燒煤回轉(zhuǎn)窯五級(jí)預(yù)熱器窯外分解的設(shè)計(jì)與安裝-水泥設(shè)備 燒煤回轉(zhuǎn)窯五級(jí)預(yù)熱器窯外分解的設(shè)計(jì)與生產(chǎn)-水泥設(shè)備,我公司系生產(chǎn)水泥設(shè)備,在五級(jí)預(yù)熱器外分解的設(shè)計(jì)安裝上技術(shù)成熟,公司業(yè)務(wù)范圍包括水泥生產(chǎn)線(xiàn)建設(shè),水泥廠規(guī)劃設(shè)計(jì),水泥設(shè)備安裝等,燒煤帶有四級(jí)旋風(fēng)筒的窯外分解窯廢氣溫度平均為370℃,為進(jìn)一步降低廢氣溫度與熱耗;0371-63759558/67878896/67878986
我公司系生產(chǎn)水泥設(shè)備,在五級(jí)預(yù)熱器外分解的設(shè)計(jì)安裝上技術(shù)成熟,公司業(yè)務(wù)范圍包括水泥生產(chǎn)線(xiàn)建設(shè),水泥廠規(guī)劃設(shè)計(jì),水泥設(shè)備安裝等 國(guó)內(nèi)外各種燒煤帶有四級(jí)旋風(fēng)筒的窯外分解窯廢氣溫度平均為370℃,為進(jìn)一步降低廢氣溫度與熱耗,采用帶有五級(jí)旋風(fēng)筒的窯外分解窯是有效途徑之一。國(guó)外大約已有幾十臺(tái)帶有五級(jí)旋風(fēng)筒的窯在運(yùn)轉(zhuǎn),統(tǒng)計(jì)其效果大致可以看出:采用五級(jí)旋風(fēng)筒約比四級(jí)旋風(fēng)筒降低廢氣溫度40℃左右,節(jié)省熱耗約125千焦/千克熟料。而其關(guān)鍵是力求降低預(yù)熱器的流體阻力與高度,以保證系統(tǒng)阻力不增加。否則由于溫度降低而節(jié)省的熱耗又多消耗在阻力增加上,影響綜合效果。按計(jì)算廢氣溫度每降10℃,大約可節(jié)省熱耗25~30千焦/千克熟料,系統(tǒng)阻力每增減980帕(100毫米水柱),折合熱耗約為20千焦/千克熟料。建材院從1979年開(kāi)始進(jìn)行五級(jí)預(yù)熱器的研究,主要側(cè)重于新型預(yù)熱器結(jié)構(gòu)的研究,并將研究成果用于生產(chǎn)設(shè)計(jì)上,先后設(shè)計(jì)了綏化、滄州等五級(jí)旋風(fēng)筒窯生產(chǎn)線(xiàn),而后又設(shè)計(jì)了日產(chǎn)700噸銅山型五級(jí)旋風(fēng)筒窯生產(chǎn)線(xiàn)。通過(guò)實(shí)踐證明,綏化五級(jí)旋風(fēng)筒窯生產(chǎn)線(xiàn)是切實(shí)可行的。各項(xiàng)指標(biāo)已達(dá)設(shè)計(jì)要求,經(jīng)濟(jì)效益也較好,并于1985年底通過(guò)了部級(jí)鑒定,它為窯外分解窯的推廣應(yīng)用提供了一個(gè)良好的范例。 一、預(yù)熱器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 根據(jù)旋風(fēng)筒流體力學(xué)原理及結(jié)構(gòu)試驗(yàn)的數(shù)據(jù)分析,推導(dǎo)出兩個(gè)基本公式:
