小型干法水泥旋窯的技術(shù)改造
1、國內(nèi)小型干法水泥旋窯的現(xiàn)狀
我國水泥工業(yè)現(xiàn)有旋窯約1 200臺(tái),其中Φ3 m及以下的小型干法旋窯約700臺(tái)左右。 在小型干法窯中,中空窯和預(yù)熱預(yù)分解窯大約各占1/2左右,而在預(yù)熱預(yù)分解窯中立筒預(yù)熱器窯又約占70%,而且立筒預(yù)熱器窯存在的問題較多,故本文擬著重談?wù)剬α⑼哺G的改造問題。
2、小型干法旋窯水泥廠存在的主要問題
2.1、中空干法窯
中空干法窯多為50~60年代或更早建設(shè)的,由于窯內(nèi)沒有換熱裝置,系統(tǒng)的保溫隔熱不好,窯尾廢氣溫度高,又大都沒有利用廢氣余熱,因而熟料的單位熱耗很高,一般在220~300 kg標(biāo)煤左右,而且這些老廠規(guī)模小、設(shè)備陳舊、窯尾沒有收塵設(shè)施、技術(shù)和管理力量較弱、環(huán)境污染嚴(yán)重、窯產(chǎn)量低、工廠經(jīng)濟(jì)效益也不好。對這類老廠中小于Φ2.5 m的中空窯,大多根據(jù)不同情況,改造轉(zhuǎn)產(chǎn)其它產(chǎn)品或特種水泥。對Φ2.5 m以上的中空窯在其它條件較好、原料中有害的揮發(fā)性組分(堿、氯、硫等)不高的,一般可改為五級(jí)旋風(fēng)預(yù)熱器窯,或新型立筒預(yù)熱器窯,在電力供應(yīng)緊缺、電價(jià)高的地區(qū)也可考慮改為余熱發(fā)電窯。對個(gè)別廠,各方面的改造條件都好,水泥市場需求量大,資金來源比較充足的,也可考慮改為預(yù)分解窯。但對<Φ3 m的窯加分解爐,應(yīng)更加慎重。
2.2、預(yù)分解窯
Φ3 m及以下的小型預(yù)分解窯,全國約有七八十臺(tái),除極個(gè)別小于Φ3 m以外,絕大多數(shù)為Φ3 m×45~48 m,日產(chǎn)熟料700 t,這些大都 是80年代初以后建起來的,裝備設(shè)施、生產(chǎn)、人員等條件相對較好,經(jīng)過十幾年來的生產(chǎn)摸索、改造完善,有些已達(dá)標(biāo)達(dá)產(chǎn),但也有一些尚存在這樣那樣的問題,沒有達(dá)標(biāo)達(dá)產(chǎn),尚需繼續(xù)完善提高。
2.3、旋風(fēng)預(yù)熱器窯
小型旋風(fēng)預(yù)熱器窯,在全國為數(shù)不多,但由于設(shè)計(jì)、設(shè)備制造、施工安裝、原燃料及操作管理等原因,大多數(shù)生產(chǎn)情況不太理想,如:沒有達(dá)標(biāo)達(dá)產(chǎn)、容易結(jié)皮堵塞、運(yùn)轉(zhuǎn)率低、熱耗較高、出口粉塵量大等,其存在的主要問題和改造方案基本上和立筒預(yù)熱器窯相同或類似 ,可參見立筒窯的有關(guān)部分內(nèi)容。
2.4、立筒預(yù)熱器窯
2.4.1、立筒預(yù)熱器的特點(diǎn)和分類
在預(yù)熱器窯中占多數(shù)的立筒窯,在國內(nèi)是從60年代末發(fā)展起來的,約有200多臺(tái),立筒預(yù)熱器由立筒和旋風(fēng)筒匹配組成預(yù)熱器系統(tǒng),它的主要特點(diǎn)是立筒本身沒有運(yùn)動(dòng)部件、結(jié)構(gòu)簡單、高溫部位不易粘結(jié)堵塞,對原燃料中的揮發(fā)性組分(堿、氯、硫等)限制要求比旋風(fēng)筒寬得多,制造、施工、操作維護(hù)、運(yùn)行管理相對都比較容易,相比之下能耗也不算不高,因而在80年代的一段時(shí)間內(nèi)發(fā)展得較快。
