淺析我國(guó)現(xiàn)有預(yù)熱預(yù)分解窯改造技術(shù)

　　改革開(kāi)放二十年，我國(guó)水泥工業(yè)產(chǎn)量的增長(zhǎng)是引人矚目的。但是產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的不合理，現(xiàn)代化技術(shù)水平的不均衡，可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)要求不明確，是冷靜進(jìn)入21世紀(jì)需要考慮的。面對(duì)現(xiàn)實(shí)，資金籌措困難，新建擴(kuò)建不容易，技術(shù)改造成為熱潮。然而如何判定、如何選擇、如何開(kāi)拓新的工作思路，使技改工程體現(xiàn)出必要性、可行性和最優(yōu)化是水泥行業(yè)工作者面臨的挑戰(zhàn)。

　　1、診斷性工作

　　我國(guó)水泥產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不合理的突出表現(xiàn)是回轉(zhuǎn)窯少，新型干法窯更少，新型干法窯不僅是預(yù)分解窯(以下簡(jiǎn)稱NSP窯)也包括預(yù)熱器窯(簡(jiǎn)稱SP窯)，立筒預(yù)熱器窯，旋風(fēng)預(yù)熱器窯都屬于此。我國(guó)新型干法窯有大有小是符合國(guó)情的，不同規(guī)模選用不同型式也是合理的，不必急于改小增大或改SP為NSP。筆者以為我國(guó)現(xiàn)有預(yù)熱預(yù)分解窯可分為80年代中期前后兩類，80年代中期以后建設(shè)的SP窯和NSP窯由于資料信息比較充裕，試驗(yàn)實(shí)踐條件也好，技術(shù)水平都不低。例如大量的300t/d、600 t/d SP窯和1000t/d、2000 t/d NSP窯，還有3000～7000t/d規(guī)模的NSP窯等等，有國(guó)產(chǎn)的亦有引進(jìn)的。盡力使它們達(dá)到應(yīng)有的性能指標(biāo)，充分發(fā)揮他們的潛能是首要的。維護(hù)、使用、認(rèn)識(shí)和掌握是關(guān)鍵，最好不要輕易改動(dòng)。在實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)達(dá)產(chǎn)，長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)的基礎(chǔ)上，節(jié)能降耗，降低成本，提高競(jìng)爭(zhēng)力，體現(xiàn)優(yōu)越性。一般設(shè)備的產(chǎn)量富裕能力都有10%甚至20%，可以挖掘。冷靜地使用掌握好這一批窯型，待駕輕就熟之后再作考慮，可以更上一層樓，非小改小革可以比擬。

　　關(guān)于80年代中期以前的預(yù)熱預(yù)分解窯由于歷史的原因，確實(shí)存在問(wèn)題。真正需要投入進(jìn)行技術(shù)改造的應(yīng)是這一類，也是本文想要闡述的重點(diǎn)。

　　眾所周知，NSP窯是在SP窯的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，相距約20年，有一個(gè)積累經(jīng)驗(yàn)，掌握和提高技術(shù)的過(guò)程和時(shí)間。而我國(guó)幾乎是跳過(guò)SP發(fā)展NSP，且當(dāng)時(shí)的技術(shù)環(huán)境與條件也比較差，許多初期建設(shè)的中小型新型干法窯生產(chǎn)中出現(xiàn)的問(wèn)題，實(shí)際是SP的問(wèn)題，也交錯(cuò)著爐子問(wèn)題。這些預(yù)熱預(yù)分解窯的規(guī)模在2000 t/d以下，大部分在1000 t/d以下。窯規(guī)格在Φ2.4～Φ4.0m范圍內(nèi)。長(zhǎng)期達(dá)不到設(shè)計(jì)產(chǎn)量是基本狀況，也有勉強(qiáng)達(dá)到但難維持穩(wěn)定。當(dāng)前，這些工廠紛紛提出改造要求，做好改造前的診斷對(duì)癥下藥是決定改造方案的成功可能性與投資效果最佳性的關(guān)鍵。

