SLC分解炉及窑头余热风管的技术改造

水泥国投海南水泥有限责任公司 2015-04-01

通过分解炉的技术改造，扩大炉容，延长煤粉在炉内停留时间，提高煤粉燃烧效率和生料分解率，从而提高了系统的稳定性，提高了窑产量。通过对风管改造，技改费用花费不到15万元，按照技改后1h多发电500 kWh，电价0.5元计算，一年为公司创造直接经济效益近200万元。

1 分解炉的技术改造

1.1 改造前存在的问题

我公司2000t/d熟料生产线的回转窑规格为Φ3.95m×56m，离线式喷腾SLC分解炉的规格为Φ5 012mm×1900mm。从投产以来，分解炉就一直有塌料现象。到了2007年，分解炉开始出现频繁的塌料和漏粉料现象，分解炉的出口及其C5筒锥部经常出现950 ℃以上的高温现象，窑况不稳定，系统工况恶化，台时产量也显着下降。

1.2 原因分析

该生产线的煤磨系统布置在窑尾，其利用经过高温风机后320 ℃的窑尾废气作为烘干热源。2007年6月，公司利用两条生产线的窑头和窑尾的废气余热建成了8 MW的发电站投产，这样窑尾废气经过余热SP炉后，温度降到了210 ℃左右，从而导致入煤磨的热风温度较以前降低了100 ℃。从2007年以来，进厂原煤质量（表1）整体下降，原煤水分增加，最高时内外水分相加达到17%，热值降低，原煤的易磨性也变差。以上因素严重影响了煤的烘干和粉磨，使得出磨煤粉的细度由以前的4%上升到9%（80 μm筛筛余），煤粉水分也相应增加了3%，这样的煤粉很难满足窑和分解炉的要求。

从表1可以看出来，入窑煤粉热值下降了近580×4.18 kJ/kg。我们知道当煤发热量降低、挥发分变低、灰分增高、水分增大、煤粉变粗时，在相同的窑炉内会造成煤粉燃烧速度慢，燃烧热力不集中，火焰拉长无力，窑容易跑生料，煤粉容易沉积在窑后部造成结后圈等现象。并且煤粉在分解炉内燃烧时，燃烧速度必然下降，因煤粉燃烧发热速率决定了生料CaCO3的分解速率，那么必然导致出炉CaCO3分解率大幅度下降。另外，煤粉燃烧速度决定了煤粉燃烧完全（燃尽）需要的时间，如果煤粉不能在分解炉中燃尽，那么会导致煤粉在出分解炉管道及其C5筒继续燃烧。该生产线的分解炉出口是一个较平且长的“鹅颈”管，因此在“鹅颈”管顶部平段地方容易积料，部分未燃尽煤粉被带到该处继续燃烧发热造成局部高温，部分生料粉夹带着部分未完全燃烧的煤粉沉积于此，形成一层层结皮，从而导致 “鹅颈”平段部位经常积料，会超过整个管径的一半，严重影响了分解炉内通风。煤粉不能在分解炉内完全燃烧导致分解炉温度场分布不均匀，容易出现局部高温现象，分解炉内壁容易产生结皮，当分解炉塌料时，结皮就会波动掉落，导致分解炉锥部和三次风管连接处管道下料口堵料，从而被迫停窑处理。部分未完全燃烧的煤粉会被带到C5筒内继续燃烧，造成C5筒锥部高温，严重时造成C5筒堵料。

1.2 技改方案和运行情况

技改方案：将现有的SLC分解炉改为N-MFC流化床炉。具体做法如图1所示。

我们将原有分解炉锥部完全去掉，利用炉与地面的有效空间，将整个炉体往下延伸1/3长度（即6 m的长度），扩大分解炉炉容，在炉底加上流化床，配上流化风机。取消原有的三次风管下料口，三次风管从原有的一路进炉，改为二路，三次风从新炉两侧进炉。C4筒下料管也下移，下料口紧靠流化床上方，运行时料直接下到床上，被流化风机流化，然后被三次风带走，进入分解炉内分解。

1.3 改造效果

改造后，经过2天的调试，窑产量大幅度提升，喂料量从之前的145 t/d提高到160 t/h左右。从观察孔观看分解炉内煤粉燃烧状况，炉内呈辉焰状态，没有爆燃现象，煤粉在炉内燃烧稳定。经取样化验出炉分解率从改造前的63.98%提升到75%以上。分解炉出口温度稳定在860 ℃左右。分解炉内煤粉的稳定燃烧，避免了炉内局部高温现象，炉内壁结皮现明显减少。出分解炉“鹅颈”管平段积料也明显减少，基本上消除了此处结皮现象。虽有少许积料，但是都是粉料，很容易吹扫掉，分解炉通风明显好转，炉内塌料现象明显减少。偶然有塌料时，把C4筒下料三通阀打到入窑状态，或喂料系统直接导入生料库，避免压床现象，分解炉在2 min左右就能恢复正常运行。分解炉的稳定运行，为整个系统的稳定打下了基础。虽然煤粉质量没有好转，但是整个窑况比技改前要稳定，冲生料现象极少发生，熟料强度和合格率也有一定的提高。

