引言

NYTT公司年產(chǎn)120萬(wàn)t水泥生產(chǎn)線窯尾預(yù)分解系統(tǒng)存在氣體阻力大的問(wèn)題，C1預(yù)熱器出口負(fù)壓達(dá)到6420Pa。2019年由于該生產(chǎn)線回轉(zhuǎn)窯筒體老化開(kāi)裂換窯大修，委托我院進(jìn)行預(yù)分解系統(tǒng)降阻改造設(shè)計(jì)。而窯尾預(yù)分解系統(tǒng)降阻后出現(xiàn)系統(tǒng)出口氣體溫度上升、熟料產(chǎn)量降低、窯灰量增大現(xiàn)象。分析發(fā)現(xiàn)旋風(fēng)筒進(jìn)風(fēng)口改造不符合工作原理，設(shè)計(jì)偏差導(dǎo)致系統(tǒng)分離效率下降。在不降低分離效率前提下，采取合理降阻整改措施后，實(shí)現(xiàn)降阻目標(biāo)。

預(yù)分解系統(tǒng)降阻主要采用更換窯尾密封、煙室、擴(kuò)大煙室縮口、擴(kuò)大分解爐下部筒體和擴(kuò)大旋風(fēng)預(yù)熱器進(jìn)風(fēng)口等方法。改造完成后，生料秤喂料量和窯尾喂料提升機(jī)電流均超過(guò)改造前數(shù)據(jù)，C1預(yù)熱器出口負(fù)壓降到4600Pa左右，但出口氣體溫度達(dá)390℃。觀察熟料鏈斗機(jī)內(nèi)熟料量較少，同時(shí)增濕塔底部輸送設(shè)備內(nèi)窯灰量明顯增大(包含增濕塔和余熱發(fā)電SP爐窯灰，不包含窯尾大布袋窯灰)。對(duì)窯灰量現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)定后，計(jì)算出僅這部分窯灰量就占生料喂料量的12％～14％。之后通過(guò)增加生料喂料量、提高高溫風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速等方式，嘗試從操作上解決窯灰量過(guò)大的問(wèn)題。期間每班對(duì)窯灰量進(jìn)行了2次標(biāo)定，結(jié)果是隨著喂料量增加，窯灰量也相應(yīng)增加，而提高高溫風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速對(duì)減少窯灰量沒(méi)有明顯作用。改造后雖然系統(tǒng)降阻幅度較大，但是窯灰量激增，導(dǎo)致熟料產(chǎn)量降低、能耗增高，不得不停窯進(jìn)行整改。

初步判斷，窯灰量大應(yīng)該是窯尾廢氣含塵濃度大，粉塵沉降大量在余熱鍋爐換熱器和增濕塔中導(dǎo)致的。這說(shuō)明預(yù)分解系統(tǒng)分離效率較低，生料經(jīng)窯尾提升機(jī)喂人系統(tǒng)后被氣流帶入C1旋風(fēng)筒，由于分離效率低，大量生料粉沒(méi)有收集下來(lái)，而被氣流帶走，致使窯尾廢氣含塵濃度劇增。在預(yù)分解系統(tǒng)中旋風(fēng)筒承擔(dān)氣固分離功能，本次降阻改造對(duì)所有旋風(fēng)筒進(jìn)風(fēng)口作了較大改動(dòng)，很可能因改動(dòng)不當(dāng)降低了分離效率。分離效率的高低直接關(guān)系到系統(tǒng)的熱效率，分離效率降低，系統(tǒng)換熱也變差，導(dǎo)致系統(tǒng)出口氣體溫度很高。

進(jìn)一步復(fù)核設(shè)計(jì)圖紙后，認(rèn)定C1～C5級(jí)旋風(fēng)筒進(jìn)風(fēng)口擴(kuò)大存在問(wèn)題。每一級(jí)旋風(fēng)筒進(jìn)風(fēng)口都采用三面擴(kuò)大方式[見(jiàn)圖1(b)】，分別向左右兩側(cè)和底部擴(kuò)大。進(jìn)風(fēng)口向左右兩側(cè)擴(kuò)大是為了盡可能擴(kuò)大通風(fēng)面積，向底部擴(kuò)出倒三角是為了避免底部積灰。以C5旋風(fēng)筒為例，進(jìn)風(fēng)口左右兩側(cè)各擴(kuò)大350mm，底部向下擴(kuò)大出高度600mm的倒三角，但這樣設(shè)計(jì)存在以下問(wèn)題：

(1)擴(kuò)大后通風(fēng)面積增加了59％，計(jì)算出截面風(fēng)速僅為15.7m/s(見(jiàn)表1)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于合理值18～20m/s。根據(jù)旋風(fēng)筒工作原理，氣流切向速度使氣流中生料粉受離心力作用，被甩到筒壁而從氣流中分離出來(lái)。氣流入旋風(fēng)筒的切向速度過(guò)低，氣流中的生料粉受到的離心力減小，粒徑較小的料粉被氣流帶走，沒(méi)有分離出來(lái)，分離效率就會(huì)降低。