　　1.1、原有生產(chǎn)狀況分析

　　在改造前必須對(duì)原有系統(tǒng)狀況作詳細(xì)的分析，具體應(yīng)包括：工藝設(shè)備配套情況；工程土建、電氣情況；操作管理、生產(chǎn)實(shí)績(jī)及技術(shù)水平發(fā)揮狀況；還有現(xiàn)場(chǎng)問(wèn)題反映，曾采取的措施以及處理效果等。對(duì)原燃料的供應(yīng)、制備、控制、均化條件亦必須關(guān)注，總之了解掌握系統(tǒng)問(wèn)題所在是考慮改造的基礎(chǔ)資料，也是改造前期的工作準(zhǔn)備。

　　1.2、改造的目標(biāo)值必須充分明確

　　為什么改造和要求改造的目標(biāo)值必須清楚，要求在什么基礎(chǔ)上提高，期望提高到什么程度，有沒(méi)有可能性和可行性，工廠上下意見(jiàn)是否一致，廠院結(jié)合雙方認(rèn)識(shí)必須充分明確。改前應(yīng)有標(biāo)定數(shù)據(jù)認(rèn)可，作為改后的對(duì)比基礎(chǔ)。

　　1.3、正確估計(jì)投資額及投資到位可能
                  　　在盡可能低投資高效益的主導(dǎo)思想下多方案比較，使技改工程的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)、所需費(fèi)用及工程量達(dá)到最佳結(jié)合，綜合效果最優(yōu)。根據(jù)資金情況，可分期分步進(jìn)行，亦可一次到位。目的是做到收支平衡，得益相當(dāng)。通過(guò)改造把企業(yè)搞好，而不要負(fù)債累累。

　　2、技術(shù)思路開(kāi)拓

　　面對(duì)分布較廣的中小型預(yù)熱預(yù)分解窯技改需求，筆者認(rèn)為在改造的思路上可以有這樣幾點(diǎn)：①具體情況具體分析，避免千篇一律，一哄而上；②結(jié)合國(guó)情，借鑒國(guó)外技改革新的有用經(jīng)驗(yàn)；③將引進(jìn)技術(shù)中的可用部分和大型國(guó)產(chǎn)化預(yù)分解窯設(shè)計(jì)技術(shù)中的適宜部分運(yùn)用到中小型技改項(xiàng)目。

　　首先舉兩個(gè)國(guó)外的改造例子：

　　例1：一臺(tái)原設(shè)計(jì)為610 t/d的Φ3.5 m×48 m SP窯，技術(shù)改造的第一步是挖潛革新使產(chǎn)量提高到900t/d(不含加把火)。主要是改善預(yù)熱器系統(tǒng)熱效率，使表觀分解率由30%提高到50%，出系統(tǒng)廢氣溫度降低約80℃，篦冷機(jī)由普通料層改為厚料層。第二階段才是由SP窯改為NSP窯，但考慮的思路可以借鑒。既不是由原設(shè)計(jì)610t/d按常規(guī)再立一列相同的預(yù)熱器并加分解爐，也不是在已提高的900t/d基礎(chǔ)上再翻一番，當(dāng)然也沒(méi)有推倒重來(lái)，而是在充分核算檢驗(yàn)了原預(yù)熱器框架的應(yīng)力數(shù)據(jù)后，提出一個(gè)可行的容納在原框架空余空間內(nèi)的新一列預(yù)熱器系統(tǒng)，比原系統(tǒng)預(yù)熱器規(guī)模稍小。外加Pyroclon分解爐，能力在450～600t/d。對(duì)于改造后的整體1220～1300t/d來(lái)說(shuō)，新系統(tǒng)既分擔(dān)了一部分產(chǎn)能，也為原系統(tǒng)減輕了負(fù)荷使生產(chǎn)更穩(wěn)妥，運(yùn)行更可靠。冷卻機(jī)沒(méi)有更換而是改進(jìn)。值得注意的是兩列系統(tǒng)都可以加把火。新一列有正規(guī)的分解爐，有單獨(dú)的三次風(fēng)管，純空氣燃燒，加入的燃料量約為該系統(tǒng)產(chǎn)量的40%，原有一列在窯尾上升管道內(nèi)加入該系統(tǒng)產(chǎn)量的19%左右的燃料，在窯氣中燃燒。亦可適當(dāng)通一些新鮮三次風(fēng)(根據(jù)需要)。改造工作很細(xì)致，很實(shí)用。并沒(méi)有片面追求高產(chǎn)量，而是在原有條件基礎(chǔ)上的充分發(fā)揮，靈活運(yùn)用。

