(tǒng)的廠家可以選擇參考。

　　4、回轉(zhuǎn)窯一檔輪帶墊板的改造

　　φ3×88米回轉(zhuǎn)窯為5檔托輪和輪帶支撐，由窯頭（低端）算起一次稱為一二三四五檔，其中一檔處于燒成帶，溫度高，溫度變化大。燒成帶溫度高達(dá)1300℃，燒成的硅酸二鈣、硅酸三鈣、鋁酸三鈣、鐵鋁酸四鈣等在磚內(nèi)襯表面形成的保護(hù)層（俗稱窯皮）進(jìn)行隔熱，保護(hù)筒體，延長(zhǎng)內(nèi)襯磚的使用壽命?；剞D(zhuǎn)窯運(yùn)轉(zhuǎn)一段時(shí)間后，由于開停車或停煤看火造成的熱漲冷縮效應(yīng)使一檔輪帶下的墊板焊縫開裂。只要有一塊墊板開裂脫落，墊板夾在輪帶與筒體縫隙里，在相鄰兩塊墊板間來回滑動(dòng)，回轉(zhuǎn)窯每轉(zhuǎn)一圈，墊板就從高處滑落、振動(dòng)筒體一次，直接影響燒成帶窯皮的形成、保持和更新，影響回轉(zhuǎn)窯的燒成帶內(nèi)襯磚的壽命，降低換磚周期。為此對(duì)一檔托輪的墊板結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改造。詳細(xì)情況參見《水泥》2004年第2期吳祥軍的《一種回轉(zhuǎn)窯輪帶墊板和筒體非焊接聯(lián)結(jié)的方法》一文。

　　通過這些設(shè)備的改造和調(diào)整，我公司磷石膏制酸聯(lián)產(chǎn)水泥系統(tǒng)設(shè)備穩(wěn)定順暢，創(chuàng)下燒成工段連續(xù)開車7個(gè)月的紀(jì)錄。

　　[參考文獻(xiàn)]

　　[1]  常  暉.  三通道噴煤管的機(jī)械混煤器.  磷肥與復(fù)肥，1998，4：60

　　[2]  吳祥軍.  一種回轉(zhuǎn)窯輪帶墊板和筒體非焊接聯(lián)結(jié)的方法.  水泥，  2004，2：61-62