SLC分解爐及窯頭余熱風(fēng)管的技術(shù)改造

  1 分解爐的技術(shù)改造

  1.1 改造前存在的問題

  我公司2000t/d熟料生產(chǎn)線的回轉(zhuǎn)窯規(guī)格為Φ3.95m×56m，離線式噴騰SLC分解爐的規(guī)格為Φ5 012mm×1900mm。從投產(chǎn)以來，分解爐就一直有塌料現(xiàn)象。到了2007年，分解爐開始出現(xiàn)頻繁的塌料和漏粉料現(xiàn)象，分解爐的出口及其C5筒錐部經(jīng)常出現(xiàn)950 ℃以上的高溫現(xiàn)象，窯況不穩(wěn)定，系統(tǒng)工況惡化，臺(tái)時(shí)產(chǎn)量也顯著下降。

  1.2  原因分析

  該生產(chǎn)線的煤磨系統(tǒng)布置在窯尾，其利用經(jīng)過高溫風(fēng)機(jī)后320 ℃的窯尾廢氣作為烘干熱源。2007年6月，公司利用兩條生產(chǎn)線的窯頭和窯尾的廢氣余熱建成了8 MW的發(fā)電站投產(chǎn)，這樣窯尾廢氣經(jīng)過余熱SP爐后，溫度降到了210 ℃左右，從而導(dǎo)致入煤磨的熱風(fēng)溫度較以前降低了100 ℃。從2007年以來，進(jìn)廠原煤質(zhì)量（表1）整體下降，原煤水分增加，最高時(shí)內(nèi)外水分相加達(dá)到17%，熱值降低，原煤的易磨性也變差。以上因素嚴(yán)重影響了煤的烘干和粉磨，使得出磨煤粉的細(xì)度由以前的4%上升到9%（80 μm篩篩余），煤粉水分也相應(yīng)增加了3%，這樣的煤粉很難滿足窯和分解爐的要求。

  從表1可以看出來，入窯煤粉熱值下降了近580×4.18 kJ/kg。我們知道當(dāng)煤發(fā)熱量降低、揮發(fā)分變低、灰分增高、水分增大、煤粉變粗時(shí)，在相同的窯爐內(nèi)會(huì)造成煤粉燃燒速度慢，燃燒熱力不集中，火焰拉長(zhǎng)無力，窯容易跑生料，煤粉容易沉積在窯后部造成結(jié)后圈等現(xiàn)象。并且煤粉在分解爐內(nèi)燃燒時(shí)，燃燒速度必然下降，因煤粉燃燒發(fā)熱速率決定了生料CaCO3的分解速率，那么必然導(dǎo)致出爐CaCO3分解率大幅度下降。另外，煤粉燃燒速度決定了煤粉燃燒完全（燃盡）需要的時(shí)間，如果煤粉不能在分解爐中燃盡，那么會(huì)導(dǎo)致煤粉在出分解爐管道及其C5筒繼續(xù)燃燒。該生產(chǎn)線的分解爐出口是一個(gè)較平且長(zhǎng)的“鵝頸”管，因此在“鵝頸”管頂部平段地方容易積料，部分未燃盡煤粉被帶到該處繼續(xù)燃燒發(fā)熱造成局部高溫，部分生料粉夾帶著部分未完全燃燒的煤粉沉積于此，形成一層層結(jié)皮，從而導(dǎo)致 “鵝頸”平段部位經(jīng)常積料，會(huì)超過整個(gè)管徑的一半，嚴(yán)重影響了分解爐內(nèi)通風(fēng)。煤粉不能在分解爐內(nèi)完全燃燒導(dǎo)致分解爐溫度場(chǎng)分布不均勻，容易出現(xiàn)局部高溫現(xiàn)象，分解爐內(nèi)壁容易產(chǎn)生結(jié)皮，當(dāng)分解爐塌料時(shí)，結(jié)皮就會(huì)波動(dòng)掉落，導(dǎo)致分解爐錐部和三次風(fēng)管連接處管道下料口堵料，從而被迫停窯處理。部分未完全燃燒的煤粉會(huì)被帶到C5筒內(nèi)繼續(xù)燃燒，造成C5筒錐部高溫，嚴(yán)重時(shí)造成C5筒堵料。

  1.2 技改方案和運(yùn)行情況

  技改方案：將現(xiàn)有的SLC分解爐改為N-MFC流化床爐。具體做法如圖1所示。

  我們將原有分解爐錐部完全去掉，利用爐與地面的有效空間，將整個(gè)爐體往下延伸1/3長(zhǎng)度（即6 m的長(zhǎng)度），擴(kuò)大分解爐爐容，在爐底加上流化床，配上流化風(fēng)機(jī)。取消原有的三次風(fēng)管下料口，三次風(fēng)管從原有的一路進(jìn)爐，改為二路，三次風(fēng)從新爐兩側(cè)進(jìn)爐。C4筒下料管也下移，下料口緊靠流化床上方，運(yùn)行時(shí)料直接下到床上，被流化風(fēng)機(jī)流化，然后被三次風(fēng)帶走，進(jìn)入分解爐內(nèi)分解。

