<<返回首页 登录   注册
钱承全     [加关注]
 访问:233997   阿利特币:2082  评论:0  关注:3  粉丝:3
 
 
2016年04月08日 21:02:51
预分解窑操作控制新观点(一)

 笔者结合多年的生产实践经验,对预分解窑操作控制的几个关键问题:分解炉温度的调节控制,分解炉内风、煤、料的定比配合、流场分布,不正常窑况的处理及有害成分的循环等,提出自己的新观点,抛砖引玉已引起同行广述己见,对错漏和不足批评指正。  

第一节    分解炉温度的分布与调节控制

 分解炉内温度是受CaCO3分解反应平衡温度制约的,并受燃料品质、石灰质原料活性、生料颗粒级配等因素影响。对于烧煤的分解炉,在物料均匀分散悬浮,迅速吸热分解的条件下,温度一般是820~850℃左右,气流温度略高于物料20~50℃。分解炉中CaCO3的平衡分解温度一般为800~820℃,实际温度只要略高于平衡分解温度,分解温度就能很快进行。

一、分解炉温度的分布

     CaCO3的分解温度是在不大的范围内波动的,对炉内气流和物料的分布在表1的基础上做小范围的调整,就能收到明显的效果。

表1  分解炉内气流和物料温度的一般控制范围

工艺部位

气流温度

物料温度

变化趋势

炉上游

850℃

820℃

上升

炉中游

880℃

850℃

稳定

炉下游

820900℃

880℃

开始下降

炉出口

850900℃

870℃

下降

  1. 分解炉入口

    对于在线型分解炉,从C4下来的750℃左右的生料与窑尾高温烟气相遇产生扬折换热,物料温度迅速上升至CaCO3分解温度,窑尾烟气温度骤降的瞬间又与温度较低的三次风、煤风、煤粉混合换热,煤粉的挥发份燃烧,煤粉被点燃,但因温度低,燃烧放热速度较慢,特别在点火投料的初期更为明显。

对于离线型分解炉,由于没有窑尾烟气影响,入炉的是被预热的三次风、煤风和流化风,全是新鲜空气,所以煤粉着火容易,放热迅速。

若煤的品质过低,可以提高窑尾废气和三次风温度,从而提高煤粉的鱼然效果,缩短着火时间。为了提高分解炉的热效率,减少滞后燃烧造成的洁癖、堵塞等工艺事故,有效地控制炉温,应特别重视窑尾废气、三次风、物料、煤粉及煤风的混合换热效果。

  1. 分解炉上游

物料与气流经入口的初步分散混合之后在路上有进一步分散混合,煤粉也可以较快的速度燃烧,迅速释放出热量,物料温度上升至820℃,气流温度上升至850℃,CaCO3分解吸热速度加快。然而煤粉燃烧放热速度仍快于CaCO3分解吸热速度,所以,气流和物料温度仍继续上升。

  1. 分解炉上中游

煤粉燃烧激烈进行,大量释放热量,气体温度上升至880℃左右,物料温度随之上升至850℃,这是CaCO3分解反应高速进行。如果这时燃烧放热速度与分解吸热速度相等,气流与物料温度将维持不变。若石灰石原料的活性差(如方解石含量高、硬度大等),或生料粒度过粗,就必须设法提高分解温度。但要使分解温度达到900℃是不容易的,因为这时分解面上CO2分压将达1.0大气压,而气流中CO2分压约0.1~0.2大气压,分解吸热将以极高速度进行,欲维持900℃的分解温度,必须极快的燃烧供热,一般条件下很难达到。所以,一般物料分解温度在820~850℃左右。

要提高分解温度,必须从以下几点着手:

A. 提高三次风和窑尾废气温度,以提高分解炉入口温度,有效的缩短煤粉的着火时间;

B. 减少窑尾等系统漏风,减少外界冷风引起炉内气流降温及对流场分布的干扰,并有效的控制炉内气流中CO2分压最小。所以,控制一、二此风与三次风的重量比例对提高物料的分解率有极为重要的意义;

C. 优化分解炉内流场分布,有效地控制煤粉燃烧、料粉分解及传质传热(见第二节分解炉内的流场分布详述);

D. 提高煤粉品质,尽可能的缩短燃尽世间,提高放热速度。这样能有效的降低热耗,防止不完全燃烧。

分解炉内有不完全燃烧现象时,并非靠减少喂煤量来解决问题,因为颅内温度原来并不很高才导致不完全燃烧,若再减少喂煤量,炉温会进一步下降,反而会加重不完全燃烧,还原气氛会更加严重。