(2)進(jìn)風(fēng)口向內(nèi)筒一側(cè)擴(kuò)大過(guò)多，一部分外旋氣流會(huì)直接沖撞到內(nèi)筒，還有一部分外旋氣流會(huì)直接短路進(jìn)人內(nèi)筒，外旋氣流和內(nèi)旋氣流相互沖撞，旋風(fēng)筒流場(chǎng)混亂，分離效率必然大幅度降低。

(3)進(jìn)風(fēng)口向下擴(kuò)大，減小了直圓柱高度。直圓柱的作用是與進(jìn)風(fēng)蝸殼一起使氣流向下旋轉(zhuǎn)，再在中心形成向上的旋流。減小了直圓柱高度，就減少了氣流中生料粉的沉降時(shí)間，分離效率也會(huì)隨之降低。

在實(shí)際生產(chǎn)中，旋風(fēng)筒進(jìn)口風(fēng)速對(duì)阻力有較大的影響，適當(dāng)降低進(jìn)口風(fēng)速，可作為有效的降阻措施之一。通過(guò)擴(kuò)大旋風(fēng)筒進(jìn)風(fēng)口，降低風(fēng)速，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)降阻的設(shè)計(jì)方向是對(duì)的，但本次降阻改造沒(méi)有遵循旋風(fēng)筒的工作原理，計(jì)算不準(zhǔn)確，設(shè)計(jì)出現(xiàn)較大的偏差，被生產(chǎn)證明是失敗的。

(1)縮減每個(gè)旋風(fēng)筒改造后的通風(fēng)面積，控制進(jìn)風(fēng)口風(fēng)速在合理范圍(18～20m/s)，并盡量接近下限(見(jiàn)表1)。在不降低分離效率的前提下，盡可能多地減少降阻。調(diào)整后只有C3旋風(fēng)筒進(jìn)風(fēng)口受設(shè)備尺寸限制，風(fēng)速偏高。

(2)進(jìn)風(fēng)口向內(nèi)筒一側(cè)擴(kuò)大要適度，影響內(nèi)筒的部分用增加澆注料厚度來(lái)填補(bǔ)[見(jiàn)圖1(c)]，使氣流從內(nèi)筒與筒壁之間通過(guò)，外旋氣流和內(nèi)旋氣流相互沖撞，恢復(fù)旋風(fēng)筒正常流場(chǎng)。

(3)進(jìn)風(fēng)口向下擴(kuò)大的部分用澆注料填平『見(jiàn)圖1(c)]，恢復(fù)直圓柱的高度。不減少氣流中生料粉的沉降時(shí)間，不降低分離效率。

整改后，增濕塔底部輸送機(jī)內(nèi)窯灰量大為減少，經(jīng)多次現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)定，計(jì)算出窯灰量占生料喂料量的1％左右，屬于正常范圍。生料秤喂料量和高溫風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到改造前數(shù)值時(shí)，C1預(yù)熱器出口氣體溫度維持改造前數(shù)值320℃，C1出口負(fù)壓降到5730Pa，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)降阻690Pa，通過(guò)技術(shù)指標(biāo)驗(yàn)收。

近年來(lái)窯產(chǎn)量的提高和能耗考核越來(lái)越嚴(yán)格，對(duì)預(yù)分解系統(tǒng)降阻的需求也越來(lái)越高，但是一味追求降阻反而得不償失。一些生產(chǎn)線改造只設(shè)定降阻目標(biāo)而不限定系統(tǒng)出口氣體溫度和含塵濃度，結(jié)果造成熟料產(chǎn)量虛高虧庫(kù)、系統(tǒng)出口溫度上升、能耗不降反升，均不同程度地存在窯灰量增大的問(wèn)題。一些生產(chǎn)線甚至因?yàn)楦G灰量過(guò)大，造成余熱發(fā)電回灰輸送設(shè)備超載而被迫減少進(jìn)入換熱器的廢氣量，使余熱發(fā)電量下降。

預(yù)分解系統(tǒng)降阻后不應(yīng)出現(xiàn)出口溫度上升、出口含塵濃度增加的情況，不應(yīng)降低系統(tǒng)熱效率。系統(tǒng)降阻應(yīng)嚴(yán)格符合系統(tǒng)工作原理，在不降低分離效率的前提下，盡可能多地減少降阻，才能真正實(shí)現(xiàn)降耗，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)提產(chǎn)。

作者：劉春楊

來(lái)源：《合肥水泥研究設(shè)計(jì)院有限公司》

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