立筒預(yù)熱器在國內(nèi)現(xiàn)有兩大類型,每類中又有不同的型式,簡單介紹如下:
(1)旋流型立筒預(yù)熱器
一般稱捷克型,最早是捷克普雷洛夫廠(Prerov)開發(fā)制造,由一個(gè)下部切線進(jìn)風(fēng)的立筒和一級(jí)旋風(fēng)預(yù)熱器及一級(jí)旋風(fēng)收塵器組成,國內(nèi)第一臺(tái)這種立筒窯建在湖南省古丈縣,故又稱古丈型。
湖南省建材設(shè)計(jì)院和株州建材機(jī)械廠對引進(jìn)的捷克型立筒作了改進(jìn),把最上部的多筒旋風(fēng)收塵器改為旋風(fēng)預(yù)熱器,稱為株州型。
原西安冶金建筑學(xué)院(現(xiàn)為西安建筑科技大學(xué))粉體工程研究所,對旋流式立筒的氣流流場、物料濃度分布及停留時(shí)間分布、分離效率、壓力損失等特性,進(jìn)行了較深入的試驗(yàn)研究后,針對其優(yōu)點(diǎn)和存在的問題,提出了減小立筒長徑比、立筒頂部由上出風(fēng)改為切線出風(fēng),將兩級(jí)旋風(fēng)預(yù)熱器改為三級(jí)、加高窯尾煙室至立筒下部進(jìn)口的立煙道、立筒下部出料管加分料管可調(diào)節(jié)使部分物料經(jīng)分料管立煙道再返立筒等改進(jìn)措施,稱為X.L型。
(2)噴射型立筒預(yù)熱器
噴射型立筒預(yù)熱器由一個(gè)下部進(jìn)風(fēng)頂部出風(fēng),內(nèi)部有二至三個(gè)縮口的立筒,匹配三或二級(jí)旋風(fēng)預(yù)熱器組成,在國內(nèi)又主要有以下幾種型式:
杭州型:德國克虜伯型(Krupp),由一個(gè)有三個(gè)同心縮口的立筒和一級(jí)多個(gè)并聯(lián)的旋風(fēng)筒組成。
中壩型:是杭州型的改進(jìn)型,由一個(gè)三個(gè)縮口的立筒和二級(jí)雙進(jìn)風(fēng)的旋風(fēng)筒再串聯(lián)一級(jí)兩個(gè)并聯(lián)的旋風(fēng)筒組成。
涇陽型:即原東德SKET公司ZAB型,由三缽偏心縮口的扁圓形立筒和二級(jí)旋風(fēng)筒組成
2.4.2、立筒預(yù)熱器窯存在的主要問題
在國內(nèi)眾多的小型立筒預(yù)熱器窯中,大部分沒有達(dá)標(biāo)達(dá)產(chǎn)、熱耗高、設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)率較低、熟料標(biāo)號(hào)不高、窯頭有時(shí)出現(xiàn)正壓、容易塌料、粉塵污染嚴(yán)重等,出現(xiàn)以上問題的主要原因,大概有以下幾點(diǎn):
(1)由于客觀條件或主觀原因,入廠的原燃料質(zhì)量不均勻,又沒有預(yù)均化手段和準(zhǔn)確的計(jì)量設(shè)施,操作管理也跟不上,致使入窯的生料、煤粉質(zhì)量波動(dòng)較大,喂料量也不能均勻穩(wěn)定。
(2)主要設(shè)備配套不夠合理,有時(shí)生料或煤粉供不上,或冷卻機(jī)能力不夠,風(fēng)機(jī)能力不夠,影響窯的正常運(yùn)轉(zhuǎn)或能力的充分發(fā)揮。
(3)預(yù)熱器系統(tǒng)的型式、匹配、內(nèi)部結(jié)構(gòu)尺寸、技術(shù)參數(shù)等設(shè)計(jì)的不合適,系統(tǒng)內(nèi)的流場分布、氣料分散、停留時(shí)間、換熱和分離效率等狀況都欠佳,致使預(yù)熱效果差,入窯物料分解率低,直接影響了窯的產(chǎn)量和熟料的熱耗。
