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分解炉入口空气系数
分解炉出口空气系数
1.124
分解炉截面热负荷
KJ/m2·
h
13.06×
106
分解炉容积热负荷
KJ/m3·
6.19×
105
分解炉总容积热负荷
2.11×
分解炉截面积产量
Kg/m2·
6181.82
分解炉容积产量
Kg/m3·
293.1
分解炉总容积产量
99.75
12
回转窑工作参数
入窑物料表观分解率
96
窑尾空气系数
1.023
窑尾废气温度
离窑熟料温度
1415
窑的发热能力
KJ/h
2.673×
108
回转窑截面热负荷
17.90×
回转窑容积热负荷
2.42×
回转窑截面积产量
16208.87
回转窑容积产量
219.15
13
冷却机工作参数
入冷却机熟料温度
出冷却机熟料温度
160
二次空气预热温度
1155
中控数据
三次空气预热温度
1070/998
三次风入口
/出口
冷却机鼓入风量
Nm3/h
448135
冷却机余风量
235655
冷却机抽热风量
17126
冷却机耗气量
Nm3/Kg·
1.8518
冷却机热效率
66.83
冷却机冷却效率
91.57
冷却机篦床产量
t/m2.d
43.60
14
一次风
温度
35/55
净风/煤风
工况风量
m3/h
标态风量
22080
铭牌风量
占总助燃风比例
10.16
15
二次风
58023
26.69
16
三次风
分解炉入口端
137331
64.16
17
系统
散热
预热器系统胴体散热
22491350
分解炉胴体散热
8491378
回转窑胴体散热
33622201
含窑头罩
三次风机表面散热
15269147
冷却机表面散热
833152
18
煤粉
55
入窑煤粉量
11640
入炉煤粉量
22270
燃料分配比(窑:
炉)
34.33:
65.67
煤灰掺入量
100
19
生料
70
喂料量
380000
20
增湿塔
进增湿塔前废气温度
出增湿塔废气温度
增湿工况风量
增湿塔标态风量
增湿塔收尘量
增湿塔喷水量
21
漏风
回转窑系统漏风量
预分解系统漏风量
29570
全窑系统
29128
全窑系统漏风系数
13.92
5烟气成分分析与各部位气体参数
5.1烟气成分分析
表4烟气成分分析(%)
部位
时间
CO2
O2
CO
N2
预热器C1出口
A列
样1
33.80
3.20
0.2
62.80
1.228
A、B列预热器合并后的总风管取样点
样2
34.40
2.80
0.05
62.75
1.2
样3
34.20
2.70
0.1
63.0
1.188
平均
r=1.205
分解炉出口
35.20
1.55
63.20
1.1
35.70
2.40
0.15
61.75
1.165
34.85
1.65
63.45
1.107
f=1.124
窑尾
烟室
5.80
0.55
0.95
92.70
1.003
14.10
0.45
84.50
1.033
9.95
1.15
0.25
88.65
1.045
y=1.027
5.2窑系统风量数据
表5全窑系统各部位气体参数
测定项目
气体流量
静压
Pa
含尘浓度
g/Nm3
飞灰量
单位用风量
Nm3/h
一次空气
窑用
煤风
5100
0.0211
净风
9180
35
0.0379
炉用
7800
0.0322
总和
555323
冷却机送余热发电风
556437
321
-270
9.5578
2149
0.9737
冷却机送煤磨抽热风
56898
561
-477
164
0.0708
入窑二次风
0.2398
入炉三次风
692572
0.5675
C1预热器出口送余热发电热风
845430
346197
-5800
99.7753
1.4306
6物料平衡与热量平衡数据汇总
6.1物料平衡
表6物料平衡
收入物料
支出物料
Kg/kg.sh
生料消耗量
1.59
36.07
出冷却机熟料
0.99
21.68
燃料消耗量
0.1401
3.18
预热器出口废气量
2.0732
45.40
一次空气量
0.118
2.68
预热器出口废气含尘
0.1428
3.13
冷却机鼓风量
2.4018