但分解温度并非越高越好,这时,物料受有害成分影响,产生液相增加,易形成大料团造成系统堵塞。

  1. 分解炉中游

由于燃烧放热速度与分解吸热速度都快速进行,并且大体相等,所以分解温度能够稳定在850℃左右,气流温度在870℃左右,随着燃烧及分解反应的进行,炉气中的CO2逐步增加,平衡分解温度逐步提高,炉温有种有到下游逐步升高。

5. 分解炉下游

随多数料粉分解反应的完成,分解吸热逐步减少,这时燃烧放热的速度随CO2浓度上升而减慢。因风、煤、料的配合不同会出现完全不同的现象:

如果二者减慢速度一致,炉温不会有大的变化;

如果放热小于吸热速度,炉温会下降;

如果加煤过多或在上、中游燃烧缓慢,产生滞后燃烧,放热大于吸热,炉温会上升。

当物料大部分分解以后,物料与气流温度逐渐趋于一致。

  1. 分解炉出口

一般以850~900℃合适,温度过高说明燃料加入过多或燃烧过慢所致,可能引起炉后系统过热结皮。出炉气温过低,说明下游燃料早已基本燃完,分解炉下游分解速度锐减,不能充分发挥炉下游容积及C5的部分分解效能。

二.分解炉C02浓度对生料分解率的影响

 离线分解炉所需的卒气系从窑头罩抽取的热风,因此空气中氧含量为21%。向SF型、DD型分解炉煤燃烧空气为窑尾废气和三次风的混合气体,因此氧浓度只有13%。氧浓度高不仅可缩短煤粉着火时间和煤粉燃尽时间,而且还影响生料分解率。表2为分解时间与分解温度、分解率、CO2浓度的关系。


从表2可见,无论在什么条件下,炉气CO2, 浓度越大(相当上于O2浓度降低),同一粒径完全分解或达到相同分解率所需的时间都增加。在离线分解炉中,CO2浓度为零,分解时间应该是最短的。因此对不易着火、燃尽时间长的无烟煤来说。离线分解炉生料分解时间也是最短的。值得注意的是,炉内温度越低,CO2浓度的影响越明显。例如,在850℃,当炉气CO2浓度零分别增加至10%和20%时,30μm颗粒完全分解时间从7.9s分别增加至10.3s和15.0s,其分解时间比为1:1.3:1.9;而温度提高至900 ℃,则分解时间分别为3.7s、4.1s、4.7s,不但分解时间大大缩短,CO2浓度的影响也大为减轻.其相应是时间比仅为1:1.1:1.27。从上述数据可以推论,存温度相同的情况下,离线分解炉的生料分解率比在线分解炉的高.但温度的提高可大大减轻CO2浓度的影响。据报道,某RSP窑窑尾废气中CO2浓度为19.5%,混合室中部为29.8%,远比上述试验中最高的20%还高,因此要使尚未分解的生料完全分解则需更长的生料停留时间或更高的分解温度。这里必须指出,上述结论是福斯腾等人对单个生料颗粒的研究结果,实际生料并不是处于单个颗粒的悬浮状态,因此情况复杂得多。关于提高煤粉和生料的分散和悬浮状态的技术措施,以前很多文献已涉及,本文不再赘述。细颗粒分解时间短,而粗颗粒分解时间长,因此生料颗粒细而均匀,粗颗粒较少时,有利于分解率提高。另外平均分解率达95%所需的分解时间比平均分解率达85%所需的分解平时间长l倍以上,相当于分解炉高度要增高l倍。若要求分解率达99%.分解时间要求长2倍以上,相当于分解炉高度要增高2倍以上,因此,入窑生料分解以90%~95%为宜,不宜太过分追求高分解率。

三.分解炉内风、煤、料的定比配合

分解炉的通风量、喂煤量、喂料量以及它们质检的配比,应根据最初设计所做的热工计算,在工程实践中加以修正。

现对余立毅、刘述祖前辈根据国内一般生产条件计算出的风、煤、料比例关系引述如下:

若煤粉发热量以标准煤计(7000Kcal/Kg),炉的空气过剩系数为1.20,入炉三次风温度为600℃,入炉物料温度为750℃,入炉物料分解率为25%,出炉物料分解率为95%,出炉烟气温度为900℃,除妖烟气温度为900℃(窑内热气不带给分解炉显热),分解炉内风、煤、料间的配比关系为表3。

