1 、前言

　　窯外預分解技術于1971年在日本問世以來，由于經濟效果顯著，特別是產量成倍提高，能耗大幅度下降，引起世界的關注。目前，世界水泥熟料煅燒工藝均采用窯外預分解水泥熟料煅燒工藝。新型干法窯外分解水泥生產技術是當今國際上最先進的水泥生產技術，我國對窯外分解技術的研究始于80年代以后，由于當時對窯外分解技術的研究剛剛起步，受技術水平和設計經驗等因素制約，所以當時建成的一批中小規模的預分解窯生產線，投產后長期不能達產達標，技術經濟指標較差，經濟效益低下。我公司自主開發的“新型干法窯外分解系統（RSF）”技術（包括新型預熱器，分解爐，篦冷機等），利用原燒成系統土建框架結構對落后的預分解窯生產線進行全面技術改造，則可在投資省，停產周期短的前提下大幅度提高產量，節約能源。我公司應用“RSF”技術已經改造完成的預分解窯生產線可使窯產量提高近50%左右，熱耗降低可達20%左右，單位熟料投資約200元/t。東北某地區HS公司一條1000t/d預分解窯生產線于90年代初建成，投產以來生產系統始終處于不正常狀態，產量不能達到設計指標。HS公司委托我公司對其1000t/d預分解窯生產線進行技術改造，我公司應用“RSF”技術對該生產線進行全面的熱工診斷和熱工平衡計算，經過認真分析，找出問題結癥，并提出改造方案。經過改造該生產線產量最高達到1500t/d，平均產量達到1380t/d，系統運轉率高，產品質量改善，生產操作控制更加可靠，經濟效益十分明顯。

　　2、HS公司1000t/d預分解窯生產線改造前設備配套及存在主要問題

　　HS公司1000t/d預分解窯生產線是由我國某建材設計院設計，預分解系統為五級預熱器和RSP分解爐，生產線主要設備及性能參數見表1。我公司應用“RSF”技術對該生產線進行全面的熱工診斷，項目包括：主要設備能力，原料，煤粉及熟料的化學成分，煤粉的工業分析，各部煙氣成分，壓力，溫度，風速以及系統平衡中主要支出熱等。經過分析找出主要問題如下：

　　a) 整個系統漏風偏大；
　　b) 熟料產量始終在800—900t/d之間波動，沒達到設計指標；
　　c) C1筒出口溫度偏高（＞400℃），負壓偏大（5900—6200Pa）； 
　　d) 三次風管風溫偏低，入口溫度在600℃左右；
　　e) C1筒分離效率差，出口飛灰量大。

　　3、HS公司1000t/d預分解窯生產線存在問題的理論分析

　　我們用熱工診斷和熱平衡計算，對HS公司1000t/d預分解窯生產線預分解系統各部位的風速及有關參數進行統計，見表2。認真分析表2的各部位的參數，我們會發現該預分解系統在結構設計上存在一些問題。

　　（1）預熱器C2—C5級旋風筒截面風速低。熱工診斷計算，C2—C5級旋風筒截面風速在5.58—5.6m/s之間。早期設計的旋風筒截面風速均為4—5m/s。旋風筒截面風速低，有利于降低系統阻力，延長氣料停留時間，但風速小氣體攜物料的能力又會減弱，物料不能完全同熱氣體混合換熱，一部分物料沒有充分換熱就降到下一級旋風筒里，影響了物料的分解。現在旋風筒的設計截面風速一般取6—7m/s。

　　（2）旋風筒內筒直徑小。C2——C5級旋風筒內筒直徑與旋風筒有效直徑之比為0.5—0.52。實踐證明：內筒直徑小，系統阻力增大影響旋風筒的分離效率，降低旋風筒阻力的有效措施就是增大內筒直徑，降低內筒插入深度，國外公司設計的旋風筒內筒直徑與旋風筒有效直徑之比現已提高到0.6—0.7。

