磷石膏制酸联产水泥烧成工段设备的改造
水泥 2012-10-16
一、磷石膏制酸联产水泥系统烧成工段的工艺说明
我公司磷石膏制酸联产水泥烧成工段原始的工艺示意图见图1：
（1）生料（半水磷石膏CaSO4·1/2H2O与砂土SiO2、焦炭C经烘干研磨后按一定比例配制而成）由生料库经窑灰和生料斗提机进入生料和窑灰仓，经计量由窑尾均匀进入回转窑；
（2）原料工段制成的燃料（烟煤粉）进入煤粉仓，经双管螺旋给煤机、混煤器与空气混合通过喷煤管由窑头喷入燃烧，为生料预热、分解、熟料烧成提供热量；
（3）生料与窑灰在回转窑内随着回转窑转动和3.5%安装斜度的作用下由窑尾向窑头运动，喷煤管提供热量和氧气，逐步完成生料的预热、分解、烧成过程，转变为熟料。主要的反应包括生料分解和熟料烧成反应：
生料分解： 生料在中空回转窑中逐渐预热，脱除水分，在900℃-1300℃下，焦炭中的炭与CaSO4发生还原反应，原理如下：
CaSO4+2C=CaS+2CO2↑
CaS+3CaSO4=4CaO+4SO2↑
总反应为：
2CaSO4+C=2CaO+2SO2↑+CO2↑
熟料烧成：分解后的物料进入回转窑烧成带，在1250℃-1450℃下CaO与SiO2、Al2O3、Fe2O3等发生矿化反应，生成硅酸二钙、硅酸三钙、铝酸三钙、铁铝酸四钙等即为水泥熟料：
2CaO+SiO2=2CaO·SiO2 （简写为C2S）
3CaO+SiO2=3CaO·SiO2 （简写为C3S）
CaO+Al2O3=3CaO·Al2O3 （简写为C3A）
CaO+Al2O3+Fe2O3=4CaO·Al2O3·Fe2O（简写为C4AF）
（4）烧成的熟料落入冷却机冷却后大块经颚式破碎机破碎与小块一起通过链斗输送机、熟料斗提机进入熟料仓，成为水泥原料之一。
（5）反应生成的含5%左右的SO2气体在硫酸系统引风机的作用下，夹带窑灰在回转窑内向窑尾运动。在冷烟室和电收尘器内收集的窑灰，经溢流螺旋输送机、窑灰螺旋输送机、再窑灰和生料斗提机，返回到生料及窑灰仓。净化后的气体通过冷烟室、电收尘器冷却，去硫酸系统制酸。
二、烧成工段设备改造的必要性
烧成工段设备多且没有备用设备。每台设备的故障都会导致包括制酸的整个系统的停车，造成回转窑热工制度的破坏，再开车后短时间难以重新形成。因此说，设备运行的稳定性影响回转窑热工制度的稳定、影响系统连续开车的时间。
由于烧成工段原始设备结构存在的缺陷和选型不合理的问题，原始开车后的一段时间设备故障频发，造成系统频繁停车。为了提高设备运行的稳定性，我们对烧成工段的设备进行多项改造和完善。
三、烧成工段的设备改造
1、单筒冷却机的改造
φ2×22米单筒冷却机安装斜度3%，回转筒体及内衬、扬料板重达44吨。所有重量分布在两档（4组）托轮上。原托轮结构见图2，托轮与内部安装的2套3636轴承外套一起旋转，轴不转，内套与轴静止固定在两侧的支架上。原托轮存在的缺陷是：①托轮轴承润滑不能保证：冷却机筒体温度较高，热量通过传导和辐射方式到达轴承部位，轴承温度高，不能保证轴承的有效润滑；②3636轴承的特点是主要承受径向力，只能承受很小的轴向力。承担不了筒体重量和倾斜安装产生的巨大轴向力。两点综合作用，轴承很快就因磨损而损坏。
开车不到一年的时间内，就更换3636轴承10套，造成冷却机和回转窑频繁停车，系统连续开车时间不足1个月。设备修复费用就达10万余元。冷却机的设备问题成了系统连续开车的瓶颈。
为此，我们改造了托轮结构，改造后的结构见图3（图中均为一组托轮）。
利用原托轮，去除其它托轮零件。
1.1增加补芯和托轮轴，补芯与托轮采用过盈配合安装，托轮轴与补芯采用键连接；
1.2；用Q235A钢板焊接两个轴承座，每侧各装一套3634和9069326轴承，用以支撑托轮轴和托轮组件。3634轴承用于承受径向力；9069326轴承专门用来承担轴向力；轴承座内部为空腔，通入冷却水，用以降低轴承和轴承座的温度，保证润滑效果。