54.49
冷却机余风(送余热锅炉)
1.2591
27.57
全窑系统漏风量
0.158
3.58
冷却机余风含尘
0.01
0.22
煤磨抽热风
0.0915
2.00
合计
4.4079
100.00
4.5666
收支相差
-0.1587
相对误差
3.60
6.2热量平衡
表7热量平衡
收入热量
支出热量
KJ/kg.sh
Kcal/kg.sh
燃料燃烧热
3217.1163
768.5691
94.14
熟料形成热
1649.2194
393.9985
49.20
燃料显热
9.4123
2.2486
0.28
蒸发生料中水
分热
54.1658
12.9402
1.62
生料显热
92.9355
22.2023
2.72
显热
127.8605
30.5459
3.81
一次空气显热
5.531
1.3214
0.16
预热器出口废气显热
675.9183
161.4769
20.16
入冷却机空气显热
86.5308
20.6714
2.53
预热器出口飞灰显热
39.1181
9.3453
1.17
漏入空气显热
5.7097
1.3640
0.17
冷却机送余热锅炉余风显热
412.5167
98.5502
12.31
煤磨抽热风显热
54.1099
12.9269
1.61
冷却机余风及抽热风含尘显热
2.7863
0.6656
0.08
系统表面散热
328.2377
78.4160
9.79
化学不完全燃烧热损失
8.3113
1.9856
合计
3417.2356
818.3487
3352.244
800.809
64.9916
1.90
7.6全窑系统表面散热
7.6.1回转窑表面散热
ΣQ
33152109
单位熟料热损为:
=136.9922KJ/kg.sh
7.6.2预分解系统表面散热
表19预分解系统各部位表面散热测定计算数据汇总(ε=0.87,w=1.5m/s,t环=31℃)
总表面积(m2)
总散热量(kJ/h)
C1A1+C1A2
2113.99
3997596
含C1-C2连接管,两列C1汇总管及至总风管含尘测点风管面积
C1B1+C1B2
1074.28
1627011
含C1-C2连接管道
C2A+C2B
870.86
2948685
含C2–C3连接管道
C3A+C3B
864.48
4509407
含C3–C4连接管道
C4A+C4B
918.08
7432614
含C4–C5连接管道
C5A+C5B
831.48
5945098
Σ
6673.17
26460412
分解炉
1649.7
7.6.3其它部位散热
表21窑系统其它部位表面散热测定与计算(ε=0.88,风速w=0.2m/s)
表面积(㎡)
平均温度(℃)
环境温度(℃)
温差△t(℃)
α(KJ/㎡·
h•℃)
Q(KJ/h)
冷却机
顶部
159.89
94.9
31.0
63.9
56.19
574089
侧面
197.67
57.7
26.7
49.09
259063
357.56
窑头罩
56.78
101.1
70.1
57.37
228364
19.60
85.9
54.9
54.47
58015
正面
52.87
93.2
62.2
55.87
183713
129.05
470092
三次
风管*
Q=V3k(C2t2-C1t1)=137331×
(1.4181×
1070-1.409×
998)
10分析与建议
10.1窑系统热工检测标定结果概述
但是该系统也有一些指标不尽人意,主要表现为:
熟料烧成热耗达到3217KJ/kg·
sh,与同类型、同规格生产线的先进水平相比明显偏高;
窑尾预热系统漏风量达到29570Nm3/h,也处于较高水平,且预热器出口的跑灰率达9.1%,C1筒分离效率只有90.9%,与正常设计指标C1筒分离效率>95%的要求相比,差距甚大;
出冷却机熟料温度平均为160℃,超过设计指标“环境温度+65℃”范围约60℃,表明冷却机热回收效果不理想;
C1筒出口平均压力达到-5500Pa左右,而窑尾烟道压力平均在-600Pa以上,两处阻力均明显偏大,对系统电耗具有不利影响。
造成上述不良后果的原因何在,究竟是系统存在客观结构缺陷为主所导致,还是在操作、管理方面的主观人为失误所造成?
