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窑内风、煤、料的合理匹配

新型干法预分解窑工艺流程主要包括：燃烧：各种气、固、液的化学反应；传热过程；物料的输送过程；冷却过程等。每个过程都与窑系统中的风、煤、料有着密切的关系，其中用煤量取决于喂料量，系统用风量取决于用煤量．而喂料量又取决于风、煤构成的煅烧状况，风、煤、料之间相互关联，相互制约。因此风、煤、料之间的合理匹配是稳定烧成系统的热工制度、提高窑的快转率和系统的运转率，是窑产量高、质量好及煤粉消耗少的关键所在。
本项目针对国内某厂实际生产问题．在重要进出风口进行热工标定，根据窑炉内煤粉燃烧的特点，从实际生产数据出发，着重分析窑炉风、煤、料匹配关系，从而可为工厂的实际操作提供借鉴。
1 窑炉内风、煤、料的特点
1．1 窑炉用风的特点
预热预分解系统由预热器、分解炉、及其上升管 道组成，其传热过程主要是在上升管道内进行．以对 流传热为主。物料通过撒料器。被上升烟气吹散并悬 浮在烟气中迅速完成传热过程．预热器的悬浮效率直 接影响到物料整体预热效果．而悬浮效率除了生料的 细度和管道的设计上．主要由风速影响．一般上升管 道的风速控制在16～20m／s。预热器的主要作用是收聚 物料，实现固气相分离．其分离效率和其进出口风速 及筒内截面风速相关．风速也影响着旋风筒的阻力损 失，一般截面风速控制在3
6m／s。
窑内用风主要是一次风与二次风。二次风主要通 过系统抽风和三次风门来调节．一次风则用于窑头煤 粉的输送和供给煤粉中挥发分燃烧所需的氧．以保证 煤粉的燃烧需要．但低温的一次风量占人窑空气量也 不宜过多，否则增加热耗。根据资料．当一次风量增加 到总空气量的10％时．废气温度将上升4℃．相应热耗 增加58．5kJ／kg。
1．2窑炉用煤的特点
分解炉内煤粉与物料是以悬浮态混合在一起 的，煤粉的燃烧速度直接影响着分解炉的发热能力 和炉内的温度．从而影响物料的分解率。影响煤粉 充分燃烧的因素主要包括：炉内的气体温度：炉内 氧气量；煤粉细度三个方面。因此在操作上：一要提 高入炉风温；二要保证炉内的供风量：三要控制煤 粉的细度。
通常因人窑物料的CaCO2已有85％～95％分解了． 故窑内分解吸热要求较低．但在操作上．要合理调节 窑头喂煤．确保火焰的热力强度．保证熟料煅烧的充 分性。同时防止喂煤量过大，产生不完全燃烧．形成还 原气氛，使熟料中的Fes+还原成Fe2+，而产生黄心料、过烧料。另外．大量未燃尽的煤易被窑风拉至窑尾燃烧，使窑尾烟室温度过高．导致窑尾烟室缩口、斜坡结皮，影响生产的正常进行。
1．3窑炉用料的特点
生料的易烧性是评价生料的重要工艺指标。主要考察生料的矿物组成、化学组成、颗粒组成三个方面．分别从反应活性、生料率值、生料细度来判断生料大致的易烧性．分析出其在分解炉的分解温度范围，合理的调整喂料量的大小。是保证熟料质量和窑况稳定的准则。
(1)生料的矿物组成：生料中的石灰质组分主要为含Ca0的方解石。它的反应活性与其类型、晶体结构、晶体的粒度和存在的杂质(杂质含量高、分布广也有助于石灰石反应活性的提高)有关。黏土若含粗砂过多的砂质土．易磨性及易烧性较差，尽量选用页岩或粉砂岩作黏土质原料有利于粉磨和熟料烧成。
