嵩山重工张工讲述影响回转窑产量、质量和消耗的主要因素

影响回转窑产量、质量和消耗的主要因素主要包括煅烧制度和的传热能力等
(一)煅烧制度
水泥回转窑既是一个燃烧炉,进行燃料燃烧,并达到一定的高温;又是一个反应炉,使生料通过高温热处理,完成熟料反应过程,烧出质量良好的水泥熟料。因此,在研究窑内燃料的燃烧时,要特别注意如何改善生料的热加工条件。这与火焰(燃烧带)的温度、长度、位置、形状等有很大关系。湿法或干法长回转窑可以有如图 525 所示的几种煅烧操作制度。图中曲线 1为正常火焰煅烧制度;曲线 2 为短焰急烧;曲线 3 为高温长带煅烧;曲线 4 为低温长带煅烧。

正常火焰煅烧:回转窑内的煅烧温度较高,火焰长度合适,火焰柔顺有力,燃料燃烧较完全,熟料在烧成带的停留时间适宜,熟料结粒细小,均齐,色泽正常,好烧不起块。熟料的矿物晶体发育良好,晶型规则,大小较均齐,分布也较均匀,游离氧化钙较低,熟料质量较高。这种煅烧制度,烧成带温度虽较高,但不会烧坏窑皮及衬料,窑的产量、燃料消耗、火砖寿命等技术经济指标均较好。
短焰急烧:窑内火焰较短,高温集中。通常,由于原料预烧不良,燃煤挥发物含量过低,又受设备条件的限制等(如窑的长径比过短),迫使烧成带缩短,提高火焰温度,急速完成熟料的煅烧过程,因而使物料在烧成带停留时间不足,受热不均,熟料矿物晶体大小悬殊,晶型不规则,分布不匀,游离氧化钙往往较高,影响熟料质量,而且因高温集中,易烧坏窑皮及耐火材料,不利于窑的长期安全运转,并影响各项技术经济指标。高温长带煅烧:是一种具有较高的煅烧温度和较长火焰的煅烧制度,是一种强化煅烧的方法。采用这种制度,可以加速熟料形成的过程。不过必须同时增加窑的传热面积,改挂链条或窑后增设热交换装置等,以相应提高窑的传热能力,这样才能既增加产量,又使消耗等各项指标也较好。如果单从操作着手,过分增加风煤,增加喂料以强化煅烧,则虽增加了产量,但由于超过了该窑的传热能力,将使废气温度提高,结果消耗增加,降低熟料质量,也影响窑的长期安全运转。
低温长带煅烧:指窑内火焰较长,温度较正常偏低的一种煅烧操作。通常是由于窑内排风偏大,燃料燃烧较慢,燃煤挥发物含量过高等,使火焰拉长,热力分散所致。这时,窑的预烧能力增强,熟料在烧成带的停留时间也延长,但因温度偏低,往往使熟料矿物晶体偏小。因此,虽然有时熟料中游离氧化钙含量较低和立升重合格率较高,窑的产量和燃料消耗等指标尚可以,但熟料强度往往较低。
矿化剂的加入,由于降低了液相出现的温度,回转窑烧成带由于液相出现较早而终结较晚(有的矿化剂还降低液相粘度、形成中间过渡相等),实际上也就延长了烧成带的长度,增加了物料在烧成带的停留时间,使石灰的吸收过程更充分,有利于提高窑的产量、熟料质量,并降低消耗。

石灰质和粘土质原料的品种和质量、燃料的质量(如煤的挥发物、灰分、热值、细度)、生料的化学成分、生料的均匀性及在配料方案等,均会影响窑内物料的煅烧过程。因此,应视不同的原、燃料和窑等客观条件,使窑的预烧能力尽量和烧结能力相适应。应使熟料好烧而不起块,窑皮易于形成而不结圈,熟料高温快冷而不损害出料端设备等;对于难烧的生料应保证足够的预烧能力,不宜过分缩短火焰,以免结大块,缩短衬料寿命;对于易烧的生料不宜过分延长火焰,以免结圈;对于低挥发物煤应尽量延长煅烧部分,以免出现局部高温;对于高挥发分煤应尽量缩短火焰,以提高火焰温度等。务使熟料岩相结构良好,生产出高质量的熟料,又使窑的产量、煤耗、衬料消耗等各项技术经济指标比较先进,并保持窑的长期安全运转。
   (二)窑的传热能力
   如前所述,若要增加窑的发热能力,提高产量   而又不增加热的损失,则必须采取一定的措施。   这是由于燃烧带的容积热力强度即每小时每立方   米燃烧带容积所产生的热量基本上可认为是一个   常数,可在 ±10% 之间变动。因此要增加窑的发   热能力,必须要延长燃烧带的长度(如较多地提高   窑的烧带热力强度,将对窑衬寿命产生较大影   响),但这会导致废气温度的增高和气体流速的加快,   从而增加废气带走热损失,使熟料单位热耗上
   升。图526为窑燃烧带长度与熟料单位热耗之间   的关系。由此可知,提高回转窑的传热能力是提
图 526  燃烧带长度与熟料单位热耗的关系   高窑的产量、降低消耗的有效措施。
 