　　例2：一臺(tái)Φ4 m×58mSP窯通過(guò)改造，產(chǎn)量一步步提高，由900t/d→1 500t/d→2200t/d。這種逐步改造為NSP窯的方式實(shí)際上是一種掌握完善提高的過(guò)程，也是對(duì)新型干法窯的認(rèn)識(shí)過(guò)程。對(duì)于我國(guó)中小型廠家是十分必要的。目前有一些工廠已經(jīng)這樣做了，也取得了一定成果。從減緩一次性投資壓力來(lái)看，充分發(fā)揮SP系統(tǒng)的功能，分期分步進(jìn)行NSP窯的改造亦是有利的。

　　新型干法窯的優(yōu)越性不僅在產(chǎn)量，更應(yīng)體現(xiàn)在各項(xiàng)性能指標(biāo)的先進(jìn)和系統(tǒng)各部工藝設(shè)備的合理配置上。下面擬從窯系統(tǒng)的幾個(gè)方面作一一敘述：

　　2.1、分解爐的設(shè)置

　　在原有SP系統(tǒng)上做NSP的文章，設(shè)置一個(gè)二次燃燒裝置即分解爐是十分必要的，但是什么樣的分解爐要根據(jù)技改目標(biāo)值而定，可簡(jiǎn)可繁。如果增產(chǎn)幅度不大，可以是窯尾煙室上升管道的延伸或擴(kuò)大，燃燒空氣由窯內(nèi)通過(guò)；如果增產(chǎn)幅度較大，則需單獨(dú)設(shè)置分解爐、聯(lián)接管道和整個(gè)分解區(qū)域，燃燒空氣由專設(shè)三次風(fēng)管供給。前者的增產(chǎn)幅度一般不超過(guò)設(shè)備性能產(chǎn)量的35%，后者可增至100%不等，甚至可更大。依據(jù)窯爐燃料量的分配以及改造工程的需要與可能而定。

　　改造工程的難點(diǎn)在于能在原有預(yù)熱預(yù)分解系統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)布局的限定條件下設(shè)計(jì)一個(gè)適宜的能滿足改造要求的預(yù)分解裝置。使進(jìn)氣進(jìn)料進(jìn)煤位置分布恰當(dāng)，流向順暢，能確保物料盡快地均勻分散，燃料有效地燃燒和生料分解。爐型配置不拘泥于某種形式，例如我國(guó)早期的爐型主要是RSP和SF?，F(xiàn)在可針對(duì)需要用適宜的新?tīng)t型放在框架內(nèi)或單獨(dú)設(shè)在框架外，亦或管形與罐形的結(jié)合。

　　也需從延長(zhǎng)料氣停留時(shí)間、強(qiáng)化流動(dòng)形式、改善爐內(nèi)環(huán)境氣氛等方面著手，特別要注意適應(yīng)性強(qiáng)的問(wèn)題。地方廠的原燃料情況復(fù)雜，質(zhì)量差是客觀存在。除要求工廠盡量做到均勻搭配，適量存放，例如簡(jiǎn)易的均化堆棚均化措施外，設(shè)計(jì)上針對(duì)偏差的煤質(zhì)，相對(duì)變化大一些的范圍，考慮爐子的適應(yīng)性是必要的。所謂適應(yīng)性強(qiáng)一是要針對(duì)改造廠的基本煤質(zhì)，二是有變動(dòng)靈活的可能性如：入爐料量的分配可調(diào)性，喂煤點(diǎn)位置及數(shù)量的可變性；三是最好為純空氣點(diǎn)燃，部分純空氣燃燒，同時(shí)充分利用窯氣。

