新型干法窯生產(chǎn)優(yōu)化途徑的分析(1)
當(dāng)前我國新型干法窯技術(shù)已取得長足進(jìn)展,主要表現(xiàn)在產(chǎn)量不斷提高、熱耗不斷降低,不少生產(chǎn)線的技術(shù)指標(biāo)已達(dá)到國際先進(jìn)水平?;仡櫚l(fā)展過程,生產(chǎn)水平的提高是得力于以下幾個方面:
1、設(shè)備制造質(zhì)量提高,提高了其運(yùn)行可靠性,為系統(tǒng)長期連續(xù)運(yùn)行提供基礎(chǔ);
2、系統(tǒng)各單元:熟料煅燒、預(yù)熱預(yù)分解、熟料冷卻熱回收裝置的性能改善,功能匹配趨于合理,尤其是分解爐和冷卻機(jī)技術(shù)有新的突破;
3、生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)的積累,制定了較合理的運(yùn)行參數(shù);
4、自動控制手段完善,使系統(tǒng)能及時跟蹤設(shè)定的參數(shù),經(jīng)常處于穩(wěn)定狀態(tài)下運(yùn)行。
但仍有相當(dāng)部分生產(chǎn)線運(yùn)行情況不如人意,其原因主要是系統(tǒng)匹配欠佳和運(yùn)行參數(shù)未能得到優(yōu)化。
一、生產(chǎn)能力
新型干法窯的懸浮預(yù)熱器有很強(qiáng)、高效的傳熱功能。懸浮預(yù)熱器內(nèi)物料是充分分散懸浮在氣流中,有很大的傳熱面積,傳熱速度很快,在正常作業(yè)狀態(tài)(物料高度分散,預(yù)熱器內(nèi)無燃料燃燒現(xiàn)象)下,在每一級預(yù)熱器內(nèi)很快達(dá)到熱平衡狀態(tài),氣流溫度和物料溫度幾乎一致,其出口溫度僅相差10~20℃。預(yù)熱器出口廢氣溫度遠(yuǎn)低于中空干法窯,熱量已得到充分利用,做到高產(chǎn)低熱耗。
新型干法窯預(yù)熱預(yù)分解系統(tǒng)有一個很重要特征是,分解爐或入窯一級預(yù)熱器出口氣流溫度總是保持在一定范圍之內(nèi),一般為870℃左右。通常的解釋是在分解爐內(nèi)燃料料燒放出的熱量與物料吸收的熱量達(dá)到平衡所致,但這并未回答為什么總是穩(wěn)定在870℃左右,而不是其他溫度,為什么SP窯的入窯一級出口溫度也在這個范圍而且與窯尾溫度高低無關(guān)。這尚需從碳酸鹽分解的特性上來說明。碳酸鹽的大量、快速分解NSP窯是始于分解爐,SP窯是始于入窯一級預(yù)熱器(所以該級又稱分解級)。碳酸鹽分解是一個化學(xué)反應(yīng)相變過程,屬于氧固相平衡,根據(jù)相律僅有一個變量,其分解物料溫度與二氧化碳分壓Pco2互為函數(shù)關(guān)系,
(T為分解絕對溫度K),當(dāng)Pco2一定時分解溫度即為定值,
在穩(wěn)定條件下分解爐或分解級內(nèi)Pco2是穩(wěn)定的,則分解溫度也應(yīng)穩(wěn)定(NSP窯在線型分解爐和SP窯分解級內(nèi)Pco2約為0.38atm左右,其分解溫度為850℃,NSP窯離線型分解爐內(nèi)Pco2約為0.45atm左右,其分解溫度為860℃)當(dāng)Pco2不變時,碳酸鹽分解是等溫過程,由于分解爐或預(yù)熱器內(nèi)物料是充分分散在氣流之中,物料與氣流溫差很小,故其氣流溫度也穩(wěn)定在一固定值。誠然,要保持溫度穩(wěn)定尚有賴于其很強(qiáng)的傳熱功能,使氣流中熱量及時傳給物料。需要提出的是,當(dāng)碳酸鹽完全分解后,CaCO3固相消失,不再存在等溫過程,其溫度將超出分解溫度而失控導(dǎo)至預(yù)熱系統(tǒng)熱工制紊亂,這是控制分解率在100%以下的原因。由于入窯一級預(yù)熱器出口氣流溫度的穩(wěn)定為預(yù)熱系統(tǒng)熱工制度穩(wěn)定提供了條件,只要預(yù)熱器級數(shù)相同,不管是SP窯還是NSP窯,不管窯的規(guī)格大小或產(chǎn)量波動,均能保持預(yù)熱器出口廢氣溫度穩(wěn)定,這是新型干法窯的又一個特征。
