預(yù)分解窯操作控制新觀點(diǎn)

1、預(yù)分解窯操作控制新觀點(diǎn)(一筆者結(jié)合多年的生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，對預(yù)分解窯操作控制的幾個(gè)關(guān)鍵問題：分解爐溫度的調(diào)節(jié)控制，分解爐內(nèi)風(fēng)、煤、料的定比配合、流場分布，不正常窯況的處理及有害成分的循環(huán)等，提出自己的新觀點(diǎn)，拋磚引玉已引起同行廣述己見，對錯(cuò)漏和不足批評指正。  第一節(jié)    分解爐溫度的分布與調(diào)節(jié)控制 分解爐內(nèi)溫度是受CaCO3分解反應(yīng)平衡溫度制約的，并受燃料品質(zhì)、石灰質(zhì)原料活性、生料顆粒級配等因素影響。對于燒煤的分解爐，在物料均勻分散懸浮，迅速吸熱分解的條件下，溫度一般是820850左右，氣流溫度略高于物料2050。分解爐中CaCO3的平衡分解溫

2、度一般為800820，實(shí)際溫度只要略高于平衡分解溫度，分解溫度就能很快進(jìn)行。一、分解爐溫度的分布     CaCO3的分解溫度是在不大的范圍內(nèi)波動(dòng)的，對爐內(nèi)氣流和物料的分布在表1的基礎(chǔ)上做小范圍的調(diào)整，就能收到明顯的效果。表1  分解爐內(nèi)氣流和物料溫度的一般控制范圍工藝部位氣流溫度物料溫度變化趨勢爐上游850820上升爐中游880850穩(wěn)定爐下游820900880開始下降爐出口850900870下降1. 分解爐入口     對于在線型分解爐，從C4下來的750左右的生料與窯尾高溫?zé)煔庀嘤霎a(chǎn)生揚(yáng)折

3、換熱，物料溫度迅速上升至CaCO3分解溫度，窯尾煙氣溫度驟降的瞬間又與溫度較低的三次風(fēng)、煤風(fēng)、煤粉混合換熱，煤粉的揮發(fā)份燃燒，煤粉被點(diǎn)燃，但因溫度低，燃燒放熱速度較慢，特別在點(diǎn)火投料的初期更為明顯。對于離線型分解爐，由于沒有窯尾煙氣影響，入爐的是被預(yù)熱的三次風(fēng)、煤風(fēng)和流化風(fēng)，全是新鮮空氣，所以煤粉著火容易，放熱迅速。若煤的品質(zhì)過低，可以提高窯尾廢氣和三次風(fēng)溫度，從而提高煤粉的魚然效果，縮短著火時(shí)間。為了提高分解爐的熱效率，減少滯后燃燒造成的潔癖、堵塞等工藝事故，有效地控制爐溫，應(yīng)特別重視窯尾廢氣、三次風(fēng)、物料、煤粉及煤風(fēng)的混合換熱效果。2. 分解爐上游 物料與氣流經(jīng)入口的初步分散混合之后在路上

4、有進(jìn)一步分散混合，煤粉也可以較快的速度燃燒，迅速釋放出熱量，物料溫度上升至820，氣流溫度上升至850，CaCO3分解吸熱速度加快。然而煤粉燃燒放熱速度仍快于CaCO3分解吸熱速度，所以，氣流和物料溫度仍繼續(xù)上升。3. 分解爐上中游 煤粉燃燒激烈進(jìn)行，大量釋放熱量，氣體溫度上升至880左右，物料溫度隨之上升至850，這是CaCO3分解反應(yīng)高速進(jìn)行。如果這時(shí)燃燒放熱速度與分解吸熱速度相等，氣流與物料溫度將維持不變。若石灰石原料的活性差（如方解石含量高、硬度大等），或生料粒度過粗，就必須設(shè)法提高分解溫度。但要使分解溫度達(dá)到900是不容易的，因?yàn)檫@時(shí)分解面上CO2分壓將達(dá)1.0大氣壓，而氣流中CO2