提高回转窑传热能力的措施和方法有:
1 链条装置
链条装置是湿法长窑和干法长窑的主要热交换装置之一。其任务是使窑的热气体和生料之间进行热交换。湿法窑内的链条除传热外,还起到输送物料和防止结泥巴圈的作用。链条装置有两种不同的形式:( )垂挂链幕;( )花环链幕。

干法长窑一般在整个链条带内全为垂挂链幕。湿法长窑的链条带通常是花环链幕与垂挂链幕相结合。
花环链输送物料的能力高于自由悬挂链,这对于湿法窑特别重要。但是垂挂链的安装比花环链容易。应该注意,当前湿法窑链条带设计有两种观点:一种认为出链条带生料应含有 3% ~8%的水分,使生料保持一定的成球率,否则会引起料球破碎而造成过多的粉尘,既增加飞损又易使物料在窑内造成来料不均,预热不良;另种观点则认为应使链条带出口料浆水分为 0,并使生料预热较高温度,有利于生料的预烧。不论何种方法,链条带设计总的趋势是加密,提高传热面积,以增加窑的预烧、传热能力。
为了多挂链条,延长链条带使用寿命,特别是在链条带热端的链条,最好用耐较高温度的耐热钢,或者用铬镍含量高的合金钢或耐高温钢材,但此种钢材价格较贵,应注意整个技术经济效果。
2 热交换器
湿法回转窑内的热交换器(除链条外)较多,有料浆过滤预热器、金属格子式热交换器、陶瓷热交换器、陶瓷扬料器,等等。这些热交换器均能不同程度地改善回转窑的传热能力,提高产量,降低消耗。
(1 )料浆过滤预热器
料浆过滤预热器或称料浆预热器,是装在湿法回转窑窑尾入口、链条带之前的热交换器。除链条式外,这些热交换器内均装有金属填充体,使气流通过各室及金属填充体时,增加料浆和气流的接触和传热面积,强化传热效果。这种预热器可使料浆预热到 55~70℃ ,同时可以降低废气温度,在最有利的条件下,可使废气温度降到 130~150℃ 。同时,这些预热器还起到过滤粉尘的作用,其收尘效率可达 50% 。但是,当窑内粉尘浓度过大时,或者有时为了较多地提高产量并增加粉尘浓度时,这种预热器易于堵塞,从而不得不在料浆中增加 2% ~3% 水分以避免堵塞,或者适当地降低一些产量。
(2)格子式热交换器
有金属和陶瓷格子式热交换器。为了提高干法或湿法回转窑的传热面积,在链条带后面(从生料入口看)可以装设这类热交换器,它们把窑的横截面分成几格,以使热气体与固体物料之间进行更好的热交换。  这种热交换器阻力较小,传热面积较大。金属热交换器所用的材料为耐高温的镍铬钢,但价格昂贵。陶瓷热交换器通常采用 70% ~75%Al2O3 的耐高温耐火材料制成,由于它可安装在窑内气体温度 1000~1200℃ 处,可提高窑内热交换效率。但陶瓷热交换器易于碎裂。应该注意,各种热交换器均会增加窑内流体阻力,需考虑排风机压头和功率能否满足生产
需要,同时会增加窑内扬尘,应注意窑内和窑外的收尘。

(3)陶瓷扬料器

陶瓷扬料器或袋形砖如图 527 所示。这种装置可以把窑内物料提升起来,使物料的每一个颗粒直接暴露在热气体中增加传热面积,加速传热和强化热交换。试验指出,在干法短回转窑中运用这种扬料器,可使废气温度从 600℃ 降到 500℃ ,窑产量提高 12% ,单位熟料热耗下降 20% 。

 由于陶瓷扬料器有碎裂倾向,因而金属扬料板可能更适合于这种用途。但是受耐热性能的限制,不能安装于气流温度较高的区域。
近来有资料报导,在干法回转窑内安装特殊形式的陶瓷扬料装置,从窑冷端一直安装到分解带,使物料颗粒在高温气流中呈悬浮状态,从而不但提高传热系数,还极大地提高传热面积,传热效果可能会与旋风预热器系统媲美。但这种装置会使飞损大大提高,因而窑后应装设两级旋风预热器,既作收尘器又作预热器,可以获得良好的效果。
3 窑后装设炉篦子加热机、各种悬浮预热以及窑外分解炉(详见下面各节)。
 

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