表3 分解炉内风、煤、料间的一般配比

项目

窑气入炉

(窑炉热耗比)

窑气不入炉

(或从炉下游入炉)

引述原值

4555

新计算值

4060

引述原值

新计算值

通风量(炉上游900℃M3

1

1

1

1

喂料量  Kg

0.014

0.011

0.026

0.020

在炉内可传给物料的热量

64

64

116

116

可加热分解料粉量  Kg

0.24

0.24

0.45

0.45

煤粉与入炉料粉比

117

122

117

123

喂煤与喂料比例

118.5

123

118.5

124

熟料热耗  Kcal/Kg

1000

800

1000

800 

为保持风、煤、料的适当配合,除保持料粉和煤粉的成份、细度均匀合适以外,还应注意以下几点:

1.由于工艺条件的改变和预分解技术的成熟,上述比例已经发生很大变化。如由于新型篦冷机的利用,入炉三次风温度能够提高到850℃以上;头、尾煤比例能在40:60范围内很小波动;窑尾废气温度在1000~1150℃;熟料热耗能够降低到800 Kcal/Kg熟料以下;料耗为1.55 Kg生料/Kg熟料;炉的空气过剩系数为1.15;出预热器飞灰量为0.10 Kg/Kg熟料。根据这一变化计算,料粉与煤粉的比例可达22~23,并列于表2新计算值一列。

2. 上述比例关系在一定时间范围内应保持相对稳定,不能随意变动,以使分解炉在较佳状态下运转,当生产一段时间或某些工艺条件变化,熟料热耗明显下降时,在适当调整风、煤、料间的比例,以使分解炉的技术指标保持平均先进而又能稳定运转。

3. 对喂煤、喂料设备的准确度有足够的重视,防止串煤、串料。

4. 对于双列预热器,要特别重视入炉物料分解率的均匀一致。

四、 分解炉温度的调节与控制

要充分理解分解炉温度的调节控制原理,必须了解影响燃料在分解炉内燃尽的因素。分解炉的作用是保证炉内燃料完全燃烧并将热量传递给生料使碳酸盐分解。因此燃料必须在分解炉内燃尽,否则炉内热量不足,生料分解率低.未燃尽的燃料进入后面的旋风预热器(多为第五级)燃烧,造成预热器温度比分解炉还高即通常所称的温度倒挂现象,其结果使预热器结皮堵塞,严重影响预热器系统的运转。解决的方法是缩短燃料燃尽的时间和增加燃料在分解炉内的停留时间。

    燃料燃尽时间与它的燃烧特性有关。就常用的烟煤而言,挥发分约在400℃着火燃烧且燃烧速度很快,而焦炭粒子的着火温度要在600℃以上,其燃尽时间也长。季尚行等用差热分析对几种无烟煤与烟煤对比,现烟煤的着火温度大多在410~430℃,燃烧持续时间约10min。约在600~650℃左右燃尽;无烟煤大多数着火温度在550℃左右,燃尽时间为 l4min,约为烟煤燃尽时间的l 4倍。与烟煤相比,无烟煤着火温度约提高l40,燃尽温度约提高200℃,燃尽时间约增加40%。但在循环流态化床的试验中,无烟煤燃尽时问约为烟煤的1.75倍,在悬浮燃烧试验中,无烟煤的燃尽时间为烟煤的3倍。因此,挥发分低的无烟煤比烟煤的着火温度高且燃尽时间长。谢峻林等认为,烟煤燃尽时间约为4s,贫煤为6~7s,而无删煤则要9s。实际上,由于气固分离效成差,燃料分散不可能是很理想地一颗颗都呈悬浮状态,加上炉内偏流、短路和物料特稀或特浓以及生料的分散程度干扰,煤粉的燃烧状况差,导致煤粉的实际燃烧时间比理论上要长。例如柳州水泥厂改造前物料停留时间为11.75s,从理论上讲,即使燃烧无烟煤也没有问题,因为该分解炉为SLC型(离线型),空气中氧浓度为21%,在900℃的情况下80μm的煤粒燃尽时间为7-9s;停留时间为1.75s应足可使煤粉可燃尽,但事实上发现燃烧不完全。通过分解炉增容,停留时间达l4s,生产才正常。其次燃尽时间与分解炉内的氧气浓度有关。文献认为,在氧浓度为21%的情况下,烟煤(挥发分>22%)、贫煤(挥发分15%~20%)和无烟煤(挥发分<10%)的燃尽时间分别为3~5s,6~7s和7-9 s;而在氧浓度为13%的情况下(烟气与三次风混合的在线分解炉1),则这三种燃煤的燃尽时间分别为5~7 s,10 s和12~14 s。在RSP型和NSF型分解炉中,氧浓度只有13%.即使在分解炉温度为950℃的隋况下,这三种燃料燃尽时间分别为5.6s,7.5s和10.4s例如,耀县水泥厂改造前的DD型分解炉小,物料停留时间只有9.4s,只适用于烧挥发分大于25%的烟煤.实际C5出口温度高于分解炉温度。洛阳水泥厂的NKSV型分解炉物料停留时问只有7.5s,因为氧浓度为l3%,只能勉强烧烟煤。另外,燃尽时间与燃料粒径大小和水分有关。粒径小,与氧接触面积大,易着火燃烧由于燃烧上从表而向内部进行,因此颗粒越小,燃尽时间越短。努谢尔脱(Nusselt)认为,碳粒燃尽时间与它的直径平方成正比。因此在煤磨能力较大的情况下,降低煤粉的粒度是缩短燃尽时间的有效措施。燃料含水量大,则着火漫,燃尽时问长。燃料分散程度越大,越易着火燃烧,燃尽时间比堆积状态的短。