5、分壓約0.10.2大氣壓，分解吸熱將以極高速度進(jìn)行，欲維持900的分解溫度，必須極快的燃燒供熱，一般條件下很難達(dá)到。所以，一般物料分解溫度在820850左右。要提高分解溫度，必須從以下幾點(diǎn)著手：A. 提高三次風(fēng)和窯尾廢氣溫度，以提高分解爐入口溫度，有效的縮短煤粉的著火時(shí)間；B. 減少窯尾等系統(tǒng)漏風(fēng)，減少外界冷風(fēng)引起爐內(nèi)氣流降溫及對流場分布的干擾，并有效的控制爐內(nèi)氣流中CO2分壓最小。所以，控制一、二此風(fēng)與三次風(fēng)的重量比例對提高物料的分解率有極為重要的意義；C. 優(yōu)化分解爐內(nèi)流場分布，有效地控制煤粉燃燒、料粉分解及傳質(zhì)傳熱（見第二節(jié)分解爐內(nèi)的流場分布詳述）；D. 提高煤粉品質(zhì)，盡可能的縮短燃盡世

6、間，提高放熱速度。這樣能有效的降低熱耗，防止不完全燃燒。分解爐內(nèi)有不完全燃燒現(xiàn)象時(shí)，并非靠減少喂煤量來解決問題，因?yàn)轱B內(nèi)溫度原來并不很高才導(dǎo)致不完全燃燒，若再減少喂煤量，爐溫會進(jìn)一步下降，反而會加重不完全燃燒，還原氣氛會更加嚴(yán)重。但分解溫度并非越高越好，這時(shí)，物料受有害成分影響，產(chǎn)生液相增加，易形成大料團(tuán)造成系統(tǒng)堵塞。4. 分解爐中游 由于燃燒放熱速度與分解吸熱速度都快速進(jìn)行，并且大體相等，所以分解溫度能夠穩(wěn)定在850左右，氣流溫度在870左右，隨著燃燒及分解反應(yīng)的進(jìn)行，爐氣中的CO2逐步增加，平衡分解溫度逐步提高，爐溫有種有到下游逐步升高。5. 分解爐下游隨多數(shù)料粉分解反應(yīng)的完成，分解吸熱逐

7、步減少，這時(shí)燃燒放熱的速度隨CO2濃度上升而減慢。因風(fēng)、煤、料的配合不同會出現(xiàn)完全不同的現(xiàn)象：如果二者減慢速度一致，爐溫不會有大的變化；如果放熱小于吸熱速度，爐溫會下降；如果加煤過多或在上、中游燃燒緩慢，產(chǎn)生滯后燃燒，放熱大于吸熱，爐溫會上升。當(dāng)物料大部分分解以后，物料與氣流溫度逐漸趨于一致。6. 分解爐出口 一般以850900合適，溫度過高說明燃料加入過多或燃燒過慢所致，可能引起爐后系統(tǒng)過熱結(jié)皮。出爐氣溫過低，說明下游燃料早已基本燃完，分解爐下游分解速度銳減，不能充分發(fā)揮爐下游容積及C5的部分分解效能。二分解爐C02濃度對生料分解率的影響 離線分解爐所需的卒氣系從窯頭罩抽取的熱風(fēng)，

8、因此空氣中氧含量為21。向SF型、DD型分解爐煤燃燒空氣為窯尾廢氣和三次風(fēng)的混合氣體，因此氧濃度只有13。氧濃度高不僅可縮短煤粉著火時(shí)間和煤粉燃盡時(shí)間，而且還影響生料分解率。表2為分解時(shí)間與分解溫度、分解率、CO2濃度的關(guān)系。 從表2可見，無論在什么條件下，爐氣CO2, 濃度越大(相當(dāng)上于O2濃度降低，同一粒徑完全分解或達(dá)到相同分解率所需的時(shí)間都增加。在離線分解爐中，CO2濃度為零，分解時(shí)間應(yīng)該是最短的。因此對不易著火、燃盡時(shí)間長的無煙煤來說。離線分解爐生料分解時(shí)間也是最短的。值得注意的是，爐內(nèi)溫度越低，CO2濃度的影響越明顯。例如，在850，當(dāng)爐氣CO2，則分解時(shí)間分別為3.7s、4.1s、

