改進供煤系統(tǒng)提高窯產(chǎn)質(zhì)量
王偉剛 李童玉 郭宏武 何正凱 王炳東
HB 水泥有限責任公司新擴建的 Ф 3.2 × 50m1000 t/d NSP 窯生產(chǎn)線于 2003 年 7 月投產(chǎn)。該窯頭采用三通道燃燒器，供煤系統(tǒng)由轉(zhuǎn)子式煤粉定量喂料機(定量喂料機、轉(zhuǎn)子稱及其控制系統(tǒng)的總稱。以下同)、氣料分離器、螺旋泵及羅茨風機及煤粉輸送管道等組成。剛投產(chǎn)時，窯和分解爐的供煤量波動大，從中控系統(tǒng)顯示的喂煤瞬時流量曲線來看，在設(shè)定流量不變的情況下，短時間內(nèi)瞬時流量最大和最小差值可以達到 3t/h ，從同時期的煤風風機電流波動也可反證這一點，系統(tǒng)熱工制度極不穩(wěn)定，窯頭經(jīng)常喘氣，火焰不穩(wěn)定，時有黃粉料竄出前窯口，嚴重影響了窯系統(tǒng)的正常投產(chǎn)。
1 供煤量波動大的原因分析
由于煤粉輸送管道中有兩個 90 o 彎頭，彎頭阻力系數(shù)大，在同樣的輸送高度下增加了管道長度，管道輸送阻力增大;分解爐送煤系統(tǒng)的羅茨風機其風量和風壓偏低;風煤混合器結(jié)構(gòu)不合理，在螺旋泵煤粉出口處氣體呈高正壓狀態(tài)，給螺旋泵鎖風增加難度，螺旋泵鎖風效果不好、漏風嚴重;氣料分離器容積和排氣口(僅為 Φ 76mm )都偏小，難于起到氣料分離作用;放散管接通至煤粉倉，當煤磨排風機運轉(zhuǎn)時，靠袋式收塵器錐體處的剛性分格輪的漏風來泄放系統(tǒng)的殘余正壓。當煤磨排風機停止運轉(zhuǎn)時，系統(tǒng)的殘余正壓無處泄放，放散管和氣料分離器的膨脹倉很快就被煤粉填實。致使由螺旋泵漏入的風無法疏導并排放而直接竄入轉(zhuǎn)子稱影響了稱量精度，繼而竄入喂料機直至煤粉倉，使煤粉倉錐體處煤粉流態(tài)化，煤粉借助竄入風的殘余正壓從煤粉倉下部的螺旋閘板的縫隙處往外冒，既污染了閘板下方的設(shè)備和環(huán)境，又嚴重影響了喂料機的準確喂料。因而，供煤量尤其是分解爐的供煤量波動極大，中控室的電腦顯示的窯和分解爐的瞬時喂煤量的記錄曲線波動大，相鄰峰的最大差值達 3t/h 。投產(chǎn)初期，分解爐用煤量設(shè)定值為 2.6t/h 時，實際波動值為 0.5 ～ 3.0t/h ，而且時有斷煤現(xiàn)象。窯和預熱器分解爐的熱工制度混亂，窯系統(tǒng)無法正常投產(chǎn)，只好停窯對供煤系統(tǒng)改進和完善。
2 改進措施
綜上所述，造成供煤量波動的原因是多方面的，因而要采取綜合治理的辦法才行。
1) 降低煤粉管道輸送阻力
a 在保持曲率半徑不變的前提下，將煤粉輸送管道的兩個 90 o 彎頭改為 135 o。在降低 彎頭的阻力系數(shù)的同時又減少了輸送管道的長度，從而降低煤粉管道的輸送阻力。
b 將分解爐送煤系統(tǒng)的羅茨風機的轉(zhuǎn)速提高，提高風機風量(詳見表 1 )，降低煤粉輸送濃度，減少煤粉在管道中的沉降機率，從而穩(wěn)定并降低煤粉管道輸送阻力。
表 1 分解爐送煤系統(tǒng)的羅茨風機改造前后的對比
|
項目 |
型 號 |
轉(zhuǎn)速 r/min |
風量 m 3 /min |
風 壓 kPa |
電機容量 kw |
管道風速※ m/s |
料風質(zhì)量比※ kg/kg |
備注 |
|
原設(shè)計 |
JTS-150 |
1150 |
20.5 |
29.4 |
18.5 |
～ 19.3 |
～ 2.7 |
窯系統(tǒng)亦用此規(guī)格 |
|
現(xiàn)改造 |
JTS-150 |
1380 |
25.5 |
29.4 |
22 |
～ 24.2 |
～ 2.2 |
|
|
建議 |
JTS-200 |
980 |
29.9 |
49.0 |
37 |
～ 28.3 |
～ 1.83 |
|