式中:R1、R2:氣流內(nèi)、外層曲率半徑; μ:氣體動(dòng)力粘度;ρ塵:塵粒密度; d塵:塵粒直徑;K:常數(shù); Wt:氣流旋轉(zhuǎn)時(shí)切向速度; h1:柱體高;h2:錐體高; D:預(yù)熱器直徑;ρ:流體密度, d:芯管直徑;a:進(jìn)口高; b:進(jìn)口寬; Q:預(yù)熱器單位時(shí)間氣體流量。 1.斷面風(fēng)速 斷面風(fēng)速是設(shè)計(jì)預(yù)熱器直徑最重要的參數(shù),從公式(2)中可知,在相同直徑與斷面風(fēng)速下,可以改變其他結(jié)構(gòu)尺寸來(lái)降低流體阻力,相反亦可改變結(jié)構(gòu)來(lái)提高斷面風(fēng)速而阻力增加不大,從而縮小預(yù)熱器的直徑。試驗(yàn)結(jié)果證明:在采用普通型預(yù)熱器時(shí),斷面風(fēng)速為3.5米/秒所達(dá)到的流體阻力,等于采用新型預(yù)熱器斷面風(fēng)速達(dá)到4.5米/秒時(shí)的阻力。因此,設(shè)計(jì)的五級(jí)旋風(fēng)筒系統(tǒng)中,1級(jí)預(yù)熱器斷面風(fēng)速為3.5米/秒;2~3級(jí)預(yù)熱器為4.5米/秒;4~5級(jí)預(yù)熱器為5米/秒。 2.進(jìn)口尺寸與進(jìn)口風(fēng)速 從公式(1)可知,t與氣流外層和內(nèi)層曲率半徑平方差成正比,而氣流內(nèi)層到外層間的氣流厚度(R2-R1)又決定于預(yù)熱器進(jìn)口寬b,b越寬,(R2-R1)越厚,塵粒只有穿過(guò)這層氣流到達(dá)筒壁才能被分離出來(lái),因此,縮小b不僅可提高分離效率,而且還可降低阻力。b/a值變小,分離效率增高,當(dāng)b/a小于0.6時(shí),要保持進(jìn)口氣流速度不變,勢(shì)必增加高度,就會(huì)增加柱體高,結(jié)果反而不經(jīng)濟(jì),因此,b/a≈0.6較為適宜。 增大進(jìn)口速度,使切線(xiàn)速度亦隨之增大,效率也提高,但速度過(guò)大,流體阻力大大增加,預(yù)熱器內(nèi)湍流增加,造成塵粒二次飛揚(yáng),反而使分離效率降低。綜合考慮進(jìn)口氣流速度取20米/秒左右為宜。 3.芯管直徑與型式 流體阻力與速度平方成正比,與芯管直徑的平方成反比。芯管直徑越大,出口氣流速度越低,阻力也越低,分離效率也要降低。而且預(yù)熱器阻力和分離效率均隨芯管插入深度的增加而提高。芯管插入深度越淺,變向的過(guò)程開(kāi)始得越早,阻力消耗也低,同時(shí)因有部分粒子還未來(lái)得及收下,就隨氣流帶走,故分離效率也要降低。芯管直徑d≥0.6D時(shí),分離效率顯著下降,故一般取d=(0.45~0.6)D為宜。1級(jí)芯管長(zhǎng)度以不大于進(jìn)口高度為宜,2~3級(jí)芯管插入深度約為0.3 D,4~5級(jí)可以不伸到預(yù)熱器內(nèi)。 在1級(jí)預(yù)熱器進(jìn)口方位上,將芯管開(kāi)一道縫(如圖1),這樣“稀相區(qū)”里氣流未轉(zhuǎn)到芯管底端時(shí)就提前開(kāi)始變向過(guò)程,而“濃相區(qū)”氣流仍繼續(xù)沿芯管外壁向下回轉(zhuǎn),這樣既降低了阻力,又可避免“濃相區(qū)”氣流中的粉塵再次返回“稀相區(qū)”,故分離效率比較好。開(kāi)縫寬度為0.14d。
圖1 芯管開(kāi)縫圖 4.柱體與錐體 柱體與錐體型式均對(duì)阻力及分離效率有一定影響。長(zhǎng)柱長(zhǎng)錐型變向過(guò)程緩慢,阻力低,氣流所走路程長(zhǎng),效率高。短錐體氣流變向急促阻力高。雖然增加柱體與錐體高度對(duì)降低阻力提高效率有好處,但要增加總高度也不經(jīng)濟(jì),綜合考慮柱體高一般1級(jí)為(1~1.2)D,其余各級(jí)取0.7D,錐體高則1級(jí)取(1.5~1.8)D,其余各級(jí)取(1~1.1)D。 5.導(dǎo)向板 試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)預(yù)熱器內(nèi)塵粒流動(dòng)軌跡中,在進(jìn)口部位有明顯的入射氣流與回旋氣流相撞的痕跡,它造成了部分壓力損失。為此,在進(jìn)口處,兩股氣流交界面上安裝導(dǎo)向板(如圖2),可使阻力降低30%左右,導(dǎo)向板長(zhǎng)度為0.15 D,有15°以?xún)?nèi)的角度。