9、4.7s,不但分解時(shí)間大大縮短，CO2濃度的影響也大為減輕其相應(yīng)是時(shí)間比僅為1：1.1：1.27。從上述數(shù)據(jù)可以推論，存溫度相同的情況下，離線分解爐的生料分解率比在線分解爐的高但溫度的提高可大大減輕CO2濃度的影響。據(jù)報(bào)道，某RSP窯窯尾廢氣中CO2濃度為19.5，混合室中部為29.8，遠(yuǎn)比上述試驗(yàn)中最高的20還高，因此要使尚未分解的生料完全分解則需更長的生料停留時(shí)間或更高的分解溫度。這里必須指出，上述結(jié)論是福斯騰等人對單個(gè)生料顆粒的研究結(jié)果，實(shí)際生料并不是處于單個(gè)顆粒的懸浮狀態(tài)，因此情況復(fù)雜得多。關(guān)于提高煤粉和生料的分散和懸浮狀態(tài)的技術(shù)措施，以前很多文獻(xiàn)已涉及，本文不再贅述。細(xì)顆粒分解時(shí)間短

10、，而粗顆粒分解時(shí)間長，因此生料顆粒細(xì)而均勻，粗顆粒較少時(shí)，有利于分解率提高。另外平均分解率達(dá)95所需的分解時(shí)間比平均分解率達(dá)85所需的分解平時(shí)間長l倍以上，相當(dāng)于分解爐高度要增高l倍。若要求分解率達(dá)99分解時(shí)間要求長2倍以上，相當(dāng)于分解爐高度要增高2倍以上，因此，入窯生料分解以9095為宜，不宜太過分追求高分解率。三分解爐內(nèi)風(fēng)、煤、料的定比配合分解爐的通風(fēng)量、喂煤量、喂料量以及它們質(zhì)檢的配比，應(yīng)根據(jù)最初設(shè)計(jì)所做的熱工計(jì)算，在工程實(shí)踐中加以修正?，F(xiàn)對余立毅、劉述祖前輩根據(jù)國內(nèi)一般生產(chǎn)條件計(jì)算出的風(fēng)、煤、料比例關(guān)系引述如下：若煤粉發(fā)熱量以標(biāo)準(zhǔn)煤計(jì)（7000Kcal/Kg），爐的空氣過剩系數(shù)為1.2

11、0，入爐三次風(fēng)溫度為600，入爐物料溫度為750，入爐物料分解率為25%，出爐物料分解率為95%，出爐煙氣溫度為900，除妖煙氣溫度為900（窯內(nèi)熱氣不帶給分解爐顯熱），分解爐內(nèi)風(fēng)、煤、料間的配比關(guān)系為表3。表3 分解爐內(nèi)風(fēng)、煤、料間的一般配比項(xiàng)目窯氣入爐（窯爐熱耗比）窯氣不入爐（或從爐下游入爐）引述原值（45：55）新計(jì)算值（40：60）引述原值新計(jì)算值通風(fēng)量（爐上游900）M31111喂料量  Kg0.0140.0110.0260.020在爐內(nèi)可傳給物料的熱量6464116116可加熱分解料粉量  Kg0.240.240.450.45煤粉與入爐料粉比1：171：221：