　　（3）C1級旋風筒入風口風速大，達到24m/s。在一定范圍內提高進風口風速會提高分離效率，但風速過高會引起粉塵二次飛揚加劇，分離效率反而降低。許多實驗表明，在實際生產中進風口風速對壓損的影響遠大于對分離效率的影響，因此，在不明顯影響分離效率和進口不致于產生過多物料塵積的前提下，適當降低進風口風速，可作為有效的降阻措施之一。C1級筒入風口風速達到24m/s，即增大了系統阻力，又降低了收塵效率，引起C1筒出口飛灰嚴重。經驗告訴我們旋風筒入風口風速取17—19m/s為宜。

　　（4）C1級旋風筒內筒高度小，插入深度淺。C1級筒內筒高度與C1級筒進風口高度之比為0.81。從降低系統阻力的角度出發，內筒插入深度淺一些好，但C1 級筒是生料入口處，此處溫度低，生料入C1級筒后易產生飛灰，加上入風口風速高達24m/s，導致C1筒出口飛灰增大，分離效率下降。內筒高度大一些，插入深度深一些，可減少C1級筒出口的飛灰量，提高分離效率。所以C1級筒內筒的高度不能小，在設計上，一般取C1級內筒高度與C1級筒進風口高度之比為1.8左右。

　　（5）出風口風速高，風速達到20.1m/s。出風口風速高，導致旋風筒阻力增大。對于大蝸殼旋風筒，即在相同斷面風速的情況下，其出風口風速低，從而能很好地降低旋風筒的阻力，也為其增大內筒提供可能。一般經驗旋風筒出口風速在13—14m/s范圍。

　　（6）三次風管從篦冷機上殼體上抽取熱風，由于篦冷機冷卻效果不好，熱效率低，故進入三次風管的氣體溫度低，氣體通過三次風管進入SC室，由于氣體溫度低，影響了SC室燃料的燃燒，煤粉在SC室燃燒不充分，SC室溫度低，影響了MC室的生料的分解率。另外三次風管V型布置，在管路最低點易積料，堵料，影響管路的正常通風。

　　（7）分解爐風速低，截面風速為5.85m/s。分解爐截面風速低，其攜料能力減弱，易產生塌料現象，影響分解爐的分解效果。現在新建的各種形式的分解爐都有縮小爐徑，增加爐子高度或延長出風管長度的趨勢，所以在保證爐容的前提下，應適當提高爐內風速。一般RSP分解爐截面風速在6—10m/s范圍。

　　（8）窯頭豎井截面尺寸小（長×寬=2.61m×2.3m），風速過高（9.35m/s），窯頭罩截面尺寸小（長×寬=3.9m×2.3m），風速過高（6.327m/s）。窯頭豎井和窯頭罩截面尺寸大小影響此處氣流的通過能力，風速過高，增加窯頭罩的阻力，影響冷卻機的效率，影響二次風溫，一般經驗窯頭豎井和窯頭罩內的截面風速取3—4m/s為宜。

　　通過上述理論分析得出結論：原HS公司1000t/d預分解窯生產線預分解系統，系統阻力大，分離效果差，物料分解率低，限制了該系統熟料產量的提高。

　　4、技改原則及目標

　　4.1  技改原則

　　結合HS公司的實際情況，通過雙方協商確定技改原則如下：
　　（1） 最大限度利用原有設備和預熱器框架；
　　（2） 最大限度利用現有資源；
　　（3） 最大限度挖掘回轉窯潛力，提高回轉窯產量。

　　4.2   技改目標

　　經過用RSF技術進行熱工標定和理論計算確定技改目標如下：
　　（1） 窯產量1500t/d；
　　（2） 燒成熱耗3344kj/kg-cl。

　　5、技改方案及特點

　　（1）C1級旋風筒直徑擴大。經核算和分析認為C2—C5級旋風筒能滿足改造目標要求，故不進行其改造，為減少預熱器飛灰損失，提高系統分離效率，將C1級旋風筒直徑擴大，由原直徑φ3.1m擴大到直徑φ3.7m。C2—C5級旋風筒截面風速提高到6—7m/s。

　　（2）內筒直徑擴大。經分析原系統內筒直徑小，系統阻力大，改造后C2—C5級旋風筒直徑沒變，而內筒直徑均擴大，這樣有利于降低系統阻力。另外，C1級筒內筒高度也加大一些，這樣可以減輕粉塵的二次飛揚，提高C1級筒的收塵效率。