圖2 導(dǎo)向板位置 6.頂蓋 預(yù)熱器頂蓋采用整體灌注耐熱混凝土結(jié)構(gòu),由工字鋼組成骨架,再焊上角鋼與扒釘,扒釘密度8~10個(gè)/米2,并留有2~3米/米2膨脹縫,灌注前涂以3毫米的瀝青,先澆注耐熱混凝土,再灌隔熱層,最后用薄板封頂。頂蓋有10°錐角,出風(fēng)管未設(shè)膨脹節(jié)。 新型預(yù)熱器與普通型預(yù)熱器各處比例尺寸的比較列于表1。
在正常生產(chǎn)的情況下進(jìn)行標(biāo)定,系統(tǒng)阻力為480~520毫米水柱。調(diào)試初,系統(tǒng)阻力曾達(dá)到600毫米水柱,經(jīng)改大一級(jí)進(jìn)口管并加強(qiáng)堵漏,降低排風(fēng)機(jī)開(kāi)度,使阻力降到480~520毫米水柱,仍然偏高,其原因是原設(shè)計(jì)時(shí)為降低框架高度,縮短了預(yù)熱器出風(fēng)管,在三~五級(jí)預(yù)熱器出口風(fēng)管內(nèi)用火磚砌了縮口,風(fēng)速由18米/秒增到25米/秒,經(jīng)測(cè)定五級(jí)縮口阻力為25毫米水柱,四級(jí)為18,三級(jí)為15,共增加58毫米水柱,如果在今后的設(shè)計(jì)中不采用縮口來(lái)過(guò)份壓低框架高度,那么其降低阻力的效果就更顯著。另外在設(shè)計(jì)中考慮導(dǎo)向板結(jié)構(gòu)問(wèn)題,其長(zhǎng)度設(shè)計(jì)的較短,也影響了效果,F(xiàn)將五級(jí)旋風(fēng)筒系統(tǒng)阻力與四級(jí)旋風(fēng)筒的比較列于表2。
從表2看出,綏化五級(jí)旋風(fēng)筒系統(tǒng)阻力與四級(jí)旋風(fēng)筒相比阻力可保持相同或稍低些,是一種具有結(jié)構(gòu)合理,阻力低的新型預(yù)熱器。 二、送煤系統(tǒng)與燃燒裝置 向分解爐供煤采用臥式送煤泵系統(tǒng),窯頭煤粉經(jīng)煤粉倉(cāng)、管式絞刀計(jì)量后由臥式送煤泵直接送入分解爐。流程如圖3所示。
圖3 送煤流程示意圖 1.煤粉倉(cāng);2.管式絞刀;3.臥式送煤泵;4.U型管;5.羅茨鼓風(fēng)機(jī);6.消聲器;7.送煤管;8.二次風(fēng)管;9.燃燒裝置;10.分解爐;11.二次風(fēng)管支管 臥式送煤泵的喂煤量為1.8~2.5噸/時(shí),噴嘴直徑為40毫米,用L22×21—1.0/0.5羅茨風(fēng)機(jī)兩臺(tái)(一臺(tái)備用),功率17千瓦,從使用情況看它比以往的送煤辦法具有流程簡(jiǎn)單,運(yùn)行可靠、投資節(jié)省等優(yōu)點(diǎn)。 爐用燃燒裝置采用雙風(fēng)道帶風(fēng)翅的燃燒裝置,從煤粒燃燒時(shí)間的理論計(jì)算公式可知,要想提高燃燒速度,必須提高煤粉與空氣的混合程度,為此采用了如圖4所示的燃燒裝置。