12、171：23喂煤與喂料比例1：18.51：231：18.51：24熟料熱耗  Kcal/Kg10008001000800 為保持風(fēng)、煤、料的適當(dāng)配合，除保持料粉和煤粉的成份、細(xì)度均勻合適以外，還應(yīng)注意以下幾點(diǎn)： 1.由于工藝條件的改變和預(yù)分解技術(shù)的成熟，上述比例已經(jīng)發(fā)生很大變化。如由于新型篦冷機(jī)的利用，入爐三次風(fēng)溫度能夠提高到850以上；頭、尾煤比例能在40：60范圍內(nèi)很小波動(dòng)；窯尾廢氣溫度在10001150；熟料熱耗能夠降低到800 Kcal/Kg熟料以下；料耗為1.55 Kg生料/Kg熟料;爐的空氣過剩系數(shù)為1.15；出預(yù)熱器飛灰量為0.10 Kg /Kg熟料。根據(jù)這一

13、變化計(jì)算，料粉與煤粉的比例可達(dá)2223，并列于表2新計(jì)算值一列。2. 上述比例關(guān)系在一定時(shí)間范圍內(nèi)應(yīng)保持相對穩(wěn)定，不能隨意變動(dòng)，以使分解爐在較佳狀態(tài)下運(yùn)轉(zhuǎn)，當(dāng)生產(chǎn)一段時(shí)間或某些工藝條件變化，熟料熱耗明顯下降時(shí)，在適當(dāng)調(diào)整風(fēng)、煤、料間的比例，以使分解爐的技術(shù)指標(biāo)保持平均先進(jìn)而又能穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)。3. 對喂煤、喂料設(shè)備的準(zhǔn)確度有足夠的重視，防止串煤、串料。4. 對于雙列預(yù)熱器，要特別重視入爐物料分解率的均勻一致。四、 分解爐溫度的調(diào)節(jié)與控制要充分理解分解爐溫度的調(diào)節(jié)控制原理，必須了解影響燃料在分解爐內(nèi)燃盡的因素。分解爐的作用是保證爐內(nèi)燃料完全燃燒并將熱量傳遞給生料使碳酸鹽分解。因此燃料必須在分解爐內(nèi)燃盡

14、，否則爐內(nèi)熱量不足，生料分解率低未燃盡的燃料進(jìn)入后面的旋風(fēng)預(yù)熱器（多為第五級燃燒，造成預(yù)熱器溫度比分解爐還高即通常所稱的溫度倒掛現(xiàn)象，其結(jié)果使預(yù)熱器結(jié)皮堵塞，嚴(yán)重影響預(yù)熱器系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)。解決的方法是縮短燃料燃盡的時(shí)間和增加燃料在分解爐內(nèi)的停留時(shí)間。    燃料燃盡時(shí)間與它的燃燒特性有關(guān)。就常用的煙煤而言，揮發(fā)分約在400著火燃燒且燃燒速度很快，而焦炭粒子的著火溫度要在600以上，其燃盡時(shí)間也長。季尚行等用差熱分析對幾種無煙煤與煙煤對比，現(xiàn)煙煤的著火溫度大多在410430，燃燒持續(xù)時(shí)間約10min。約在600650左右燃盡；無煙煤大多數(shù)著火溫度在550左右，燃盡時(shí)間為

15、 l4min，約為煙煤燃盡時(shí)間的l 4倍。與煙煤相比，無煙煤著火溫度約提高l40，燃盡溫度約提高200，燃盡時(shí)間約增加40。但在循環(huán)流態(tài)化床的試驗(yàn)中，無煙煤燃盡時(shí)問約為煙煤的1.75倍，在懸浮燃燒試驗(yàn)中，無煙煤的燃盡時(shí)間為煙煤的3倍。因此，揮發(fā)分低的無煙煤比煙煤的著火溫度高且燃盡時(shí)間長。謝峻林等認(rèn)為，煙煤燃盡時(shí)間約為4s，貧煤為67s，而無刪煤則要9s。實(shí)際上，由于氣固分離效成差，燃料分散不可能是很理想地一顆顆都呈懸浮狀態(tài)，加上爐內(nèi)偏流、短路和物料特稀或特濃以及生料的分散程度干擾，煤粉的燃燒狀況差，導(dǎo)致煤粉的實(shí)際燃燒時(shí)間比理論上要長。例如柳州水泥廠改造前物料停留時(shí)間為11.75s，從理論上講，