  1.3 改造效果

  改造后，經(jīng)過2天的調(diào)試，窯產(chǎn)量大幅度提升，喂料量從之前的145 t/d提高到160 t/h左右。從觀察孔觀看分解爐內(nèi)煤粉燃燒狀況，爐內(nèi)呈輝焰狀態(tài)，沒有爆燃現(xiàn)象，煤粉在爐內(nèi)燃燒穩(wěn)定。經(jīng)取樣化驗(yàn)出爐分解率從改造前的63.98%提升到75%以上。分解爐出口溫度穩(wěn)定在860 ℃左右。分解爐內(nèi)煤粉的穩(wěn)定燃燒，避免了爐內(nèi)局部高溫現(xiàn)象，爐內(nèi)壁結(jié)皮現(xiàn)明顯減少。出分解爐“鵝頸”管平段積料也明顯減少，基本上消除了此處結(jié)皮現(xiàn)象。雖有少許積料，但是都是粉料，很容易吹掃掉，分解爐通風(fēng)明顯好轉(zhuǎn)，爐內(nèi)塌料現(xiàn)象明顯減少。偶然有塌料時(shí)，把C4筒下料三通閥打到入窯狀態(tài)，或喂料系統(tǒng)直接導(dǎo)入生料庫，避免壓床現(xiàn)象，分解爐在2 min左右就能恢復(fù)正常運(yùn)行。分解爐的穩(wěn)定運(yùn)行，為整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定打下了基礎(chǔ)。雖然煤粉質(zhì)量沒有好轉(zhuǎn)，但是整個(gè)窯況比技改前要穩(wěn)定，沖生料現(xiàn)象極少發(fā)生，熟料強(qiáng)度和合格率也有一定的提高。

  2 窯頭余熱風(fēng)管的技術(shù)改造

  2.1 改造前存在的問題

  公司于2007年6月在兩條生產(chǎn)線的窯頭和窯尾都安裝了余熱鍋爐，利用窯頭和窯尾排除的350 ℃左右高溫廢氣來發(fā)電，設(shè)計(jì)能力8 MW。從余熱帶電站投產(chǎn)以來，2 000 t/d生產(chǎn)線窯頭AQC爐的進(jìn)風(fēng)管由于受到篦冷機(jī)和窯頭空間結(jié)構(gòu)的影響，設(shè)計(jì)不夠合理，導(dǎo)致進(jìn)AQC爐的熱風(fēng)受到嚴(yán)重的影響，AQC爐的蒸汽量也一直很難達(dá)到設(shè)計(jì)值，發(fā)電量受到很大影響。為了更加有效地利用篦冷機(jī)余風(fēng)，決定對(duì)篦冷機(jī)AQC爐的進(jìn)風(fēng)管進(jìn)行技改。

  2.2 技改過程和方案

  改造前后入AQC鍋爐風(fēng)管如圖2所示。

  由于受到篦冷機(jī)和窯頭空間結(jié)構(gòu)的影響，設(shè)計(jì)院最初設(shè)計(jì)時(shí)考慮盡量不動(dòng)窯頭平臺(tái)的框架結(jié)構(gòu)，從篦冷機(jī)二段中部側(cè)面取風(fēng)。由于受到窯頭二樓平臺(tái)大梁的限制，只能從大梁下面引出一長(zhǎng)6 m的長(zhǎng)方形風(fēng)管，導(dǎo)致風(fēng)管的角度只有30°。經(jīng)過測(cè)算飛沙料的休止角大于45°。小于45°的角度時(shí)，會(huì)引起風(fēng)管積料。此處風(fēng)管長(zhǎng)達(dá)6 m，導(dǎo)致風(fēng)管大面積積料。雖然風(fēng)管下面有鋼梁支撐，但是由于積料過多，導(dǎo)致風(fēng)管下沉，使得風(fēng)管傾斜角度更小，積料也就更多。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)算，此時(shí)的風(fēng)管通風(fēng)截面積已經(jīng)不到設(shè)計(jì)的一半，嚴(yán)重影響了AQC爐的取風(fēng)。更嚴(yán)重的是由于風(fēng)管下沉，導(dǎo)致風(fēng)管變形，擠壞風(fēng)管保溫內(nèi)襯，使風(fēng)管內(nèi)澆注料大部分脫落。澆注料脫落后，風(fēng)管殼體在高溫氧化和飛沙料的磨損下，很快就出現(xiàn)大面積的穿孔，大量的冷空氣被吸入風(fēng)管，導(dǎo)致AQC爐的熱風(fēng)進(jìn)一步受到影響，原本設(shè)計(jì)的蒸汽量為15 t/h，實(shí)際才5 t/h左右，影響了余熱電站的發(fā)電量。大量的冷空氣的進(jìn)入，也損失了大量的熱量，使系統(tǒng)熱耗增加。風(fēng)管破損后，飛沙料到處跑冒，嚴(yán)重污染了窯頭生產(chǎn)環(huán)境，危害到篦冷機(jī)設(shè)備的正常運(yùn)行。

