水泥熟料煅燒技術是水泥生產的中心環節。預分解窯煅燒技術用于熟料生產,使回轉窯產量大大提高,窯襯的穩定性增強,熱耗降低,燃料選擇范圍加寬,大氣污染程度大大降低。在生產中,由于操作人員技術的理論水平和實踐經驗存在差異,加之系統設計的些許不合理,預分解窯煅燒技術的優勢不能充分發揮,這在一些新型干法水泥生產線上是常有的事情。預分解窯煅燒技術優勢發揮的關鍵在于是否合理把握好風、煤、料的配合。根據近幾年的生產運行實踐,筆者僅就窯內通風量的控制提出一些看法與同行交流。
1 對預分解窯窯內通風量的要求
(1)在頭煤用量波動范圍內始終有足量的O2供燃料燃燒,保證窯內不出現還原氣氛,而且使窯內O2適度偏大控制。
眾所周知,長期以來窯尾結皮一直是眾多預分解窯生產線的一大難題。為了緩解結皮,一方面要控制原燃料有害元素的帶入量,另一方面得減少有害元素在高溫帶的揮發以增加出窯熟料有害元素的帶出量。本文以國內普遍的硫過剩為例。硫的揮發系數隨窯內O2量增加而降低。窯內硫揮發量主要來自CaSO4的熱分解:
CaSO4=CaO+SO2+1/2O2
這是一個可逆反應。在溫度一定的條件下,當O2量增加時,反應利于向左進行,CaO、SO2減少,CaSO4增加;否則反之。國外實驗室對不同O2量的SO2測定認為:O2量4%左右是抑制熱生料中SO2揮發的關鍵點,當O2量大于4%左右后,生料中SO2釋放量明顯地大幅下降 ;且隨O2量的進一步增加,生料中SO2釋放量繼續下降 [1]。
窯內存在不完全燃燒時,部分煤粉落在料面上,硫酸鹽與C作用,生成SO2:
K2SO4+C→K2O+SO2+CO
CaSO4+C→CaO+SO2+CO
這是SO2揮發量增加的又一途徑。
另外,燒成帶溫度提高及燒成帶物料停留時間增加,SO2揮發量均會隨之增加。
以上情況的種種組合使熟料攜帶出窯的硫酸鹽含量變化范圍頗寬。而窯尾煙氣中SO2濃度過高,致使結皮加劇,影響窯內通風,還原氣氛更濃,SO2揮發更多。結果,系統陷入惡性循環之中,熟料產質量也受到影響。窯內還原和還原─氧化反應在窯磚內產生體積效應(包括反復地收縮與膨脹相更迭的體積效應),磚的結構弱化,強度降低,窯磚易于損壞。
(2)窯尾縮口等部位的風速足以保證日常運行中不塌料,而分配給三次風管的通風量能滿足爐煤燃燒對新鮮空氣量的要求。
窯尾縮口等部位風速不足從而引發塌料在生產中時有見聞。對于國內近幾年最為流行的爐型,窯尾煙室上方即為爐的下錐體底部縮口,其風速如果不足以托住下錐體內高濃度、且分散并不十分均勻的熱生料,就會觀察到部分生料一股股黑影般地下竄入窯。這些短路入窯生料的碳酸鹽分解率很低,給燒成帶增加了負擔,不得不加大頭煤用量來提高火力以彌補預燒之不足。另外,塌料會破壞系統熱工制度,令系統失去穩定性。對于某些離線分解爐,三次風自爐下錐體進入,也存在風速與熱生料濃度及其穩定性的匹配問題。一旦塌料,熱生料進入三次風管,整個燒成系統會極度混亂,導致生產不能正常進行。分解爐的新鮮空氣來自三次風。若該風量過大,容易燒垮爐襯;過小,爐的能力受削弱。三次風的風路與窯的風路兩者并聯,彼此的風量有“此少彼多”的相關關系,不可顧此失彼。
(3)燒成系統低能耗運行。
在三次風支路加大通風阻力來加強窯內支路的通風量時,窯內支路的通風阻力也將上升。結果,可能使系統的總阻力上升,拉風電耗增大。因此,窯內通風量并不是越大越好,只要適度偏大即可。適度偏大的窯內通風會緩減結皮,減少通風阻力。但風速上升以及由此引起的揚塵量增加,均會使動壓頭損失增大,而動壓頭與風速的平方成正比。因此窯支路降低通風阻力的要求依然存在。另外,要在盡量低控C1筒出口空氣過剩系數的前提下搞好二、三次風風量的精細分配。一些生產線在窯內通風不足而三次風又偏大的情況下自覺或不自覺地靠加大C1筒出口抽力的辦法來解決窯內通風量低的問題,則電耗熱耗均上升,很不經濟。