16、即使燃燒無煙煤也沒有問題，因?yàn)樵摲纸鉅t為SLC型（離線型，空氣中氧濃度為21，在900的情況下80m的煤粒燃盡時(shí)間為7-9s；停留時(shí)間為1.75s應(yīng)足可使煤粉可燃盡，但事實(shí)上發(fā)現(xiàn)燃燒不完全。通過分解爐增容，停留時(shí)間達(dá)l4s，生產(chǎn)才正常。其次燃盡時(shí)間與分解爐內(nèi)的氧氣濃度有關(guān)。文獻(xiàn)認(rèn)為，在氧濃度為21的情況下，煙煤（揮發(fā)分>22、貧煤（揮發(fā)分1520）和無煙煤（揮發(fā)分<10）的燃盡時(shí)間分別為35s，67s和7-9 s；而在氧濃度為13的情況下（煙氣與三次風(fēng)混合的在線分解爐1），則這三種燃煤的燃盡時(shí)間分別為57 s，10 s和1214 s。在RSP型和NSF型分解爐中，氧濃度只有13即使

17、在分解爐溫度為950   為保證燃料能使分解爐內(nèi)燃盡，必須保證燃料在爐內(nèi)有足夠的停留時(shí)詞。據(jù)報(bào)道，我國幾種分解爐的物料平均停留時(shí)問為8.612.2 s。SD公司2000t/d生產(chǎn)線為Pyroclon分解爐,物料平均停留時(shí)間為10.7s,100采用揮發(fā)分僅為3.34的無煙煤作燃料，由于煤粉著火溫度高，燃燒速度慢，燃盡時(shí)間長，爐內(nèi)不易完全燃燒。為此，在爐頂鵝頸管上部安裝一個(gè)有切向進(jìn)氣和排氣(即切向進(jìn)出風(fēng)的Pvrotop旋風(fēng)筒，它實(shí)質(zhì)上是一個(gè)新型反應(yīng)室，使三次風(fēng)、窯氣與生料、煤粉能更有效混合，它沉降下來的生料、煤粉可回到分解爐的上升煙道，也可進(jìn)入C5的下降管道。經(jīng)測定計(jì)算，爐內(nèi)物

18、料平均停留時(shí)間為24s，分解爐出口溫度為925，過?？諝庀禂?shù)為1.395，多次測量出口氣體成分中無C0，說明爐內(nèi)煤粉不存在化學(xué)不完全燃燒；但從分解爐出口物料的含碳量及氣體組成計(jì)算，煤粉燃盡率僅為76左右，說明爐內(nèi)煤粉存在不完全燃燒現(xiàn)象，出分解爐的分解率僅為72.3；部分沒有燃燒的煤粉進(jìn)入C5，與來自窯尾的高溫氣體相混合后，繼續(xù)進(jìn)行燃燒，產(chǎn)牛熱量供給C5內(nèi)的生料分解，使入窯時(shí)的表觀分解率提高劍91。目前國內(nèi)對已建分解爐改造的技術(shù)都是增加物料的停留時(shí)間，主要包括：分解爐擴(kuò)容、分解爐增設(shè)縮徑口增強(qiáng)噴騰效應(yīng)、新增離線分解爐、將上升煙道擴(kuò)徑增容改造成二次燃燒室以及將C4出口部分生料分流到上升煙道、增入煤

19、粉凈燃空間如噴騰爐的燃煤噴嘴從水平噴射改為向下傾斜l5°、將撒料板上升一定距離等，這些措施無一不是增加燃料的著火時(shí)間、延長燃料的停留時(shí)間。據(jù)此，新分解爐的設(shè)計(jì)必須充分考慮無煙煤及替代燃料的需要，增大爐容，主要是增加分解爐的高度，從而增加燃料的停留時(shí)間，使燃料在分解爐內(nèi)燃盡。    分解爐溫度的變化，在中、上游主要受燃燒過程（著火時(shí)間和燃燼時(shí)間）的影響，特別是著火時(shí)間；爐下游及出口氣溫主要受煤粉和料粉加入量的影響，也受燃燼時(shí)間影響。因此爐內(nèi)溫度的調(diào)節(jié)主要應(yīng)從以下五點(diǎn)考慮：1. 調(diào)節(jié)燃料加入量在通風(fēng)基本不變時(shí)，改變?nèi)剂霞尤肓?，在完全完全燃燒的條件下，就是改變