2 窑头余热风管的技术改造

2.1 改造前存在的问题

公司于2007年6月在两条生产线的窑头和窑尾都安装了余热锅炉，利用窑头和窑尾排除的350 ℃左右高温废气来发电，设计能力8 MW。从余热带电站投产以来，2 000 t/d生产线窑头AQC炉的进风管由于受到篦冷机和窑头空间结构的影响，设计不够合理，导致进AQC炉的热风受到严重的影响，AQC炉的蒸汽量也一直很难达到设计值，发电量受到很大影响。为了更加有效地利用篦冷机余风，决定对篦冷机AQC炉的进风管进行技改。

2.2 技改过程和方案

改造前后入AQC锅炉风管如图2所示。

由于受到篦冷机和窑头空间结构的影响，设计院最初设计时考虑尽量不动窑头平台的框架结构，从篦冷机二段中部侧面取风。由于受到窑头二楼平台大梁的限制，只能从大梁下面引出一长6 m的长方形风管，导致风管的角度只有30°。经过测算飞沙料的休止角大于45°。小于45°的角度时，会引起风管积料。此处风管长达6 m，导致风管大面积积料。虽然风管下面有钢梁支撑，但是由于积料过多，导致风管下沉，使得风管倾斜角度更小，积料也就更多。根据现场测算，此时的风管通风截面积已经不到设计的一半，严重影响了AQC炉的取风。更严重的是由于风管下沉，导致风管变形，挤坏风管保温内衬，使风管内浇注料大部分脱落。浇注料脱落后，风管壳体在高温氧化和飞沙料的磨损下，很快就出现大面积的穿孔，大量的冷空气被吸入风管，导致AQC炉的热风进一步受到影响，原本设计的蒸汽量为15 t/h，实际才5 t/h左右，影响了余热电站的发电量。大量的冷空气的进入，也损失了大量的热量，使系统热耗增加。风管破损后，飞沙料到处跑冒，严重污染了窑头生产环境，危害到篦冷机设备的正常运行。

基于以上情况，公司决定于2009年2月对风管进行技术改造，更改原风管的角度，具体布局如图2所示。去掉原30°的6 m长出风管，风管改为从大梁上面穿过。经过对现场空间的详细勘察，和窑头框架结构的计算后，在不影响窑头主体框架结构的情况下，我们将窑头二楼平台的2条次梁和窑头天台的1条主梁及2条次梁拿掉，然后在窑头天台重新浇注一条反梁，以保证整体结构的稳定性，从而给新风管预留出足够的空间。新风管穿过窑头2楼平台和天台后，再与原风管对接。考虑到篦冷机此处的飞沙料较大，为了减少对接口处风管的磨损，特别将风管和篦冷机接口处从3 m扩展到4.2 m，从而降低入管风速，减少飞沙料对风管接口内衬的磨损。同时风管接口处内衬选择超高强耐磨浇注料，进一步提高浇注料的使用寿命。

2.3 技改效果

风管改造至今4个多月，利用停窑检修时间查看风管情况，基本上完好无损。风管技术改造的成功，充分利用了窑头篦冷机废气热量，避免了漏风，减少了热损失，也减少飞沙料对环境的污染和对设备的损害。同时漏风量的减少，使得熟料的冷却效果更好，有利于提高熟料质量，增加熟料强度。从余热电站控制室显示，窑头AQC锅炉蒸汽量一直都维持在15 t/h左右，整个余热电站发电量已经超过8.5 MW，吨熟料发电量达到36 kWh。整个技改费用花费不到15万元，按照技改后1 h多发电500 kWh，电价0.5元计算，一年为公司创造直接经济效益近200万元。

3 结束语

（1）通过分解炉的技术改造，扩大炉容，延长煤粉在炉内停留时间，提高煤粉燃烧效率和生料分解率，从而提高了系统的稳定性，提高了窑产量。

（2）分解炉出口“鹅颈”管由于先天设计不足，“鹅颈”管平段较长，虽然炉内煤粉燃烧效率大大提高，但是此处依然会有些许积料，影响炉内通风。要彻底解决此处积料问题，只有改造“鹅颈”管结构，减少此处平段长度，减少积料的空间，才可以从本质上解决弯管积料的问题。

（3）分解炉改造为流化床式结构，可以通过控制避免压床现象。首先设计上我们将流化喷嘴的直径从由6mm扩大到8mm，其次在发现有压床兆头时（通过流化床上压力测点和整个系统压力可以判断出来），早做分料处理，就不会出现压床。

（4）现在很多余热电站都是在已经建成的生产线的基础上建设的，由于当初生产线的整个布局空间没有考虑到余热锅炉的问题，就使得新建余热锅炉的风管布局受到现有空间结构的约束。风管的整个结构走向，应该以工艺要求为主导原则，保证工艺的流畅性，进而考虑如何进行结构的改动或者施工。若不以风管的工艺要求为主导设计原则，克服框架结构问题，那么势必出现风管走向不合理，出现积料、漏风等问题，严重影响余热锅炉的正常运行。这是设计者应该注意的一个问题。

通过对生产线现有不合理的工艺流程的技改，可以大大提高生产的稳定性和能源的利用效率，往往能做到小投入大回报，创造良好的经济效益。

编辑：陈宗勤

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