新型節(jié)能環(huán)保水泥熟料燒成技術(shù)的研發(fā)及應(yīng)用_下_

1、(接上期(2分解爐的環(huán)保效應(yīng)根據(jù)我院對國內(nèi)多臺預(yù)分窯系統(tǒng)的測試表明,現(xiàn)行預(yù)分解窯系統(tǒng)氮氧化物排放值均大于中國的“水泥廠大氣污染排放標(biāo)準(zhǔn)”,為適應(yīng)日益嚴(yán)格的環(huán)保要求,在我院科研項目“低NOx型分解爐的開發(fā)研究”研究成果的基礎(chǔ)上采取措施,以降低預(yù)分解系統(tǒng)的NOx排放。降低NOx的技術(shù)思路是,首先采用與生產(chǎn)兼容的分級技術(shù),以最小的操作成本,盡可能降低NOx。在此基礎(chǔ)上,留有廢氣脫硝的空間,必要時投入相應(yīng)的系統(tǒng),在廢氣中噴氨水進(jìn)一步降低NOx,確保系統(tǒng)NOx<500mg/m3(標(biāo),使總體技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)最優(yōu)化。分解爐出口NOx含量與下列因素有關(guān):入爐氣體中NOx含量;燃料種類、燃料揮發(fā)分含量及燃料N

2、含量;過?？諝饬?分解爐溫度,尤其是初始燃燒溫度。在分解爐錐部還原區(qū)中噴入一定的燃料,由于燃料化學(xué)不完全燃燒繼而產(chǎn)生大量CO,形成還原氣氛,窯尾煙氣中的NOx與CO反應(yīng)形成N2,從而達(dá)到脫NOx的目的,反應(yīng)可簡單表示如下:CO+NON2,CO2(3研究及工程實踐表明,分解爐分級燃燒技術(shù)能降低熟料燒成系統(tǒng)的NOx的排放,以燃料分級對系統(tǒng)的工藝操作影響最小。通過合理確定噴煤量、噴入位置,保證適宜的停留時間及空氣過剩系數(shù),能達(dá)到降低NOx約30%的效果。在分解爐的設(shè)計中,考慮還原區(qū)間氣體停留時間為1.6s,在分解爐錐體增設(shè)兩個脫除NOx的燃燒器,煤粉從窯尾輸送管的四路閥中引出,通過調(diào)節(jié)閥門開度,控制

3、喂煤量。以5500t/d煙煤為例,分解爐總的設(shè)計氣體停留時間為5.8s,還原區(qū)的氣體停留時間為1.6s,氧化區(qū)的氣體停留時間為4.2s,完全能滿足后續(xù)煤粉燃燒及生料分解的需求。通過采取以上措施,本項目所設(shè)計的分解爐完全能滿足煤粉燃燒、生料分解及低NOx的要求。2.3新型大推力的煤粉燃燒器回轉(zhuǎn)窯燃燒器是燒成系統(tǒng)的重要工藝設(shè)備。它不僅影響窯系統(tǒng)的熱耗及操作性能,還對熟料質(zhì)量和有害物質(zhì)排放量產(chǎn)生影響。天津院有限公司通過大量的工程實踐、試驗及數(shù)值模擬研究,推出了新型大推力的煤粉燃燒器,結(jié)構(gòu)為四通道型式,其主要特點如下:無磨損,使用壽命長;燃燒器推力大,可達(dá)1500m/s.%以上,對各種煤質(zhì)的適應(yīng)性好;