(2)生料的化学组成：生料的主要化学组成可集中地反映在其三率值。若n过高，由于液相量显著减少，熟料煅烧困难：过低由于液相过多，易结皮结圈，给生产带来困难。若p过高，黏度大，物料难烧；过低使烧结范围变窄，易结皮结圈。在改变n、p值时，应适当调整KH值．使配料方案合理。
(3)颗粒组成：生料的细度和颗粒级配显著地影响生料的易烧性．生料颗粒愈细．其表面积和反应活性也愈大．固相反应迅速．烧结容易。因生料的反应速率大致上与颗粒大小成反比关系：水泥生料活性的降低与方解石和石英平均颗粒乘积的二次方的倒数成线性关系。
根据生料的率值、细度，判断生料大致的易烧性，结合煤质和窑况．合理的调整喂料量的大小，是保证熟料质量和窑况稳定的准则。
2 窑炉内风、煤、料的匹配关系
预分解窑系统的风、煤、料的匹配关系比较复杂．不同的生料在煤质与窑况不变的情况下需要分解炉中相应的温度匹配．不同窑头用风与分解炉用风对煤粉燃烧的影响也不相同，在窑操作中，应注意风的分配、窑炉用煤量的比例．并兼顾整个系统风、煤、料的匹配关系，为工厂优质、高产、低耗打下基础。
在窑操作中，通过窑尾压力、窑头压力、预热器各级筒压力、篦下压、C1出口温度、C5出口温度、分解炉温度、筒体温度、三次风温、二次风温、窑尾电收尘C0浓度、C3处CO浓度来反映风、煤、料的情况，综合生料率值、熟料报样来调整喂料量、喂煤量及各处用风的大小。
2．1 分解炉内风、煤、料的匹配
分解炉是预分解系统的核心部分．承担着预分解窑系统中煤粉燃烧、气固换热和碳酸盐分解任务．使人窑生料的分解率达到90％以上．从而大大提高回转窑单位有效容积的产量。分解炉汇聚着来自窑内含氧量低的窑风和来自冷却机含氧量高的三次风．气氛较为复杂，煤粉在此分散、燃烧，分解炉与窑把握好风的分配，具体情况如下：
(1)当喂人窑头和分解炉的煤量不变时．窑内通风量增加，拉长烧成带，将导致烧成带温度下降，同时影响窑尾温度。三次风量减少。使三次风速降低，易造成风管积灰，且影响炉内煤粉燃烧．C5筒出口温度与分解炉出口温度可能出现倒挂．产生不完全燃烧．极易造成结皮、堵塞。
(2)当喂人窑、炉煤量不变时，窑内风量少，煤粉在窑内燃烧不完全。会造成烧成温度低．窑内出现还原气氛。同时，过量的空气进人分解炉将降低炉内温度．特别是三次风温较低时．降低了生料人窑的分解率，从而加重了窑的热负荷。
因此．在生产中可根据实际情况．及时调整各参数。一般当预热预分解系统内物料悬浮不好．出现塌料、窑头返火、C1筒出口温度偏低时．说明系统总风量不足，应适当开大系统排风；反之，当C，筒出口温度偏高，系统负压增大时，说明系统总风量过大．应适当关小系统排风。在风量分配上．当人炉二次风量大．窑内用风量小一般表现为窑尾温度和分解炉出口温度偏高，此时应关小三次风阀门开度．使窑内风量相应增大；反之，人炉三次风量小，窑内用风量大的一般表现为窑尾温度偏高．C5筒出口温度与分解炉出口温度可能倒挂．且窑内火焰长，窑头和窑尾负压较大．此时应开大三次风阀门开度，使窑内通风量相应减小。
针对分解炉的特点．在喂料量(360t／h)、喂煤量(窑用煤量lO．Ot：／h，炉用煤量16．5t／h，窑炉用煤比38：62)以及窑尾高温风机转速等都不变的情况下，单纯进行了调整三次风门开度的试验，通过现场测定三次风、二次风、C1与C4处温度的变化及预热器系统内气压和C0浓度、O2浓度的变化，了解分解炉内煤粉的燃烧和生料分解状况。热态检测如表1所示：从表1可以看出．当三次风门开度减小或增大时，对生料分解率的变化有一定的影响．这是因为三次风门的变化使分解炉内煤粉的燃烧气氛产生变化，这从开度变化前后C0浓度和0，浓度的改善可以看出。一般对三次风门的开度调控不易过大．要综合考虑出冷却机后热风的分配问题．这点已在上文中讨论过。从表l中看出因为三次风门的增大，生料分解率提高后，对窑的负荷减轻．使熟料的煅烧效果优化，进而影响三次风温、二次风温，三次风温、二次风温的增加一方面提高窑系统的热利用率．另一方面对分解炉中生料的分解和窑中熟料的煅烧提供了更多的热源，优化了热工制度。
