新型干法窯生產(chǎn)優(yōu)化途徑的分析(1)

　　當前我國新型干法窯技術已取得長足進展，主要表現(xiàn)在產(chǎn)量不斷提高、熱耗不斷降低，不少生產(chǎn)線的技術指標已達到國際先進水平?；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、設備制造質量提高，提高了其運行可靠性，為系統(tǒng)長期連續(xù)運行提供基礎；
2、系統(tǒng)各單元：熟料煅燒、預熱預分解、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技術有新的突破；
3、生產(chǎn)經(jīng)驗的積累，制定了較合理的運行參數(shù)；
4、自動控制手段完善，使系統(tǒng)能及時跟蹤設定的參數(shù)，經(jīng)常處于穩(wěn)定狀態(tài)下運行。
　　但仍有相當部分生產(chǎn)線運行情況不如人意，其原因主要是系統(tǒng)匹配欠佳和運行參數(shù)未能得到優(yōu)化。
一、生產(chǎn)能力
　　新型干法窯的懸浮預熱器有很強、高效的傳熱功能。懸浮預熱器內(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，預熱器內(nèi)無燃料燃燒現(xiàn)象）下，在每一級預熱器內(nèi)很快達到熱平衡狀態(tài)，氣流溫度和物料溫度幾乎一致，其出口溫度僅相差10～20℃。預熱器出口廢氣溫度遠低于中空干法窯，熱量已得到充分利用，做到高產(chǎn)低熱耗。
　　新型干法窯預熱預分解系統(tǒng)有一個很重要特征是，分解爐或入窯一級預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。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熱器（所以該級又稱分解級）。碳酸鹽分解是一個化學反應相變過程，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)關系，

（T為分解絕對溫度K），當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Pco2不變時，碳酸鹽分解是等溫過程，由于分解爐或預熱器內(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)定尚有賴于其很強的傳熱功能，使氣流中熱量及時傳給物料。需要提出的是，當碳酸鹽完全分解后，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至預熱系統(tǒng)熱工制紊亂，這是控制分解率在100%以下的原因。由于入窯一級預熱器出口氣流溫度的穩(wěn)定為預熱系統(tǒng)熱工制度穩(wěn)定提供了條件，只要預熱器級數(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，對于一定規(guī)格的窯存在一個合理的高限值。
　　回轉窯是一個理想的燃燒裝置，燃燒溫度高，燃燒速度快，由于兼有熟料燒結及部分傳熱任務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度，熱力強度有截面熱力強度和燃燒區(qū)容積熱力強度，從統(tǒng)計資料來看單位截面強度并不是一個定值，而是隨窯的直徑增大而增大。燃燒區(qū)熱力強度（單位容積發(fā)熱量）是普遍適用于各種燃燒爐?；剞D窯的燃燒帶長度是正比于窯的直徑，則回轉窯的發(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，由于窯皮容易保護材料壽命長，允許較高的熱力強度，即a值可取高值。應該指出的是窯的發(fā)熱量是包括燃料燃燒熱Qr和助燃空氣（二次風）帶入的顯熱Qk,Q=Qr+Qk。因此新型干法窯二次風溫顯著高于中空干法窯和濕法窯，其燃料量則應相對低些。在確定燃料量時應計入二次風顯熱的因素。
　　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，燃燒速度遠低于回轉窯內(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)熱量低于回轉窯的燃燒區(qū)。由于各種爐型結構及燃燒氣氛（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，其結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的一級預熱器內(nèi)達到完全燃燒）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。