　　（3）旋風筒的入風口和出風口均有所擴大。原系統的旋風筒入風口和出風口由于風速較高，風口較小，加大了系統的阻力。本次改造在滿足風量通過的條件下，適當降低了風速。另外出風口的加大，也為內筒直徑的擴大提供了條件

　　（4）各級旋風筒下料管直徑擴大。系統改造后，產量大幅度提高，原下料管已不適應，下料管直徑需擴大。下料管直徑可按下列關系式確定：

　　dx=0.00192 
　　式中：dx——下料管直徑，m
　　Msh——物料流量，kg/h

　　在更換下料管的同時，換上了新式的鎖風閥，加強密封，防止漏風。另外改造原撒料裝置，保證系統下料順暢。

　　（5）分解爐進行重點改造。本次改造用RSF分解爐替代原RSP分解爐。拆除原SC室，利用原MC室筒體改為RSF管道式分解爐，爐的直徑不變，在分解爐出風口至C5級旋風筒之間增設鵝頸管。鵝頸管兼備了“第二分解爐”的功能，氣流在這段管道中作活塞流運動，擴大分解區域，延長物料的停留時間，爐出口向下布置的連接風管從結構上降低了窯尾框架的高度。增加鵝頸管后，分解爐的爐容由原188m3變為422m3。有利于氣料的混合，換熱，提高物料分解率。三次風管設在分解爐的底部錐體上部，切向入風，C4級下料點設在三次風管入口處使物料隨同三次風一起入爐。噴煤管由原在SC室上部噴煤改為在三次風管入口處上部噴煤，噴煤點為兩處，對稱布置。分解爐底部縮口略有放大，尺寸由原□0.9m×0.9m改為□1.11m×1.11.m。

　　（6）原三次風管拆除，換上水平布置的三次風管，并在窯頭罩上抽取三次風，三次風溫度提高，三次風管的有效內徑改為φ1577mm并在三次風管上安裝了手動調節閥門，調節風量。

　　（7）窯頭豎井截面尺寸擴大，窯頭罩換上偏心大窯頭罩。這樣使窯頭罩內風速變小，有利于減小阻力，增加氣流通過能力，提高二次風溫。

　　（8）由于系統產量增加，回轉窯傳動功率由原125kw增大到160kw。原窯頭，窯尾密封裝置全部拆除，換上新式的柔性密封裝置，有效改善了回轉窯的密封性能。

　　（9）預熱器后部廢氣處理系統的連接管路的直徑均有所擴大，以便降低系統阻力。

　　（10）增濕塔直徑不變，在高度上增加5.5m，增濕塔容積擴大，延長了煙氣在其內部的停留時間，降低煙氣溫度。

　　（11）在喂料系統中，擴大原下料管直徑，新增加雙板鎖風閥，防止下料產生飛灰。

　　（12）窯，爐喂煤系統改造。由于系統產量的提高，喂煤量增加，回轉窯噴煤管的噴煤量增加，風機更換，風量增大。入爐輸煤管直徑由原φ480mm改為φ214mm，噴煤嘴的直徑由原φ480mm改為φ151mm，兩點噴煤，對稱布置。

　　（13）生料系統不改造。但是由于熟料產量的提高，原生料立磨產量80t/h不能滿足生料的供應量，故建議將生料的細度放粗，生料產量提高到100t/h。同時要求立磨熱風爐必須啟用，以保證烘干物料所用的熱風量。

　　（14）原篦冷機是屬于第二代產品，缺陷較多，不能滿足系統改造后的需要，故用充氣梁技術進行改造。將原篦床前13排篦板梁改造為充氣梁，采用充氣梁篦板和高阻力低漏料篦板，增加風機數量，在篦床兩側供風，依據下料規律的變化，調節風機風量。改造后的篦冷機冷卻效果明顯改善，二，三次風溫提高，完全適應系統改造后產量的變化。

　　6、結論

　　經過改造HS公司的原1000t/d生產線發生明顯變化，熟料產量達到1500t/d，燒成系統熱耗達到設計指標。改造后系統主要設備及參數見表3。實踐證明：用RSF技術改造落后的預分解窯生產線是非常成功的。  

改造前HS公司1000t/d預分解窯生產線主機設備及參數 

熱工平衡計算預分解系統各部風速及參數統計