20、了分解爐的發(fā)熱量，在喂料相同時(shí)，則是改變了分解率。然而燃料加入過多或過少，對分解爐出口溫度的影響是明顯的：加入過多，分解用熱有余，則出路氣溫必定升高；相反，加入燃料過少，分解用熱不足，則爐內(nèi)氣流吸收氣流氣流顯熱而使氣溫下降。所以，調(diào)節(jié)燃料加入量主要是調(diào)節(jié)物料分解率及出路氣流溫度.然而，調(diào)節(jié)燃料用量，不能明顯的調(diào)節(jié)分解爐中、上游的溫度，這有兩方面的原因：一是因?yàn)闋t的中、上游氣流中，原有燃料濃度較高，加入（或減少）部分燃料，對中、上游氣流中的燃料濃度影響就笑，不能明顯改變氧氣擴(kuò)散到燃料顆粒表面的速度，所以對于燃燒速度的影響不是很大。二是溫度對分解吸熱速度影響大，溫度一有小幅度的改變，就引起分解速度

21、和吸熱量的大幅度改變，抑制了爐溫的較大變化。所以在分解內(nèi)的分解溫度在正常情況下是不會大幅度變動(dòng)，要大幅度調(diào)節(jié)改變它也是不大容易的。2. 調(diào)節(jié)燃燒過程     分解率的直觀表現(xiàn)是爐內(nèi)溫度的變化趨勢，即在沒有系統(tǒng)漏風(fēng)的前提下，從爐入口到下游和出口溫度階梯上升，表明供熱充足分解率高；若下游或出口溫度下降太多則說明供熱不足，分解率下降。煤粉的燃燒過程是分解反應(yīng)的基礎(chǔ)，所以分解爐內(nèi)分解溫度（以及中、上游氣溫）可通過改變煤粉的燃燒過程來調(diào)節(jié)，從而控制物料的分解率。A.煤粉的品質(zhì)：煤粉發(fā)熱量高，揮發(fā)份高有利于改善燃燒過程。B.氣流中燃料和氧氣濃度的影響：燃料加入多，燃

22、燒表面積大，氧氣濃度高，均有利于改善燃燒過程，否則相反。C.燃料與二、三次風(fēng)的配合：燃料與氣流相對速度大，有利于O2向燃料表面的擴(kuò)散及燃料表面CO2薄膜的排除，從而有利于改善燃燒過程。因此，燃料的喂入方式、噴出速度，二、三次風(fēng)速的大小及溫度，過?？諝庀禂?shù)的大小，均能影響燃燒過程。D.分解爐內(nèi)的流場分布對燃燒過程影響巨大。如氣流紊流程度高時(shí)，燃料分散好、分布均勻，燃燼時(shí)間短。3. 通風(fēng)量及加料量的影響在入爐物料、燃料不變時(shí)，通風(fēng)量的改變，也影響燃燒速度。正常操作下，當(dāng)通風(fēng)量減少時(shí)，引起不完全燃燒，燃燒速度減慢，總的發(fā)熱能力降低。通風(fēng)量過大，過?？諝庀禂?shù)增加，又會使分解率降低和爐中、下游溫度下降。如果爐系統(tǒng)漏風(fēng)大，使未燃完的燃料繼續(xù)燃燒，則可能使路后溫度升高。加料量的大小對爐中溫度的影響不如對爐下游及出口溫度的影響大。加料量多分解吸熱多，使?fàn)t溫下降。料粉的粒度細(xì)，也能小范圍降低爐中游的溫度。因粒度愈細(xì)，分解吸熱速度愈快，也會使