通过以上改造，避免了因为冷却机问题造成烧成工段的停车。
2、三通道喷煤管的采用
原回转窑的喷煤燃烧系统是单通道喷煤管，配用一台40m3/min罗茨风机。其缺点是黑火头长，热强度低，燃料消耗高，熟料质量差。经常出现煤粉堆积、烧不透和跑生料现象。喷煤管的选型不合理也是限制系统连续运行的关键问题之一。
三通道喷煤管分三层通道，中心管为内旋风通道，外层通道为高压风通道，中间通道为煤风通道。内旋风起搅拌作用，使煤粉与空气混合均匀，外层高压风调节火头形状，使火力集中或发散。三通道喷煤管易于调节火头形状，热效率及热强度高，煤粉燃烧完全。
为此我们结合磷石膏制酸的特点和回转窑的具体情况，设计制做了三通道喷煤管，同时更换了喷煤管前的混煤器（具体内容可以参阅本者着的《磷肥与复肥》1998年第4期中刊登的《三通道喷煤管的机械混煤器》一文），40m3/min罗茨风机用作外层通道高压风和中心管内旋风，配入三通道喷煤管；另配一台28m3/min罗茨风机用作煤风，在机械混煤器给入，与煤粉混合后进入煤风通道。改造前后的变化见图4。
改造后使用效果很好，连续3个月熟料指标合格率大于80%，累计产酸11570.37吨，同时节省优质燃煤10%。
应当注意的是：三通道喷煤管的使用除了与自身结构有关外，还与生料配比和煤粉质量有关。如果煤粉质量好，细度均匀无杂质，不考虑中间通道（煤风口）堵塞的情况，中间通道出口可以采用小孔多布。另外，中间通道截面积的大小与煤的发热值有直接关系，煤的发热值越高，煤粉用量越少，其截面积应当越小。
3、窑尾下料设备的更换
由图1中可以看出，原系统窑尾生料入窑给料采用的是皮带秤，上下各有一台刚性叶轮给料机。主要缺点是：因为生料和窑灰混合物流动性较好，叶轮给料机不能有效保证物料均匀给料，皮带秤上冲料外溢，严重时生料和窑灰将皮带秤掩埋；造成窑内冲料，生料一直跑到窑头。入窑生料没有了计量，回转窑操作就没有了基本参照，操作困难。
与其没有计量，不如采用一种简易粗略计量装置。为此我们取消皮带秤和上下刚性叶轮给料机，用上下两台螺旋给料机代替，三台运转设备变为两台。计量和入料量通过调速电机的转速进行计算和调整。改造前后的对比见图5。
使用后，杜绝了生料冲料现象，计量反而更有依据，熟料质量和回转窑运行很稳定。
现在市场上有一种叫做螺旋秤的计量给料设备，把给料螺旋安装在秤上，直接称量给料质量，比通过螺旋给料机的转速计算给料量要准确，新上磷石膏制酸联产水泥系统的厂家可以选择参考。
4、回转窑一档轮带垫板的改造
φ3×88米回转窑为5档托轮和轮带支撑，由窑头（低端）算起一次称为一二三四五档，其中一档处于烧成带，温度高，温度变化大。烧成带温度高达1300℃，烧成的硅酸二钙、硅酸三钙、铝酸三钙、铁铝酸四钙等在砖内衬表面形成的保护层（俗称窑皮）进行隔热，保护筒体，延长内衬砖的使用寿命。回转窑运转一段时间后，由于开停车或停煤看火造成的热涨冷缩效应使一档轮带下的垫板焊缝开裂。只要有一块垫板开裂脱落，垫板夹在轮带与筒体缝隙里，在相邻两块垫板间来回滑动，回转窑每转一圈，垫板就从高处滑落、振动筒体一次，直接影响烧成带窑皮的形成、保持和更新，影响回转窑的烧成带内衬砖的寿命，降低换砖周期。为此对一档托轮的垫板结构进行了改造。详细情况参见《水泥》2004年第2期吴祥军的《一种回转窑轮带垫板和筒体非焊接联结的方法》一文。
通过这些设备的改造和调整，我公司磷石膏制酸联产水泥系统设备稳定顺畅，创下烧成工段连续开车7个月的纪录。
[参考文献]
[1] 常 晖. 三通道喷煤管的机械混煤器. 磷肥与复肥，1998，4：60
[2] 吴祥军. 一种回转窑轮带垫板和筒体非焊接联结的方法. 水泥， 2004，2：61-62
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