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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