水泥先进烧成系统的技术特征与运行参数

发布时间:2016-04-05 10:58:52

烧成系统是水泥生产线主要工序之一，对水泥企业生产效益有十分重要的影响，为了推进烧成系统的技术进步，我们根据多年来对烧成系统的优化改造经验，对国外更合理的制造工艺技术的深入研究和实践，针对国内烧成系统的技术现状，提出了“先进烧成系统的特征和技术性能”的课题，对“先进烧成系统的特征和技术性能”进行了深入研究和实践。本文就我们在国内外已经应用成功的一些具有稳定性能的技术的特征和内容与各位从事烧成技术研究和实践的同行们探讨。

一、先进烧成系统的技术

1、低氮燃烧器

燃烧器（通称喷煤管）是水泥熟料烧成系统较重要的设备之一。

国内能够见到的不同结构和规格的喷煤管有180种（类）之多。喷煤管结构、参数和使用技巧，直接影响着熟料的质量、热耗、耐火砖的寿命、系统的运转率以及熟料的成本。在熟料烧成技术发展到今天这样的高水平时，对喷煤管的要求已经不仅仅是不扫窑皮、火焰形状比较好调整那么简单的要求了，已赋予它更高的功能——氮氧化物形成量低和用煤量低。

根据我们对国内外从700～10000t/d数十条生产线的喷煤管的调试、使用以及分析研究，总结出了真正低氮燃烧器应有的特点：

（1）头部结构合理。头部风道的排列顺序为：直流外净风、旋流内净风、煤风、中心风；所有风道的截面积可以在使用中进行调节，以保证工况变化时可以容易地保证火焰的形状和温度状况随之改变。

（2）配备长径比合理的标准拢焰罩，避免产生峰值温度，提高煤粉的燃尽率，使窑内温度分布合理。

（3）采用火焰稳定器，使火焰受喂煤量、煤质和窑情变化波动的影响小，火焰更加稳定。

（4）净风风量≤6%，工作压力≤36kPa。

（5）使用中能保证在窑内较低过剩空气系数≤1.05的工况下正常使用，而不降低熟料质量。图7低氮燃烧器头部结构

（6）火焰的形状能使整个烧成带具有强而均匀的热辐射，有利于熟料结粒、矿物晶相正常发育，防止烧成带扬尘，并能提高熟料质量。

（7）能够形成稳定厚度均匀坚固的窑皮，稳定窑内工况，延长耐火砖使用寿命。

但是，国际上公认的几种符合上述条件的低氮燃烧器，都存在控制窑内工况的能力差，容易降低熟料质量的缺陷。这种缺陷主要表现在火焰的刚性较弱，在因为各种原因导致窑内工况波动而影响熟料质量，特别是游离钙跑高的时候，比较难以迅速得以控制。

我们在对国际上有名的低氮燃烧器进行结构和参数优化之后，发现低氮燃烧器在使用中与一般燃烧器不同的方面：

（1）喷煤管的大推力和刚性火焰的产生，不是仅仅净风压力大，风速高压力就行的，主要是风速和各自风量的合理匹配后形成的，仅仅提高一次风速造成大推力的状态，很容易产生更多的热力氮。

（2）低氮燃烧器需要通过对应的操作技术，即采用不同的定位原则（例如不能偏向料来烧）和采用水泥工艺学中合理的烧成操作制度来保证其使用性能，而不能采用短焰急烧的烧成操作制度。

调整并使用好的低氮燃烧器，不但可以解决熟料质量容易降低的问题，并且还有提高熟料质量（提高游离钙合格率降低平均值）的作用，同时使烧成带窑皮的长度达到标准的5d。这些都为提高熟料质量、降低热耗创造了条件。

2、篦冷机纵向控制流固定床技术

篦冷机是烧成系统中直接影响熟料质量、熟料易磨性和热耗的关键设备之一。在决定熟料质量的因素中，它是可以改变的因素之一。在决定系统热耗的因素中，它又是较基础的条件。在系统的空气平衡链里，它是较重要的一个环节。

在过去，人们较关注的是篦冷机的热交换效率，后来又关注不漏料和减少用风量，这些都是有必要的。对于采用什么传动方式的问题，其实已经不是很重要了。因为在解决了熟料的冷却效果后，如果篦床上的熟料底层能够形成均匀的冷料层，并在风机性能有保证的情况下，形成悬浮状态时，篦床运动的阻力是很小的。