4、一次風(fēng)用量少,凈風(fēng)比例較老燃燒器減少3.5% 6.5%。其結(jié)構(gòu)特點如下:(1四風(fēng)道結(jié)構(gòu)。我院的原三風(fēng)道結(jié)構(gòu)+外部冷卻風(fēng)道。(2風(fēng)道由外至內(nèi)為冷卻風(fēng)、軸流風(fēng)、煤風(fēng)、旋流風(fēng)。(3頭部出口面積不可調(diào),風(fēng)速的調(diào)整依靠各風(fēng)道閥門的開度調(diào)節(jié)。(4冷卻風(fēng)出口為環(huán)狀結(jié)構(gòu),設(shè)置攏焰罩,以提高使用性能及冷卻性能。攏焰罩“0”位時長度為25mm,軸向長度可調(diào),有專門的膨脹節(jié)及調(diào)節(jié)絲杠用于攏焰罩長度的調(diào)節(jié)。(5軸流風(fēng)出口為直口圓孔狀結(jié)構(gòu),周向布置,共16個。(6旋流風(fēng)出口的旋向與回轉(zhuǎn)窯轉(zhuǎn)向相同,旋流角新型節(jié)能環(huán)保水泥熟料燒成技術(shù)的研發(fā)及應(yīng)用(下Research and Application of New Energ

5、y-saving andEnvironment-friendly Clinker Sintering Technologies(陶從喜文章編號:1001-6171(201102-0032-05通訊地址:天津水泥工業(yè)設(shè)計研究院有限公司,天津300400;收稿日期:2010-10-20;編輯:呂光50°,周向共24個出風(fēng)口。試驗用新型煤粉燃燒器按2500t/d 規(guī)?？紤],結(jié)構(gòu)型式見圖11,設(shè)計參數(shù)見表10。在試驗室對新型結(jié)構(gòu)的煤粉燃燒器進(jìn)行了不同軸流風(fēng)、旋流風(fēng)、不同冷卻風(fēng)及帶彩焰模擬火焰狀態(tài)下試驗研究,通過試驗不斷對各通道結(jié)構(gòu)型式進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn),得出了燃燒器使用的合理參數(shù),見圖1214。

6、通過試驗得到了設(shè)計風(fēng)速下的各通道的阻力,實際使用中可通過調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速來實現(xiàn)燃燒器的調(diào)節(jié),各通道風(fēng)速的調(diào)節(jié)根據(jù)煤質(zhì)具體情況進(jìn)行。2.4行進(jìn)式穩(wěn)流篦式冷卻機(jī)天津院有限公司新型第四代篦冷機(jī)具有依料床變化自動敏感地恒定冷卻風(fēng)量、無漏料等特點,應(yīng)用了多項專利技術(shù),采用先進(jìn)的Walking floor 行進(jìn)式原理,通過模塊化設(shè)計等一系列優(yōu)化設(shè)計,使冷卻機(jī)真正實現(xiàn)了高效、低故障率。天津院有限公司的TCFC 型第四代行進(jìn)式篦式冷卻機(jī)的技術(shù)方案為:固定端結(jié)合第三代及國外第四代冷卻機(jī)的特點采用恒定流量閥供風(fēng)的鑄造篦板,確保了熟料的淬冷效果,保證了篦板壽命;篦冷機(jī)采用水平行進(jìn)式篦床、標(biāo)準(zhǔn)化模塊設(shè)計,通過液壓驅(qū)動的四

7、聯(lián)桿機(jī)構(gòu)實現(xiàn)篦冷機(jī)的高效穩(wěn)定運行,每塊篦板下設(shè)置衡定流量閥供風(fēng),確保了熟料的冷卻效果。其主要結(jié)構(gòu)特點如下:(1優(yōu)化的固定端(圖15早期開發(fā)設(shè)計的固定端為10塊篦板長度(0.3×10=3m ,斜度為18°,在早期投產(chǎn)的江西圣塔3500t/d 及華潤南寧5000t/d 生產(chǎn)線上發(fā)現(xiàn)該型式的固定端易出現(xiàn)堆“雪人”現(xiàn)象,分析原因可能是篦床過長及角度偏大所致,角度過大致使篦冷機(jī)固定端不易存冷料,出窯紅熱熟料直接接觸篦板粘結(jié)而堆成“雪人”,而且角度偏大使篦下鼓風(fēng)不能大,否則較少的熟料使二次風(fēng)溫偏低,一則熟料冷卻效果差,二則二次風(fēng)溫低,系統(tǒng)熱耗也高,不利于系統(tǒng)的節(jié)能減排。通過對篦冷機(jī)固定