　　分解爐尺寸要足夠大，并配以能力足夠的預(yù)熱器和風(fēng)機(jī)是改造增產(chǎn)的關(guān)鍵。

　　2.2、預(yù)熱器系統(tǒng)改造

　　目的是改善系統(tǒng)的功能，增大氣固量的處理能力，盡可能地降低阻力，并使抗變穩(wěn)定性好。我國(guó)早期的SP系統(tǒng)都是4級(jí)，旋風(fēng)筒的形式比較單一陳舊，使用效果不好。近年來(lái)國(guó)內(nèi)預(yù)熱器設(shè)計(jì)已有很大的進(jìn)步，為此應(yīng)將技術(shù)發(fā)展的基本觀點(diǎn)和實(shí)用措施運(yùn)用到改造項(xiàng)目中。

　　(1)高效低阻是預(yù)熱器設(shè)計(jì)改造的目標(biāo)。凡不利于收聚效率的降阻措施或可能危及生產(chǎn)可靠性的附加裝置降阻措施等都是不可取的，資料表明低壓損旋風(fēng)筒已經(jīng)歷了從簡(jiǎn)單到復(fù)雜又到新的更深一步的簡(jiǎn)單這樣一個(gè)發(fā)展過(guò)程。國(guó)內(nèi)外大型設(shè)計(jì)中已經(jīng)采用是成熟的技術(shù)，可以運(yùn)用于中小型技改之中。

　　(2)實(shí)驗(yàn)研究和對(duì)國(guó)內(nèi)外有關(guān)資料的分析表明，影響旋風(fēng)筒單體效率、阻力的結(jié)構(gòu)因素主要是總高、進(jìn)出口面積、進(jìn)口形狀和內(nèi)筒深度(以下所指皆為有效尺寸)。 
 　?、倏偢吲c筒徑之比H/D，都是C1＞其他級(jí)。國(guó)內(nèi)外各種型式旋風(fēng)筒C1的H/D范圍約在2.0～3.2。C1總高并不是越高越好，也不經(jīng)濟(jì)，能滿足效率高而阻力不過(guò)高為準(zhǔn)。但需注意在原有旋風(fēng)筒的基礎(chǔ)上改造時(shí)，隨意截短(因布置關(guān)系)或過(guò)分放大直徑而高度不變致使H/D不合理也是不適宜的。提供的參考數(shù)據(jù)為：C1的H/D最低值2左右，最佳值2.6左右，其他各級(jí)的H/D在1.8～2.3范圍內(nèi)。
　?、谶M(jìn)出口面積(F1和F0)增大已成趨勢(shì)，對(duì)原旋風(fēng)筒的改造更有必要。以往旋風(fēng)筒各處的風(fēng)速特點(diǎn)是截面風(fēng)速小，進(jìn)出口風(fēng)速大。新的改進(jìn)型數(shù)據(jù)是適當(dāng)增大截面風(fēng)速(從流場(chǎng)觀點(diǎn)并不代表真實(shí)意義的風(fēng)速)，減小進(jìn)出口風(fēng)速，可以在保證收聚效率的前提下降低阻力，增大處理能力，體積僅少有增加。為此改造舊有旋風(fēng)筒可根據(jù)改造目標(biāo)值重新核算截面風(fēng)速和進(jìn)出口風(fēng)速，盡可能利用原有支承，保持主平臺(tái)位置不動(dòng)。而需在上部結(jié)構(gòu)上改變進(jìn)口蝸殼尺寸和角度，以滿足擴(kuò)大進(jìn)出口面積的要求。 原有進(jìn)口是方形的必須改為長(zhǎng)方形，對(duì)效率阻力都有好處。外下角傾斜50°可避免低風(fēng)速時(shí)的物料沉積，參考數(shù)據(jù)寬高比b/c≈0.5～0.6 F1和F0的參考數(shù)據(jù)：前者與旋風(fēng)筒直徑的平方比值為0.16～0.32；后者該比值為0.20～0.45，選用時(shí)C1高效級(jí)偏于下限，其他各級(jí)取向上限。注意當(dāng)SP改為NSP后，最下一級(jí)效率也很重要，僅次于頂級(jí)。旋風(fēng)筒的關(guān)鍵尺寸調(diào)整后，其它各部位尺寸可根據(jù)情況作相應(yīng)調(diào)整。
　?、蹆?nèi)筒加大后，對(duì)降低阻力有利，維持適當(dāng)?shù)纳疃仁潜ＷC效率的關(guān)鍵。采用大型設(shè)計(jì)中掛板式和掛片式內(nèi)筒結(jié)構(gòu)和材質(zhì)，對(duì)維護(hù)檢修、使用都有利。