   为保证燃料能使分解炉内燃尽,必须保证燃料在炉内有足够的停留时词。据报道,我国几种分解炉的物料平均停留时问为8.6~12.2 s。SD公司2000t/d生产线为Pyroclon分解炉,物料平均停留时间为10.7s,100%采用挥发分仅为3.34%的无烟煤作燃料,由于煤粉着火温度高,燃烧速度慢,燃尽时间长,炉内不易完全燃烧。为此,在炉顶鹅颈管上部安装一个有切向进气和排气(即切向进出风)的Pvrotop旋风筒,它实质上是一个新型反应室,使三次风、窑气与生料、煤粉能更有效混合,它沉降下来的生料、煤粉可回到分解炉的上升烟道,也可进入C5的下降管道。经测定计算,炉内物料平均停留时间为24s,分解炉出口温度为925℃,过剩空气系数为1.395,多次测量出口气体成分中无C0,说明炉内煤粉不存在化学不完全燃烧;但从分解炉出口物料的含碳量及气体组成计算,煤粉燃尽率仅为76%左右,说明炉内煤粉存在不完全燃烧现象,出分解炉的分解率仅为72.3%;部分没有燃烧的煤粉进入C5,与来自窑尾的高温气体相混合后,继续进行燃烧,产牛热量供给C5内的生料分解,使入窑时的表观分解率提高剑91%。目前国内对已建分解炉改造的技术都是增加物料的停留时间,主要包括:分解炉扩容、分解炉增设缩径口增强喷腾效应、新增离线分解炉、将上升烟道扩径增容改造成二次燃烧室以及将C4出口部分生料分流到上升烟道、增入煤粉净燃空间如喷腾炉的燃煤喷嘴从水平喷射改为向下倾斜l5°、将撒料板上升一定距离等,这些措施无一不是增加燃料的着火时间、延长燃料的停留时间。据此,新分解炉的设计必须充分考虑无烟煤及替代燃料的需要,增大炉容,主要是增加分解炉的高度,从而增加燃料的停留时间,使燃料在分解炉内燃尽。

    分解炉温度的变化,在中、上游主要受燃烧过程(着火时间和燃烬时间)的影响,特别是着火时间;炉下游及出口气温主要受煤粉和料粉加入量的影响,也受燃烬时间影响。因此炉内温度的调节主要应从以下五点考虑:

1. 调节燃料加入量

在通风基本不变时,改变燃料加入量,在完全完全燃烧的条件下,就是改变了分解炉的发热量,在喂料相同时,则是改变了分解率。然而燃料加入过多或过少,对分解炉出口温度的影响是明显的:加入过多,分解用热有余,则出路气温必定升高;相反,加入燃料过少,分解用热不足,则炉内气流吸收气流气流显热而使气温下降。所以,调节燃料加入量主要是调节物料分解率及出路气流温度.