在熟料產(chǎn)量 1100t/d ，熱耗 3553KJ/kg-sh ，煤粉熱值 22990 KJ/kg 的條件下，未考慮系統(tǒng)漏風量時的計算值。
根據(jù)有關(guān)資料介紹，煤粉輸送時，管道風速應為 25 ～ 30m/s, 煤粉質(zhì)量與輸送空氣質(zhì)量比應不大于 2.5 ： 1 。該廠分解爐送煤系統(tǒng)原設(shè)計羅茨風機風量 20.5m 3 /min ，輸送管道內(nèi)徑為 Ф 150mm 。未考慮系統(tǒng)漏風量時，據(jù)計算，煤粉輸送管的初速度僅為 19.3 m/s ，輸送質(zhì)量比為～( 2.7 ： 1 )，偏高。實際運行時，螺旋泵等處難免會漏風，因而管道風速要減少，輸送質(zhì)量比要加大，有可能在水平輸送管道下部出現(xiàn)斷續(xù)的煤粉沉積，管道阻力會大幅度增加并出現(xiàn)一定程度的振蕩。此時，螺旋泵等處漏風將進一步加大，相應煤粉輸送用風量將減少，煤粉沉積現(xiàn)象將加重，管道阻力進一步增加。如此惡性循環(huán)下去。勢必造成分解爐喂煤量的大幅度波動，煤粉從煤粉倉下部的螺旋閘板縫隙處噴出，嚴重污染了車間內(nèi)的設(shè)備和空氣。
根據(jù)現(xiàn)場條件，我們決定在改進風煤混合器和螺旋泵以增強它們的鎖風效果的同時，將分解爐送煤系統(tǒng)的羅茨風機的轉(zhuǎn)速從 1150r/min 提至 1380r/min ，風機風量提為 25.5m 3 /min 。未考慮系統(tǒng)漏風量時，煤粉輸送管的初速度為 24.2 m/s ，輸送質(zhì)量比為(～ 2.2 ： 1 )，接近傳統(tǒng)的推薦值。這樣可以改善煤粉輸送管的輸送狀態(tài)。建議 1000t/dNSP 熟料生產(chǎn)線的分解爐送煤系統(tǒng)的羅茨風機選用 JTS-200 ( 29.9 m 3 /min 、 49.0Kpa )。此時，煤粉輸送管的初速度為 28.3 m/s ，輸送質(zhì)量比為(～ 1.83 ： 1 )，在傳統(tǒng)的推薦值范圍內(nèi)。據(jù)計算，此時的輸送風量占分解爐燃煤空氣需用量的 5 ～ 6 % ，屬正常范圍內(nèi)。相對于分解爐送煤系統(tǒng)而言，窯送煤系統(tǒng)的輸送高度小且距離短，窯頭用煤量比分解爐少，輸送質(zhì)量比小。原配羅茨風機不變。
2) 改進風、煤混合器和螺旋泵以增強鎖風效果。
螺旋泵兼有是輸送和鎖風雙重作用。其輸送能力一般都大于計量系統(tǒng)的流量。如果螺旋泵煤粉出口處氣體的壓力過大的話，螺旋泵內(nèi)難于形成有效的料封而會造成鎖風失敗。
a.改進風煤混合器以降低螺旋泵煤粉出口處氣體的壓力
原設(shè)計的風煤混合器，其導料管呈垂直布置并將布滿 Φ 15mm 園孔的多孔板錯誤地安裝在混合器出口處。在系統(tǒng)運行時，在混合器內(nèi)乃至螺旋泵煤粉出口處都呈高正壓狀態(tài)，這給螺旋泵鎖風增加了難度。改進辦法為：拆掉混合器出口處的多孔板使氣路暢通;將導料管改為朝輸送方向 45 o 布置;在混合器內(nèi)安裝一塊導流板，該板前端氣體風速控制在～ 30 m/s 。改造前后的風煤混合器如圖 2 所示。風煤混合器改造后，在導流板前端～ 30 m/s 的噴射氣流的作用下，在阻力增量不大的前提下使風煤混合流暢通了。此外，還大大地降低了導料管和螺旋泵煤粉出口處氣體的壓力，使之微正壓狀態(tài)，從而給螺旋泵鎖風減輕了壓力。
b.改進螺旋泵以提高其鎖風能力
當熟料產(chǎn)量 1100t/d 時，窯用煤粉3.3t/h ，分解爐用煤粉～ 4.2t/h 。該廠窯和分解爐送煤系統(tǒng)的螺旋泵規(guī)格都為 Φ 146 ( 720r/min,7.5kw ) , 其輸送能力為～ 6t/h 。螺旋泵的選型是合理的。然而，螺旋泵原配的帶配重的活門是上部帶有弓形缺口的橢園板，風很容易從弓形缺口處竄入螺旋泵內(nèi)而影響鎖風效果。將活門改為完整的橢園板并適當增加配重量。另一方面，將出口端的螺旋葉片割掉長度為 60mm 的一段，使有利于在螺旋泵出口處形成料柱，提高鎖風能力。