但是，篦冷机内存在熟料的“冷却状态”这一关键问题却没有引起人们的特别关注。对篦冷机内零压点合理确定和合理控制的问题也被放在了次要一些的位置。

十多年前，我们合作的一个外国公司，注意到了熟料急冷的问题，并由此改变了篦冷机固定床和这部分篦板的设计。特别是篦板的供风方式和篦板的表面结构，由原来的按“行”由充气梁供风，改为与熟料流动方向相同的纵向按“列”风室供风。并在每列篦板的供风中使用了流量控制阀，这种供风方式符合了熟料在高温落料端堆积时会产生离析现象需要供风不一样的要求。通过这两种改变，很好地解决了熟料急冷和篦冷机堆雪人的问题。这项技术在欧洲等国家应用得比较好。正常工作中，二次风温可以达到1150℃以上，小窑头罩的情况下可以达到1180℃以上，同时熟料的强度可以提高1～4MPa。但是，其在国内水泥厂的应用中没有稳定地出现这种效果，或者是说在2500t/d以上的生产线中没有出现。正如前文所说：不同地域（或海拔高度）的石灰石和硅质原料都会对熟料产生严重的影响。我们发现了这种不同直接影响了熟料在篦冷机篦床上的堆积状态，这种堆积状态直接影响了熟料的冷却状态和冷却效果。

经过多年的实验和探讨，在解决这种问题的过程中，我们优化了这种结构，同时补充完善了对篦冷机的多种认识。

（1）篦冷机内存在熟料的冷却效率和冷却状态两个方面的问题。冷却效率高的篦冷机，熟料的冷却状态不一定好，很多篦冷机配套了推雪人装置就说明了这一点。而冷却状态好的篦冷机（急冷效果好）冷却效率肯定会高，其生产能力也可以达到55t/(m2·d)。

（2）熟料急冷效果好并冷却状态合理时，二次风温会高达1150℃以上，小窑头罩的情况下可以达到1180℃以上，同时熟料的强度可以提高1～4MPa。

（3）篦冷机内的零压点是计算出来的，并要在操作中进行控制。

（4）急冷效果好的篦冷机，在二次风温达到1150℃以上时，必须要保证零压点之内的风机满负荷运行，这时才能对熟料产生急冷，二次风温才会对系统的节能降耗起到明显的作用。否则单纯的依靠增厚料层、降低风机负荷率来提高的二次风温以及盲目地追求提高二次风温的操作方法，对系统的贡献是有限的。

经过优化设计的纵向控制流固定床可以满足更好的熟料冷却状态，并能在零压点内风机运行在额定负荷的时候（借助电器控制），保证熟料的急冷效果和二次风温达到1150℃以上。

二、先进烧成系统的运行参数与熟料质量

采用上述技术的烧成系统，在工艺参数互相匹配的情况下，会产生“1+12”的效果；还会促进其他一些成熟技术的应用，例如新的操作技术，从而使这个烧成系统具有稳定性，这种稳定性在运行参数上就能表现出来。

其在运行参数方面的表现特点是：

（1）热耗小于95～100kg标煤/t熟料（熟料强度≥56MPa）；

（2）出口NOx减少30%～50%；

（3）二次风温＞1150℃（风机负荷率95%）；

（4）三次风温＞1000℃（距离分解炉柱体2.5m）；

（5）在分解炉实际控制温度≤860℃时入窑物料分解率≥95%；

（6）喷煤管定位在中心线以上（0，50）；

（7）三次风管阀门开度＞85%，压力损失＜300Pa；

（8）出口压力比同类型的低200～1000Pa；

（9）烧成带窑皮平整、坚固，且长度≥5d；

（10）在环境温度25℃，耐火砖使用时间10个月内，回转窑筒体冷却风机可以不用；

（11）篦冷机冷却风量≤1.6m3/kg熟料；

（12）系统运行稳定，可以长时间不调整。

采用这些技术后的烧成系统生产出的熟料也有其特点：

（1）熟料质量稳定，月合格率95%；

（2）游离氧化钙平均值下降0.2%～0.5%；

（3）熟料强度比同类窑型和原料条件的高1～4MPa；

（4）熟料颗粒均匀，碎颗粒少，色泽合理。

烧成系统技术性能的大的突破，必须有创新的理念和创新的技术。而特殊的理念和原理，都有一个应用技术发展的过程，不是只要应用了先进原理就能实现特殊的效果。这里还有应用技术水平的问题。这就像前面所说的分级燃烧技术一样，应用技术的不足，可能会导致没有效果或是效果更不好。

同时采用上述烧成技术后，还应该配套采用一些辅助技术，这样就可以稳定地达到预期效果，这应该是水泥行业在当前环境下追求的目标。特殊的烧成系统在运行中可以明显地降低系统热耗，减少氮氧化物的生成量和氨水的使用量，同时提高了熟料的质量和强度。这些都完全符合国家对传统行业和高能耗产业的技术进步要求。也是水泥生产技术管理者和技术人员努力争取实现的目标。