无疑是本研究所需探讨的关键问题。
以下以本次热工检测标定的相关计算结果为基础,结合该熟料生产线近四个月实际生产的各项统计数据,综合分析各种主要因素对烧成系统热工制度的影响,探明其运行的内在规律,为后续窑系统的技改优化和科学操作提供相应的理论和技术参考依据。
10.2预分解窑系统中回转窑生产能力评析
对于水泥熟料生产线而言,相同规模条件下人们首先关心的是其单位生产能力。
按照传统的观点考查这一指标又都归结到系统中相应回转窑的生产能力,通常多以窑的单位容积产量的大小来表征窑的生产能力的大小。
表22列出了国内外一些大型预分解窑熟料生产线回转窑生产能力的相关参数。
表22国内外相关大型预分解窑生产线回转窑能力的基本参数
厂名
回转窑规
(m)
实际产量
(t/d)
容积产量
(kg/m3.h)
容积热负荷(Kcal/m3.h)
江南小野田
4400
189.25
56747
大连华能
冀东水泥厂
4800
191.51
59722
宁国海螺水泥厂
4600
181.09
56470
华新水泥厂5#
5500
214.36
63417
珠江水泥厂
184.58
57560
铜陵海螺水泥厂
187.07
53842
宁国水泥厂
203.7
韩国三星1#
193.74
55768
铜陵海螺2#
209.45
61127
广州越堡水泥厂
6890
230.48
101148
华润南宁2#
5645
219.00
53059
华润田阳一期
5557
213.54
63404
华润平南4#
5544
209.09
66372
从表22中所列的具体数据情况来分析,可以清楚的看出:
(1)在预分解窑系统中,相同规格的回转窑其生产能力和单位容积产量实际上存在非常大的差异,其产量指标差距可超过15%以上,这充分表明在预分解窑系统中回转窑已不是决定系统能力的唯一因素。
究其内在原因就在于随着人们对新型干法预分解技术的不断深入研究,越来越充分认识到决定系统熟料生产能力最关键的环节还在于有效提高煅烧中强吸热过程的效率,即充分提高生料预热和碳酸盐分解阶段的热效率。
而按系统的内在热工规律就要将这两个阶段通过对预热器和分解炉的优化来实现,即系统提产的关键在于窑尾系统效能的提升,以往那些窑产量计算的大量经验公式无疑有很大的局限性。
(2)随着预分解窑系统规模的大幅提升,窑的单位容积产量也有明显随之增大的趋势。
分析这一方面的原因主要在于近年来不仅在热工工程理论和实践上有很大的突破,而且在材料研发和装备制造技术上也有很大的突破,装备制造水平显著提高。
系统中的主辅机制造精度和可靠性大幅提升,保证了全窑系统实现稳产高产。
(3)对比表22中的具体数据指标,可以看出华润水泥(陆川)公司一期5000t/d熟料生产线回转窑的单位容积产量为219.15kg/m3·
h,处于上述统计生产线中的前列,这从一个侧面证明了其所配套的预热器和分解炉具有良好的效能。
综合以上分析,可以认为在预分解窑煅烧系统中,窑尾系统能力、尤其是分解炉的能力要比回转窑窑径的大小更显重要,同时也反映出在该系统中回转窑本身的可调性和相容性都很强。
10.3燃煤品质与煤粉制备情况分析
出磨煤粉含水过高的危害:
首先煤粉中的水分过高时会降低火焰温度,研究表明煤粉中水分每增加1%,大约降低火焰温度10~20℃,使窑内火焰长而无力,高温带温度下降,不利于煅烧;
其次煤粉中的水分还要额另外吸收大量热量变成1000多℃的过热水蒸气,将明显增加热耗,此时每增加1%水分,直接导致废气热损失增加2%~4%;
此外水分过高还会严重降低煤磨产量,实际生产经验强调一般原煤水分不应大于10%,超过此值后煤磨生产能力就会明显下降,并且出磨煤粉水分也难以控制在1.5%以下。
煤粉细度的影响:
煤粉细度的大小直接影响燃烧速度,进而影响窑内烧成带的温度和长度,一般而言煤粉越细,其燃烧速度就会越,但煤的挥发分对燃烧速度的影响更大一些。
挥发分是决定煤的着火点的关键因素,挥发分高,煤着火早、燃烧快。
因此当煤的挥发分高时,煤粉细度就不能过细,否则煤粉燃烧太快,容易形成过短火焰导致局部高温,不仅不利于煅烧,还易造成窑皮损伤、篦冷机熟料堆雪人等一系列事故。
此外生产中煤粉细度控制过细后还会显著降低煤磨产量、增加电耗,并且更易引起煤粉爆炸的安全事故。
实际生产经验统计煤粉细度与挥发分之间的关系约为:
4900孔筛(80μm)筛余量≤0.5挥发分含量
公司煤粉制备的误区及后果分析:
根据现场调研和检测所得的综合信息可知,公司煤粉制备主要控制指标特点其一是细度很细,80μm筛余3%左右;
其二是煤粉水分总体偏高,最高达到8%以上。
即使在正式热工标定期间,煤粉水分也在3%左右。
据厂方相关技术管理人员介绍这样控制是因为原煤内水分太高,不得已而只好将煤粉磨得很细,以保证煤粉的燃烧速度。
如前分析所述,企业在煤粉制备控制上存在着严重误区,从根本上违背了煤质、水分、细度、热耗之间的内在规律,从而导致了事倍功半、得不偿失的后果,以下逐一说明。