一般地說,制約水泥窯生產(chǎn)能力的因素為發(fā)熱和傳熱能力。由于新型干法窯預(yù)熱系統(tǒng)有足夠的傳熱能力,因此其發(fā)熱能力是其制約因素,要求高的生產(chǎn)能力,關(guān)鍵在于充分發(fā)揮其發(fā)熱能力。系統(tǒng)的發(fā)熱能力與規(guī)格有關(guān),對于一定規(guī)格的窯存在一個合理的高限值。
回轉(zhuǎn)窯是一個理想的燃燒裝置,燃燒溫度高,燃燒速度快,由于兼有熟料燒結(jié)及部分傳熱任務(wù)并要求控制一定的窯尾煙氣溫度,必須具備一定的長度,其燃燒空間是綽綽有余,其制約發(fā)熱能力的因素是耐火磚壽命即燃燒帶的熱力強(qiáng)度,熱力強(qiáng)度有截面熱力強(qiáng)度和燃燒區(qū)容積熱力強(qiáng)度,從統(tǒng)計資料來看單位截面強(qiáng)度并不是一個定值,而是隨窯的直徑增大而增大。燃燒區(qū)熱力強(qiáng)度(單位容積發(fā)熱量)是普遍適用于各種燃燒爐。回轉(zhuǎn)窯的燃燒帶長度是正比于窯的直徑,則回轉(zhuǎn)窯的發(fā)熱量Q(kcla/h)正比于有效內(nèi)徑的三次方Q=aD3。根據(jù)統(tǒng)計系數(shù)a值相當(dāng)穩(wěn)定,其合理值為1.08~1.18×106kcal/m3·h。對于小直徑的窯,由于窯皮容易保護(hù)材料壽命長,允許較高的熱力強(qiáng)度,即a值可取高值。應(yīng)該指出的是窯的發(fā)熱量是包括燃料燃燒熱Qr和助燃空氣(二次風(fēng))帶入的顯熱Qk,Q=Qr+Qk。因此新型干法窯二次風(fēng)溫顯著高于中空干法窯和濕法窯,其燃料量則應(yīng)相對低些。在確定燃料量時應(yīng)計入二次風(fēng)顯熱的因素。
分解爐是其另一發(fā)熱裝置。其燃燒溫度受碳酸鹽分解溫度制約,燃燒速度遠(yuǎn)低于回轉(zhuǎn)窯內(nèi)的燃燒速度是其控制因素。其發(fā)熱能力同樣正比于爐的容積,其單位容積發(fā)熱量低于回轉(zhuǎn)窯的燃燒區(qū)。由于各種爐型結(jié)構(gòu)及燃燒氣氛(氧含量)不同,其單位容積發(fā)熱量必然有差異,一般地說,離線型分解爐由于氧氣濃度較高,其燃燒性能要優(yōu)于在線型分解爐,帶預(yù)燃爐的分解爐及物料在初燃區(qū)后加入時,因不受碳酸鹽分解溫度制約,有可能適當(dāng)提高其溫度,有助于燃燒速度,其單位容積發(fā)熱量則可相應(yīng)提高。
窯與分解爐的燃料比是一重要參數(shù)。一般地都力求提高分解爐的燃料比提高總的發(fā)熱量來提高生產(chǎn)能力,然而,分解爐是窯的發(fā)熱能力的補(bǔ)充,其燃料比是由其與窯的匹配所決定的,因此所謂“合理”的燃料比并非絕對的,而且相對于窯型而言的。例如窯較短,窯尾煙氣提供的熱量較多,由于入窯物料分解率存在一個高限,則爐的燃料量必須受到限制,雖然爐的燃料比較小,卻是合理的。
由于人們對物的認(rèn)識是逐步深化的,早期建成的生產(chǎn)線分解爐普遍偏小,分解爐用煤量受到限制,如強(qiáng)求高的分解爐燃料比,只能是降低窯的用煤量來滿足燃料比的指標(biāo),其結(jié)果是總的用煤量降低,影響生產(chǎn)能力的發(fā)揮。因此在生產(chǎn)中總的掌握原則是,首先用足窯的發(fā)熱能力,在分解爐內(nèi)充分燃燒(至少在與分解爐連結(jié)的一級預(yù)熱器內(nèi)達(dá)到完全燃燒)和控制入窯物料分解率的情況下,盡可能地提高分解爐的燃料量,以求允許最大的燃燒總用量,以提高生產(chǎn)能力。
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