圖4 爐用燃燒裝置 煤粉是與輸送氣體一塊進(jìn)入,同時(shí)也吸入部分二次空氣,使煤粉與空氣能夠充分混合,有利于燃燒。噴煤管直徑197毫米,風(fēng)翅高度為30毫米,長(zhǎng)為175毫米,螺旋角約25°,6個(gè)風(fēng)翅,可以更換。在B廠的噴騰型分解爐上,開(kāi)始時(shí),煤粉由雙管絞刀直接喂入分解爐,由于煤粉與空氣混合不好,出分解爐的氣流中仍可看到明顯的多數(shù)亮點(diǎn)存在,煤粒并未燃盡,在預(yù)熱器還要繼續(xù)燃燒。后在喂煤管道上加了吹散的風(fēng)機(jī),用8—18型5號(hào)風(fēng)機(jī),風(fēng)量1210米3/時(shí),風(fēng)壓544毫米水柱,煤粉經(jīng)風(fēng)吹散后入分解爐,改善了燃燒情況。用雙風(fēng)道帶風(fēng)翅型燃燒裝置,燃燒情況最好,煤粉在分解爐內(nèi)充分燃燒,在整個(gè)系統(tǒng)中溫度呈遞減型,即爐內(nèi)溫度高、預(yù)熱器溫度低。采用風(fēng)機(jī)吹散煤粉時(shí),溫度保持一段緩升趨勢(shì)。煤粉直接入爐時(shí),溫度產(chǎn)生“倒高”型,三種方式的溫度趨勢(shì)如圖5所示。
圖5 A.分解爐出口溫度;B.五級(jí)或四級(jí)出口溫度;C.四級(jí)或三級(jí)出口溫度;NSP-4.四級(jí)旋風(fēng)筒系統(tǒng);NSP-5.五級(jí)旋風(fēng)筒系數(shù); 通過(guò)生產(chǎn)實(shí)踐證明,這種雙風(fēng)道帶風(fēng)翅燃燒裝置具有點(diǎn)火容易、燃燒穩(wěn)定、溫度均勻及調(diào)節(jié)靈活等優(yōu)點(diǎn)。 四、單筒冷卻機(jī) 國(guó)內(nèi)窯外分解窯存在的普遍問(wèn)題是窯運(yùn)轉(zhuǎn)率不高,統(tǒng)計(jì)分析停窯事故中,工藝原因約占10%,窯本身設(shè)備事故(主要是窯口及耐火磚)占19%,冷卻機(jī)與風(fēng)機(jī)設(shè)備事故占36%,可見(jiàn)冷卻機(jī)是影響窯外分解窯運(yùn)轉(zhuǎn)率的主要因素之一。國(guó)產(chǎn)的篦冷機(jī)系列不能滿(mǎn)足窯外分解窯配套設(shè)備要求。由于其結(jié)構(gòu)復(fù)雜,配套設(shè)備多,技術(shù)要求高,只要某一環(huán)節(jié)發(fā)生故障都會(huì)直接影響窯的運(yùn)轉(zhuǎn)率。國(guó)內(nèi)幾家NSP窯使用篦冷機(jī)的統(tǒng)計(jì)如表3。
從表看出用于冷卻與收塵所需電耗均較大,投資也大,在用旋風(fēng)收塵時(shí)對(duì)環(huán)境的污染也較大,因此,國(guó)外已開(kāi)始在NSP窯采用單筒冷卻機(jī),如西德的Ф4/4.14×40米窯外分解窯使用Ф4.8/5.3/3.8×45米單筒冷卻機(jī),洪堡公司在五級(jí)預(yù)熱器窯上使用了Ф4.8/5.3×48米單筒冷卻機(jī),直徑5米以上的大型單筒冷卻機(jī)也已設(shè)計(jì)完成。目前日產(chǎn)1,500噸以上窯外分解窯至少有十臺(tái)采用了單筒冷卻機(jī),有人還專(zhuān)門(mén)對(duì)單筒與篦式冷卻機(jī)進(jìn)行了對(duì)比,其結(jié)果列于表4,可以看出單筒的好處較多。 綏化采用Ф2.8×28米單筒冷卻機(jī),為解決窯外分解窯出窯熟料溫度高(大于1300℃),而使熟料在進(jìn)冷卻機(jī)斜坡處粘結(jié)問(wèn)題,采用了斜坡吹風(fēng)并使窯內(nèi)有一段冷卻帶,在熟料溫度1300℃左右時(shí),基本解決了粘結(jié),調(diào)試過(guò)程中對(duì)揚(yáng)料板及襯料的結(jié)構(gòu)型式進(jìn)行了改進(jìn),二次風(fēng)溫度(供煤磨及分解爐)達(dá)到500~550℃,出冷卻機(jī)熟料溫度為150℃,冷卻機(jī)熱效率為64%,單位熟料綜合冷卻電耗3.8度/噸熟料。實(shí)踐證明單筒冷卻機(jī)可以與窯外分解窯配套使用,它具有運(yùn)行可靠,維護(hù)簡(jiǎn)單,電耗低等優(yōu)點(diǎn)。