3)增大氣料分離器的容積和排氣口的直徑
氣料分離器由位于中心的煤粉溜管、位于四周的膨脹倉和位于頂部的排氣口組成。由于煤粉定量喂料機的流體阻力遠大于包括氣料分離器、放散管及壓力式袋式收塵器等組成的氣料分離泄壓系統(tǒng)，從螺旋泵處竄入的殘氣只能進入膨脹倉，在膨脹倉內(nèi)氣體壓力降低、速度減慢。此時，殘氣中的煤粉的大部分被分離出來返回螺旋泵，少部分煤粉隨殘氣從排氣口排出。原設(shè)計氣料分離器的容積和排氣口的直徑都偏小，氣料分離器難于發(fā)揮作用。我們用根據(jù)現(xiàn)場條件將容積和排氣口的直徑都改大了的新的氣料分離器取而代之。新、老氣料分離器的結(jié)構(gòu)和相關(guān)尺寸如圖 3 和表 2 所示。
表 2 新老氣料分離器的相關(guān)尺寸對照
|
|
D 1 |
D 2 |
D 3 |
H 1 |
H 2 |
H 3 |
L |
膨脹倉體積（ m 3 ） |
錐體角度 |
|
老裝置 |
Φ 520 |
Φ 200 |
Φ 76 |
260 |
120 |
60 |
166 |
0.027 |
67 o |
|
新裝置 |
Φ 900 |
Φ 200 |
Φ 150 |
520 |
120 |
60 |
240 |
0.159 |
60 o |
4 )設(shè)置壓力式袋式收塵器。
在氣料分離器的上一層平面上設(shè)置結(jié)構(gòu)如圖 4 那樣的壓力式袋式收塵器。該收塵器頂面上裝有五個套在袋籠外的 Φ 200×1200的濾袋，總過濾面積為3.8m 2 。夾帶少量煤粉的氣體 ，借助于氣體的殘余正壓經(jīng)放散管送至袋式收塵器，煤粉被收集下來并溜回螺旋泵，凈化了的空氣排到大氣之中。在實際運轉(zhuǎn)時，還可以從 濾袋的漲癟程度直觀地判斷 螺旋泵的鎖風效果以便采取相應改進措施。由氣料分離器、放散管及壓力式袋式收塵器等組成的簡單且實用的氣料分離泄壓系統(tǒng)，推廣應用在工源水泥廠等廠的供煤系統(tǒng)中 都受到了顯著的效果。
5 )設(shè)置煤粉倉上下限位顯示和報警裝置，減少煤粉倉料位對定量喂料機的影響。
經(jīng)改進完善后的供煤系統(tǒng)流程如 5 所示。供煤系統(tǒng)改進以后，煤粉輸送管道暢通了，螺旋泵的漏風量減少了，漏風能及時地排至大氣中，使粉體定量喂料機處穩(wěn)定在零壓或微正壓狀態(tài)，為喂料機正常運轉(zhuǎn)創(chuàng)造了條件并徹底解決了煤粉倉下面的螺旋閘板處冒煤粉的問題。窯和分解爐的瞬時喂煤量的記錄曲線波動值大幅度減小，曲線相鄰峰的最大差值為 0.3t/h, 響應時間大為縮短，在停磨狀態(tài)下多次進行了實物標定，煤粉倉倉重減少量與轉(zhuǎn)子稱累計增加量比較，精度在≤± 1.0 %以內(nèi) 。從而可實現(xiàn)穩(wěn)定喂煤和精確計量的目的。窯和分解爐的喂煤穩(wěn)定了，促進了系統(tǒng)的熱工制度的穩(wěn)定，窯快轉(zhuǎn)率也提高了，熟料產(chǎn)量隨即達到 1100t/d 以上，熟料質(zhì)量達 52.5 號以上。
3 結(jié)束語
回轉(zhuǎn)窯供煤系統(tǒng)是一個系統(tǒng)工程。用轉(zhuǎn)子式煤粉定量喂料機取代傳統(tǒng)的雙管螺旋喂料機無疑是進了一大步。自上世紀 80 年代末從國外引進轉(zhuǎn)子式煤粉定量喂料機以來，經(jīng)近十幾年的消化改進完善和國產(chǎn)化，技術(shù)上已趨成熟?？梢哉f，煤粉計量穩(wěn)定與精度的矛盾已不再在煤粉定量喂料機上了。在把好煤粉定量喂料機的質(zhì)量關(guān)的同時，要應認真對供煤系統(tǒng)中其它設(shè)備(螺旋泵、羅茨風機、泄壓裝置等)、煤粉倉、溜子、風管等進行合理配套，才能達到均衡穩(wěn)定精確供煤的目的，進而促進窯系統(tǒng)熱工制度的穩(wěn)定并提高熟料產(chǎn)質(zhì)量。