(4)高溫風(fēng)機(jī)選型不合適,很多是能力不足,或風(fēng)量大風(fēng)壓小,或不能調(diào)速,致使預(yù)熱器系統(tǒng)的風(fēng)速和壓力分布不合理,直接影響了物料的預(yù)熱效果。
(5)窯、預(yù)熱器、冷卻機(jī)和收塵系統(tǒng)各連接點(diǎn)及孔洞等處密封不嚴(yán),漏風(fēng)量大,有的還漏料,直接影響了產(chǎn)量和能耗。
(6)窯頭噴煤管多為單通道,或雖為多通道但使用效果差,入窯一次風(fēng)量大,火焰燃燒不穩(wěn)定,對煤質(zhì)變化的適應(yīng)性差,火焰形狀和溫度都不好調(diào)節(jié)。
(7)窯轉(zhuǎn)速較低,窯尾溫度也不太高,操作人員習(xí)慣慢速和尾溫較低的操作方法。
(8)增濕塔和收塵系統(tǒng)能力不夠或能力沒能充分發(fā)揮,入電收塵器的廢氣溫度較高,收塵效率差,排放粉塵量大。
(9)燒成系統(tǒng)隔熱保溫效果差,表面熱損失大。
(10)燒成系統(tǒng)計(jì)量監(jiān)測儀表設(shè)置不完善,或不準(zhǔn)確,沒有發(fā)揮必要和應(yīng)有的作用。
(11)操作管理人員對預(yù)熱器窯的工作原理、特點(diǎn)和主要操作要領(lǐng)了解的不全面或不透徹,致使管理、操作方法不科學(xué)不合理。
3、小型干法旋窯改造的必要與可能
目前,占我國水泥總產(chǎn)量80%的地方小水泥已相對過剩,而占20%的大水泥相對短缺。因而國家建材局按中央指示精神,提出了“控制總量,調(diào)整結(jié)構(gòu)”的方針。按國家政策要求,今后不能再新建立窯、濕法窯、立波爾窯和小于Φ2.5 m的小旋窯,提倡新建新型干法旋窯。但是,新建一條1 000 t/d預(yù)分解窯生產(chǎn)線需總投資3 億元左右,2 000 t/d生產(chǎn)線需總投資5 億元左右,4 000 t/d生產(chǎn)線需總投資12 億元,而且還有少量設(shè)備和儀器儀表需要進(jìn)口或引進(jìn)技術(shù)。因而,完全靠新建大中型新型干法窯生產(chǎn)線來滿足國家經(jīng)濟(jì)建設(shè)對優(yōu)質(zhì)旋窯水泥的需求是有困難的。以先進(jìn)和比較先進(jìn)的技術(shù)改造現(xiàn)有的各種旋窯,用較短的時(shí)間、花較少的錢,充分利用老廠現(xiàn)有的資源、場地、人力和其他一切設(shè)施條件,增加水泥產(chǎn)量并提高產(chǎn)品質(zhì)量,顯然是一條比較好的路子。在旋窯中占有一定比例的小型干法旋窯也是有必要而且應(yīng)該進(jìn)行改造的旋窯中的一部份。并且改造這些小型干法旋窯相對要容易一些,更現(xiàn)實(shí)一些。
4、改造方案設(shè)想
改造的指導(dǎo)思想:應(yīng)以經(jīng)濟(jì)效益為中心,根據(jù)市場需求,工廠的現(xiàn)狀和改造的必備條件及資金來源,確定改造規(guī)模及產(chǎn)品綱領(lǐng),由設(shè)計(jì)部門會(huì)同廠方,進(jìn)行全面的調(diào)研分析比較,作出盡可能充分利用工廠的有利條件、原有設(shè)施和潛力、停產(chǎn)改造周期最短、技術(shù)先進(jìn)經(jīng)濟(jì)實(shí)用的改造方案。