  基于以上情況，公司決定于2009年2月對(duì)風(fēng)管進(jìn)行技術(shù)改造，更改原風(fēng)管的角度，具體布局如圖2所示。去掉原30°的6 m長(zhǎng)出風(fēng)管，風(fēng)管改為從大梁上面穿過。經(jīng)過對(duì)現(xiàn)場(chǎng)空間的詳細(xì)勘察，和窯頭框架結(jié)構(gòu)的計(jì)算后，在不影響窯頭主體框架結(jié)構(gòu)的情況下，我們將窯頭二樓平臺(tái)的2條次梁和窯頭天臺(tái)的1條主梁及2條次梁拿掉，然后在窯頭天臺(tái)重新澆注一條反梁，以保證整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，從而給新風(fēng)管預(yù)留出足夠的空間。新風(fēng)管穿過窯頭2樓平臺(tái)和天臺(tái)后，再與原風(fēng)管對(duì)接?？紤]到篦冷機(jī)此處的飛沙料較大，為了減少對(duì)接口處風(fēng)管的磨損，特別將風(fēng)管和篦冷機(jī)接口處從3 m擴(kuò)展到4.2 m，從而降低入管風(fēng)速，減少飛沙料對(duì)風(fēng)管接口內(nèi)襯的磨損。同時(shí)風(fēng)管接口處內(nèi)襯選擇超高強(qiáng)耐磨澆注料，進(jìn)一步提高澆注料的使用壽命。

  2.3 技改效果

  風(fēng)管改造至今4個(gè)多月，利用停窯檢修時(shí)間查看風(fēng)管情況，基本上完好無損。風(fēng)管技術(shù)改造的成功，充分利用了窯頭篦冷機(jī)廢氣熱量，避免了漏風(fēng)，減少了熱損失，也減少飛沙料對(duì)環(huán)境的污染和對(duì)設(shè)備的損害。同時(shí)漏風(fēng)量的減少，使得熟料的冷卻效果更好，有利于提高熟料質(zhì)量，增加熟料強(qiáng)度。從余熱電站控制室顯示，窯頭AQC鍋爐蒸汽量一直都維持在15 t/h左右，整個(gè)余熱電站發(fā)電量已經(jīng)超過8.5 MW，噸熟料發(fā)電量達(dá)到36 kWh。整個(gè)技改費(fèi)用花費(fèi)不到15萬元，按照技改后1 h多發(fā)電500 kWh，電價(jià)0.5元計(jì)算，一年為公司創(chuàng)造直接經(jīng)濟(jì)效益近200萬元。

  3 結(jié)束語

  （1）通過分解爐的技術(shù)改造，擴(kuò)大爐容 ，延長(zhǎng)煤粉在爐內(nèi)停留時(shí)間，提高煤粉燃燒效率和生料分解率，從而提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，提高了窯產(chǎn)量。

  （2）分解爐出口“鵝頸”管由于先天設(shè)計(jì)不足，“鵝頸”管平段較長(zhǎng)，雖然爐內(nèi)煤粉燃燒效率大大提高，但是此處依然會(huì)有些許積料，影響爐內(nèi)通風(fēng)。要徹底解決此處積料問題，只有改造“鵝頸”管結(jié)構(gòu)，減少此處平段長(zhǎng)度，減少積料的空間，才可以從本質(zhì)上解決彎管積料的問題。

  （3）分解爐改造為流化床式結(jié)構(gòu)，可以通過控制避免壓床現(xiàn)象。首先設(shè)計(jì)上我們將流化噴嘴的直徑從由6mm擴(kuò)大到8mm，其次在發(fā)現(xiàn)有壓床兆頭時(shí)（通過流化床上壓力測(cè)點(diǎn)和整個(gè)系統(tǒng)壓力可以判斷出來），早做分料處理，就不會(huì)出現(xiàn)壓床。

  （4）現(xiàn)在很多余熱電站都是在已經(jīng)建成的生產(chǎn)線的基礎(chǔ)上建設(shè)的，由于當(dāng)初生產(chǎn)線的整個(gè)布局空間沒有考慮到余熱鍋爐的問題，就使得新建余熱鍋爐的風(fēng)管布局受到現(xiàn)有空間結(jié)構(gòu)的約束。風(fēng)管的整個(gè)結(jié)構(gòu)走向，應(yīng)該以工藝要求為主導(dǎo)原則，保證工藝的流暢性，進(jìn)而考慮如何進(jìn)行結(jié)構(gòu)的改動(dòng)或者施工。若不以風(fēng)管的工藝要求為主導(dǎo)設(shè)計(jì)原則，克服框架結(jié)構(gòu)問題，那么勢(shì)必出現(xiàn)風(fēng)管走向不合理，出現(xiàn)積料、漏風(fēng)等問題，嚴(yán)重影響余熱鍋爐的正常運(yùn)行。這是設(shè)計(jì)者應(yīng)該注意的一個(gè)問題。

  通過對(duì)生產(chǎn)線現(xiàn)有不合理的工藝流程的技改，可以大大提高生產(chǎn)的穩(wěn)定性和能源的利用效率，往往能做到小投入大回報(bào)，創(chuàng)造良好的經(jīng)濟(jì)效益。