首先对于原煤水分,不论外水和内水都可在110℃以下烘干,故出磨煤粉的含水量最高不应超过1.5%,否则必然增加烧成热耗,同时危害系统的合理热力分布,增加操作调控难度。
从标定实际结果来看出,预热器废气湿含量达到8%,比正常情况约高两个百分点,明显映证了煤粉高含水的不利影响。
故有效提高煤磨热风温度,严格控制出磨煤粉含水量<
1.5%是后一步生产管理工作的一个关键。
第二,煤粉细度控制在80μm筛余3%左右,明显过细。
其直接后果就是煤粉燃烧太快,使窑内火焰过短,高温集中。
由此造成烧成带前移,窑皮不能稳定,易垮落;
窑头罩和三次风管散热增加;
窑头温度过高,导致在窑头罩下方的出窑熟料颗粒高温液相不能淬冷,彼此粘结形成整体料块,堆积成雪人,不利于篦冷机工作,且这些都会增加总体热耗。
10.4窑尾系统工况分析与评价
公司一期工程是由南京水泥工业设计研究院全面负责设计建设的5000t/d水泥熟料生产线,其窑尾预热器和分解炉系统的技术水平和可靠性总体上处于国内先进水平,因而能够保证生产线的实际生产能力较大幅度超过设计指标。
然而全面合理地评价一个系统或设备的先进性除了高产以外,还必须同时兼备优质和低耗节能,公司一期窑尾预热器和分解炉的工作性能是否能够达到上述的综合先进水平,以下依据热工检测计算结果分别进行相应的分析与评价。
(1)预热器系统
公司5000t/d生产线煅烧系统的预热器是由南京院开发的高效低阻型双系列旋风预热器,其设计指标为系统阻力<
5000Pa,预热器C1筒分离效率≥95%,出C1筒废气温度300~330℃。
本次标定检测所得的实际结果为:
窑尾系统阻力平均为5500Pa,出C1筒废气温度平均在330℃左右,而C1筒的分离效率则只有90.9%。
从以上几项指标的对照情况来看除了出预热器废气温度与设计指标接近之外,系统阻力和C1筒分离效率都明显与设计指标存在较大差距,尤其是C1筒的分离效率过低,不仅会引起较大的外循环量,而且对热耗和电耗的控制都十分不利。
另外窑尾系统阻力较大的原因除了熟料产量超过设计能力较多会引起一定的阻力增加外,还有一个方面就是窑尾烟道阻力明显过大,基本都在600Pa以上,最高者达770Pa,与其他同类型生产线相比,该指标将近要高出一倍。
原来认为可能是二次风比例过高所致,但标定结果表明二次风占助燃空气比例只有26.69%,并不过量。
因此窑尾阻力上升的原因可能与其局部结构影响有关,企业应作认真检查,因为长期高阻力对系统电耗的增加将是非常可观的。
本次标定检测还发现该线窑尾系统漏风情况相对也比较严重,全窑系统漏风基本都集中在窑尾系统,漏风量达到29570Nm3/h,明显偏高。
且出C1筒废气成分分析结果中O2含量平均达到2.9%,最高达到3.2%,也说明其漏风较大,势必造成预热器系统的分离效率显著下降。
因此对预热器系统加强密封堵漏工作也是下一步的重要任务。
(2)分解炉
南京院是我国最早引进消化管道式分解炉技术的单位,其通过不断深入研究,优化改进,逐步形成了比较成熟的理念。
即结构上以主炉体加鹅颈管充分扩大炉容为基础,辅之以旋流和喷腾效应等强化气固两相流在炉内的混合,保证物料在炉内有足够的停留时间,使炉内燃烧、传热和分解过程都能充分改善。
从而极大地增强分解炉对于燃料和生料的适应性,对烧成系统效率的提高起到了良好的促进作用。
因而管道炉已成为当前分解炉选型的主要炉型,尤其是对于大型生产线而言则是首选的炉型。
公司熟料线采用的NDT型管道分解炉总有效容积达到了2426m3,标定期间烧成系统熟料产量保持在5800t/d以上,大幅超过设计指标;
炉煤比例达到65.67%;
入窑生料表观分解率在96%~97%之间;
此时分解炉的出口温度始终在880℃左右。
同时从分解炉出口气体成分分析来看,标定期间炉出口O2含量在1.5%~2.4%之间,而CO含量非常低,均在0.15%以内,说明煤粉燃烧比较充分,表现出很强的工作稳定性,充分反映了该分解炉优异的技术性能。
可以认为以公司目前对煤粉制备存在重大误区和系统产量又显著超产的不利条件下,正是通过该分解炉的优异性能保证了系统的总体平稳运行。
10.5熟料冷却机效能分析与评价
公司熟料线所配置的NC42340型熟料冷却机也是南京院开发的第三代空气梁高阻力推动篦式冷却机。
其相关设计参数为:
有效篦床面积133.2m2,单位有效面积产量38~42t/d·
m2;
单位熟料冷却用风量1.9~2.1Nm3/kg·
sh,出机熟料温度为65℃+环境温度;
冷却机热效率72%~75%。
设计配套冷却风机共计19台,额定总风量602472m3/h。
从本次热工标定检测的实际计算结果可知,标定期间冷却机实际鼓入风量为448135Nm3/h;
相应的实
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