然而,调节燃料用量,不能明显的调节分解炉中、上游的温度,这有两方面的原因:一是因为炉的中、上游气流中,原有燃料浓度较高,加入(或减少)部分燃料,对中、上游气流中的燃料浓度影响就笑,不能明显改变氧气扩散到燃料颗粒表面的速度,所以对于燃烧速度的影响不是很大。二是温度对分解吸热速度影响大,温度一有小幅度的改变,就引起分解速度和吸热量的大幅度改变,抑制了炉温的较大变化。所以在分解内的分解温度在正常情况下是不会大幅度变动,要大幅度调节改变它也是不大容易的。

2. 调节燃烧过程

     分解率的直观表现是炉内温度的变化趋势,即在没有系统漏风的前提下,从炉入口到下游和出口温度阶梯上升,表明供热充足分解率高;若下游或出口温度下降太多则说明供热不足,分解率下降。煤粉的燃烧过程是分解反应的基础,所以分解炉内分解温度(以及中、上游气温)可通过改变煤粉的燃烧过程来调节,从而控制物料的分解率。

A.煤粉的品质:煤粉发热量高,挥发份高有利于改善燃烧过程。

B.气流中燃料和氧气浓度的影响:燃料加入多,燃烧表面积大,氧气浓度高,均有利于改善燃烧过程,否则相反。

C.燃料与二、三次风的配合:燃料与气流相对速度大,有利于O2向燃料表面的扩散及燃料表面CO2薄膜的排除,从而有利于改善燃烧过程。因此,燃料的喂入方式、喷出速度,二、三次风速的大小及温度,过剩空气系数的大小,均能影响燃烧过程。

D.分解炉内的流场分布对燃烧过程影响巨大。如气流紊流程度高时,燃料分散好、分布均匀,燃烬时间短。

3. 通风量及加料量的影响

在入炉物料、燃料不变时,通风量的改变,也影响燃烧速度。正常操作下,当通风量减少时,引起不完全燃烧,燃烧速度减慢,总的发热能力降低。通风量过大,过剩空气系数增加,又会使分解率降低和炉中、下游温度下降。如果炉系统漏风大,使未燃完的燃料继续燃烧,则可能使路后温度升高。

加料量的大小对炉中温度的影响不如对炉下游及出口温度的影响大。加料量多分解吸热多,使炉温下降。料粉的粒度细,也能小范围降低炉中游的温度。因粒度愈细,分解吸热速度愈快,也会使平衡分解温度降下来。但喂料量的大小,一般不是炉温调节的手段。

4. 物料的活性

     如果物料活性高,分解温度可适当降低一些。影响分解温度主要是钙质原料,硅质原料的影响较小。成矿年代越是久远的原料越硬,晶体结构越完整、分解活性越差,分解温度要相应提高。如方解石是纯净的CaCO3晶体,它的分解反应相当缓慢,甚至进入烧成带还有一部分继续分解。对于含方解石较多的石灰质原料,一般要求粉磨细度更细,分解温度要相应提高。

钙质原料的活性顺序为:泥灰岩>贝壳>石灰石>白垩或方解石;

硅质原料的活性顺序为:高岭土>蒙脱石>伊犁石>云母>石英砂。

5. 控制合适的三次风温度和重量比例

     入炉三次风温度高时,体积增大,但其重量反而减少,实际减少了供给燃烧的有效风量,增加了分解炉内气流中CO2分压,减慢了分解反应速度。当入炉三次风温度太低时,会降低分解炉上游气流温度,延长着火时间。降低煤粉燃烧放热速度,影响分解炉的发热能力,也影响分解率。

分解炉内的旋流效应一般有三次风提供,其合适的重量比例由流场分布来决定。但为了适应不同品质的煤粉燃烧和CaCO3分解的需要,重量比例可作适当调整。三次风的重量比例大时,分解炉气流中CO2分压小,CaCO3分解反应速度加快,并可适当降低CaCO3分解温度。但三次风的重量比例过大时,窑内通风量下降,限制了窑的发热能力,窑气传给物料的热量减少,预热分解带延长,压缩了烧成带长度,窑难于实现快转,产量和熟料质量下降。由于煤粉在窑内燃烧时温度高,相对于分解炉而言,受煤质的影响小,所以在煤粉质量较差时,应增加头煤,提高窑尾废气温度和三次风温度,以提高煤粉在炉入口处的预燃效果,三次风的重量比例反而应适当减少。
阅读(2034)  
    七嘴八舌 重要提示:警惕虚假中奖信息 [有话要说]
 
    有话要说    
登录后,在发表你的评论!
 
商情网简介联系我们┊Copyright @ Snsqw.com Corporation, All Rights Reserved┊水泥商情网 版权所有
信息产业部ICP备案号:川B2-20040141 经营许可证编号:川B2-20090148┊法律顾问:四川智见成律师事务所
客户服务中心:028-82002818