2．2窑内风、煤、料的匹配
窑操作上．要合理调节窑头喂煤，调节燃烧器的直流风、旋流风以及燃烧器的位置，确保火焰的适宜形状和热力强度。窑烧成带筒体温度采用红 监测温度可以判断烧成带窑皮的厚薄及分布情 况：同时也可判断烧成带热力强度和燃烧器在窑 内的位置、火焰形状等是否合适。图1中曲线1为采 用表2中编号1时的简体曲线．在烧成带(离窑口 29m处左右)达到了385 qC．这是因为火力过于集 中，易烧坏窑皮及耐火砖。为此可采取加大一次风 直流风速、减小旋流风速、增加二次风速等措施， 使火焰延长，适当的烧成带长度对煅烧有利。但烧 成带过长则会造成窑内火力不集中．烧成带热力 强度难以得到保证．表2中编号2减小旋流风速比 例，增加火焰长度，合理伸长了烧成带。具体温度 变化见图1中曲线2．烧成带温度降到了365 cC．缓解 了红窑事故的产生。

2．3 窑炉内风与温度之间的关系
窑炉内不同的位置需要不同的温度．保持温度在 合理的范围．首先要严格控制煤的使用．其次要注意 风、料的搭配。系统的抽风对温度的影响尤为明显．温 度对风量也有一定反作用。
风速大小影响着对流传热系数．风速低不能完成 预热器系统内选粉沉降功能，易造成塌料、堵塞；风速 过高，易使风料换热不充分，C1出口处温度偏高，浪费 热量。
增湿塔的出口温度的控制是根据人塔含尘气流 温度的高低而对应调整水压大小和喷头数量．并定 日寸检查喷头雾化效果．使其出口温度控制在规定范围。当温度过低时．电除尘器容易结露，同时也易造成增湿塔的湿底和塔底螺旋输送机卡死堵塞。而温度过高则高温粉尘比电阻高致使电除尘器收尘效果不好．从而造成污染，所以要严格控制。在保证生料磨运作的情况下不易调高，过高的温度会加大窑炉的负荷，温度越高，气体的密度越小，而风机在转速不变的情况下单位时间抽风的体积量是恒定的，由于密度变小．故体积变大．单位时间内窑系统内风量的流速相对变慢．供氧量相对变少：一般增湿塔出口温度不宜超过180℃。
3 结论
总之。风、煤、料与窑速四者之间是相互联系又相互制约的．任何一个调整不及时或调整幅度不当，将使整个系统热工制度破坏，影响窑系统运行和熟料质量。’当风、煤、窑速相对稳定时，喂料量的大小和生料的易烧性指数的大小决定了风、煤、窑速是否合理．是否与当前的喂料量相适应。喂料量大等效于窑速太慢，风、煤偏少；喂料量小等效于窑速太快，风、煤偏多：料的易烧性指数大等效于风、煤量不足，窑速较慢：生料的易烧性指数小等效于风、煤量相对过剩。窑速偏快。当风、料、窑速相对稳定时，喂煤量增加等效于喂料量、抽风量相对不足，喂煤量减少则等效于料量、风量相对过剩，均影响熟料煅烧质量。当料、煤、窑速相对稳定时，系统排风量增加等效于料、煤相对不足．窑速加快；抽风量减少等效于料、煤相对偏多，窑速减慢等。这四者之问的联系与制约不只是上述几个简单的方面．而是一个有机的整体，必须及时调整四者的相对大小．尽力做到使系统均衡稳定运行。