　　(3)聯(lián)接管道與旋風(fēng)筒組成的換熱單元里，氣固熱交換主要在管道，阻力損失也相當(dāng)一部分在管道。為增加處理能力和延長(zhǎng)氣固停留時(shí)間，也為降低實(shí)際生產(chǎn)阻力，改造廠的各級(jí)聯(lián)接管道必須擴(kuò)大，改后的管道風(fēng)速應(yīng)比改前低。在有撒料裝置能使粉料分散的管道內(nèi)，風(fēng)速可在大于12m/s、小于16 m/s的范圍內(nèi)(過(guò)去的數(shù)據(jù)是16＜v＜24)。

　　(4)細(xì)微結(jié)構(gòu)需改進(jìn)、完善和強(qiáng)化，特別要強(qiáng)調(diào)鎖風(fēng)閥、撒料裝置和防堵清堵設(shè)施等的完好使用，充分認(rèn)識(shí)主體設(shè)備確定后，這些都是關(guān)鍵的小設(shè)備，起到事半功倍的作用，必須用新技術(shù)裝備。

　　(5)改造后的各級(jí)料管尺寸、走向角度也要給予關(guān)注，以保證料流順暢，生產(chǎn)穩(wěn)定，事故少。盡量使溜角大于65°或不小于60°，這對(duì)小廠尤為重要。

　　(6)用大型國(guó)產(chǎn)化預(yù)分解系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和加工技術(shù)，強(qiáng)化密閉堵漏和保溫隔熱，解決中小型系統(tǒng)廢氣帶走熱和胴體散失熱損失大的嚴(yán)重缺陷。強(qiáng)調(diào)襯料性能和砌筑質(zhì)量的重要。

　　(7)不必要求過(guò)高的自動(dòng)化水平，但必要的儀器儀表必須齊備好用，能反映系統(tǒng)狀況，方便操作。

　　2.3、關(guān)于回轉(zhuǎn)窯的問(wèn)題

　　一般SP窯改造為NSP窯是在窯規(guī)格不變的情況下實(shí)施。由于預(yù)熱預(yù)分解系統(tǒng)的技術(shù)改進(jìn)和強(qiáng)化，提高了入窯物料分解率，相同產(chǎn)量時(shí)窯的負(fù)荷大大減輕。所以技改工程可沿用原有窯體尺寸，不必改動(dòng)而達(dá)到增產(chǎn)目的。但應(yīng)注意窯速范圍，SP窯一般不超過(guò)2r/min，國(guó)內(nèi)有些小SP窯甚至窯速小于1.5r/min。改造為NSP窯必須根據(jù)需要核算應(yīng)有的傳動(dòng)功率，調(diào)整窯速范圍，從發(fā)展的角度，建議傳動(dòng)功率、轉(zhuǎn)速系統(tǒng)的調(diào)整一次性到位為宜。

　　對(duì)于原有NSP窯的增產(chǎn)改造，窯體尺寸及轉(zhuǎn)速可不變動(dòng)，但傳動(dòng)功率需由設(shè)備設(shè)計(jì)人員核查確認(rèn)。

　　此外還有一種思路，筆者認(rèn)為窯體規(guī)格可以變動(dòng)由三檔支承變?yōu)閮蓹n的改造，例如Φ3m× 48m或Φ3.2m×50m在原窯空間位置上變?yōu)棣?m×48m～50m，其他類推。產(chǎn)量上一個(gè)新層次，此為拋磚引玉，本文不作詳談。