五、套筒式增濕塔的設(shè)計(jì) 在窯外分解窯上采用增濕塔,不僅可以提高電收塵效率,還可以收回大量生料,節(jié)省能源消耗。生產(chǎn)實(shí)踐證明套筒式增濕塔具有不用保溫、不易結(jié)露濕底、容易操作、節(jié)水節(jié)電等優(yōu)點(diǎn)。但其缺點(diǎn)是阻力比普通增濕塔約大10毫米水柱,用鋼材量也較大,其造價(jià)大致與普通型相當(dāng)。由于套筒式增濕塔施工容易,維護(hù)費(fèi)用低,所以采用套筒式增濕塔是比較合適的。根據(jù)試驗(yàn)標(biāo)定,窯外分解窯最理想的操作參數(shù)應(yīng)是在廢氣濕度大于10%的情況下,廢氣入電收塵器的溫度控制在120℃左右,考慮到出增濕塔后在管路中繼續(xù)降溫因素,增濕塔出口溫度應(yīng)控制在140~150℃較為適宜。這樣既能滿(mǎn)足增濕降溫要求又能獲得較好的經(jīng)濟(jì)效果。其斷面風(fēng)速采用1.6米/秒,停留時(shí)間為15秒,套筒內(nèi)斷面風(fēng)速為4米/秒左右,擴(kuò)大帶的斷面風(fēng)速不應(yīng)大于2米/秒。增濕塔的預(yù)收塵率約為30%左右,阻力消耗約20毫米水柱。綏化廠的套筒式增濕塔規(guī)格為Ф5/4.2×24米,Bs型噴嘴,d=2毫米,進(jìn)氣溫度305℃,出口溫度150℃,電收塵為40米2三電場(chǎng),使用效果較好。 六、五級(jí)旋風(fēng)筒系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效果 綏化Ф2.5×40米五級(jí)旋風(fēng)筒系統(tǒng)經(jīng)過(guò)調(diào)試,正常生產(chǎn)后進(jìn)行了全面標(biāo)定,并于1985年通過(guò)部級(jí)鑒定,出1級(jí)預(yù)熱器廢氣溫度321℃,窯產(chǎn)量14.76噸/時(shí),熱耗994.2千卡/千克熟料,系統(tǒng)阻力480~520毫米水柱,熟料標(biāo)號(hào)550號(hào)。 五級(jí)與四級(jí)相比多了一級(jí),采用新型低阻力預(yù)熱器后,可保持系統(tǒng)阻力基本不變,框架高度Ф2.5×40米五級(jí)筒系統(tǒng)比四級(jí)筒系統(tǒng)高3米,Ф3×48米五級(jí)筒系統(tǒng)比四級(jí)筒系統(tǒng)高約6米,基建費(fèi)用有所增加,但每年節(jié)省的煤耗卻大于基建投資,僅由于采用五級(jí)一項(xiàng),Ф2.5×40米窯可以節(jié)省標(biāo)煤500噸,Ф3×48米可節(jié)省765噸,根據(jù)計(jì)算,Ф2.5×40米利用余熱沒(méi)有什么價(jià)值,只適合采用五級(jí),而大于日產(chǎn)700噸的窯外分解窯利用余熱又采用五級(jí)可獲得滿(mǎn)意的經(jīng)濟(jì)效果,例如Ф3×48米窯外分解窯采用兩項(xiàng)措施后每年可以節(jié)省標(biāo)煤4,850噸。
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