本文上面已提及對中空干法窯和預(yù)分解窯改造的初步意見,下面主要談?wù)剬α⑼差A(yù)熱器窯(包括旋風(fēng)預(yù)熱器窯)的改造方案設(shè)想。
4.1 首先需解決存在的共性問題
對需要改造的小型立筒窯水泥廠,首先應(yīng)采取因地制宜的有效措施,妥善解決這一類廠比較普遍存在的一些共性問題:
(1)解決入窯生料,煤粉質(zhì)量波動(dòng)大、水份高和喂料量不穩(wěn)定、調(diào)節(jié)控制不靈和沒有計(jì)量或計(jì)量不準(zhǔn)確的問題。
(2)對配套不合理的生產(chǎn)環(huán)節(jié),如生料、煤粉供應(yīng)不上,冷卻機(jī)、高溫風(fēng)機(jī)、收塵風(fēng)機(jī)、增濕系統(tǒng)、收塵器和其他附屬設(shè)備能力不夠,均應(yīng)進(jìn)行相應(yīng)的改造或更換。
(3)燒成系統(tǒng)各聯(lián)接點(diǎn)孔洞等處凡可能漏風(fēng)的地方,應(yīng)加強(qiáng)密封,旋風(fēng)筒下料閃動(dòng)閥,要調(diào)整好或更換,徹底解決內(nèi)外漏風(fēng)。
(4)單通道噴煤管,盡可能改為多通道噴煤管。
(5)改造窯的傳動(dòng)裝置,把最高窯速提到2.2~3 r/min。
(6)按規(guī)范要求選用質(zhì)量好又適用的耐火、隔熱、保溫材料,并作好施工。
(7)在燒成系統(tǒng)設(shè)置必要實(shí)用的計(jì)量監(jiān)測儀器儀表,并設(shè)專人負(fù)責(zé)維修校驗(yàn)和經(jīng)常觀察記錄。
(8)采取請進(jìn)來和走出去的辦法,輪換培訓(xùn)工廠的操作管理人員,使之真正懂得預(yù)熱器窯的工作原理,全面掌握操作要領(lǐng)。
4.2、科學(xué)合理地確定改造后的主要指標(biāo)
按照工廠對改造規(guī)模的要求、旋窯規(guī)格、預(yù)熱器型式和原燃料質(zhì)量條件以及工廠原有的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)和必要的試驗(yàn)測定數(shù)據(jù),經(jīng)過科學(xué)計(jì)算,標(biāo)定窯系統(tǒng)的產(chǎn)量,并定出預(yù)熱器系統(tǒng)型式匹配及結(jié)構(gòu)尺寸。
(1)對旋流型立筒預(yù)熱器,建議盡可能改造為目前使用效果較好X.L型。
Φ2.5 m×40~45 m旋窯改造后熟料產(chǎn)量210~240 t/d,熟料熱耗4 600~5 000 kJ/kg。
Φ3 m×40~48 m旋窯改造后熟料產(chǎn)量350~400 t/d,熟料熱耗4 400~4 600 kJ/kg。
(2)對噴射型立筒預(yù)熱器,建議改造為三缽立筒加三級(jí)旋風(fēng)筒的匹配型式(圖7、8)。并在立筒縮口處加散料器,還可在窯尾下料錐體加可調(diào)節(jié)的散料裝置。
Φ2.5 m×40~45 m旋窯改造后熟料產(chǎn)量200~220 t/d,熟料熱耗4 600~5 000 kJ/kg。
Φ3 m×45~48 m旋窯改造后熟料產(chǎn)量340~380 t/d,熟料熱耗4 400~4 600 kJ/kg。
(3)對于Φ3 m旋窯的水泥廠,如產(chǎn)品市場需求旺盛,其他改造條件都較好的,根據(jù)工廠要求,經(jīng)過科學(xué)論證,可考慮日產(chǎn)熟料600~800 t的改造方案
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