　　關(guān)于窯頭窯尾即使在窯規(guī)格不變的情況下，仍需視技改方案涉及的部位進(jìn)行相應(yīng)的變動(dòng)。如窯尾煙室喂料斜坡的變動(dòng)；冷卻機(jī)、燃燒器、三次風(fēng)管等牽涉窯頭罩的變動(dòng)；窯頭窯尾密封及護(hù)板的改進(jìn)完善等等。這里筆者建議中小型窯由窯頭抽取三次風(fēng)更有利，一則大窯門的砌筑難度相對(duì)比大型小，二則也是主要的三次風(fēng)溫可提高約200 ℃，計(jì)算約相當(dāng)于增加10%的分解爐燃料量，對(duì)預(yù)分解有利，尤其對(duì)燒劣質(zhì)煤有利。

　　2.4、關(guān)于冷卻機(jī)的改造

　　冷卻機(jī)的配套完好是SP窯改造為NSP窯以及新型干法窯增產(chǎn)節(jié)能的關(guān)鍵因素之一，一般國(guó)內(nèi)中小型SP和NSP窯的冷卻機(jī)型式為單筒或篦式，使用效果都不太令人滿意。冷卻效率和熱回收效率低，熱損失大，妨礙了窯系統(tǒng)產(chǎn)能的發(fā)揮。為確保冷卻機(jī)的性能與技改后窯系統(tǒng)指標(biāo)相適應(yīng)，并保證供應(yīng)窯及預(yù)分解系統(tǒng)所需的高溫助燃空氣，冷卻機(jī)的改造應(yīng)如下述：

　　(1)單筒或篦式冷卻機(jī)各有優(yōu)缺點(diǎn)，不必強(qiáng)求一致，可以各自加以改進(jìn)。
　　(2)單筒機(jī)的型式可視需要與可能由直筒改為鼓形，內(nèi)部裝置的結(jié)構(gòu)形式、排布應(yīng)改進(jìn)。采用耐熱、耐磨材質(zhì)和抗熱震性好的襯料，進(jìn)出料部位需改造，用斜坡式進(jìn)料較好，且有利于熱端密封結(jié)構(gòu)的改進(jìn)完善。
　　(3)篦式冷卻機(jī)的新型化，能一次到位采用空氣梁的小型樣機(jī)最好，若不行，則再次提高料層厚度和篦下壓力，改換或增設(shè)必要的新鼓風(fēng)機(jī)，適當(dāng)加長(zhǎng)冷卻機(jī)長(zhǎng)度，冷卻區(qū)段重新劃分，考慮是否加裝熟料破碎機(jī)等。

　　2.5、關(guān)于燃燒裝置

　　窯頭必須采用多通道噴煤管是新型干法窯的操作要求之一，便于火焰的調(diào)整對(duì)煤質(zhì)的適應(yīng)。我國(guó)沒(méi)有象國(guó)外那樣專業(yè)的燃燒器生產(chǎn)廠家供應(yīng)水泥工廠各種規(guī)模生產(chǎn)的需要。國(guó)內(nèi)大型廠的燃燒器基本都是引進(jìn)，中小型SP窯的燃燒器除極個(gè)別引進(jìn)技術(shù)設(shè)備外，其他采用國(guó)產(chǎn)化多通道噴煤管的有之，簡(jiǎn)易多通道的有之，甚至還有用單通道噴煤管。為此技改工程需重視燃燒裝置的改造，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)適宜的多通道噴燃器并配以相關(guān)的操作使用說(shuō)明使工廠真正掌握。

　　3、結(jié)束語(yǔ)

　　技改工程項(xiàng)目是技術(shù)含量不低、難度較大的工作，是新世紀(jì)水泥工業(yè)致強(qiáng)措施之一，穩(wěn)定的政策指導(dǎo)是關(guān)鍵。最終效益的判定在于工作前的深思，而不是工作后的反思。