8、端熱態(tài)熟料的分布研究分析,根據(jù)物理學(xué)原理優(yōu)化設(shè)計固定端,使得固定斜坡段熟料分布合理,既保護(hù)篦板不燒壞又保證冷卻效果,從而減少冷卻機(jī)入口堆“雪人”現(xiàn)象,也使得熟料在整個篦床上均勻分布,可提高入口段的熱交換效率。改進(jìn)后的固定端為7塊篦板長度(0.3×7=2.1m ,斜度為12°,圣塔3500t/d 及之后投產(chǎn)的20多條生產(chǎn)線表明,該型式固定端幾乎沒有再發(fā)生堆雪人,二次風(fēng)溫也由之前的900提高到1150。(2水平行進(jìn)式篦床篦床傳動段是水平的,通過四連桿機(jī)構(gòu)組成步進(jìn)式11新型煤粉燃燒器結(jié)構(gòu)型式60016001800風(fēng)量,m 3/h0.50阻力系數(shù)50025003000風(fēng)量,m 3/

9、h阻力系數(shù)圖13旋流通道阻力系數(shù)圖12軸流通道阻力系數(shù)篦床,由液壓驅(qū)動,篦床由數(shù)列組成,每列有前后兩個液壓缸同步驅(qū)動,各列相對獨立。熟料冷卻輸送篦床由若干條平行的熟料槽型輸送單元組合而成,其運行方式(圖16首先由篦床同時統(tǒng)一向熟料輸送方向移動(沖程向前,然后各單元單獨地或交替地進(jìn)行反向移動。所有列一起向前運動,帶動料床向前運動,然后所有列分三次分批間隔后退,由于熟料間摩擦力的作用,前端熟料被卸在出料口。這樣,通過列間的交替往復(fù)運動達(dá)到輸送熟料的目的。每條通道單元的移動速度可以調(diào)節(jié),且單獨通冷風(fēng),保證了熟料的冷卻效果。在設(shè)備運行前篦板面上存留一層冷的不動熟料,以減緩篦板受高溫紅熱熟料的磨蝕。相鄰

10、兩列模塊單元連接處采用迷宮式密封裝置密封,貫穿整個篦冷機(jī)的長度方向,確保相鄰兩列篦板往復(fù)運動過程中免受熟料和篦板間的磨損,且由于篦板的迷宮式設(shè)計,不再需要專門的粉塵清除裝置,熟料不會從輸送通道漏下,不再需要前三代冷卻機(jī)中的灰斗和拉鏈機(jī)等設(shè)備,設(shè)備整體高度大幅度降低,土建成本也隨之減少。(3標(biāo)準(zhǔn)化模塊設(shè)計第四代篦冷機(jī)采用標(biāo)準(zhǔn)化模塊設(shè)計,TCFC冷卻機(jī)由新穎而緊湊的模塊組建而成,通過調(diào)節(jié)篦床模塊的數(shù)量,可以適應(yīng)不同規(guī)模水泥生產(chǎn)線的需求。圖17是四連桿機(jī)構(gòu)模塊。在此模塊的基礎(chǔ)上,不同型號的冷卻機(jī)在制造廠進(jìn)一步集成,形成大的模塊,大大減少了業(yè)主的安裝時間和費用。模塊化柔性結(jié)構(gòu)可節(jié)省設(shè)計和工程設(shè)備安裝時

11、間,提高維護(hù)效率,降低維護(hù)成本,同時也大大方便備品備件的供給。(4四連桿傳動機(jī)構(gòu)根據(jù)機(jī)械動力學(xué)中相應(yīng)原理,四連桿傳動機(jī)構(gòu)上部兩軸承軸心保持不變,與兩軸心鉸接的連桿靈活運動的同時,可以保持上部篦床絕對水平地往復(fù)運動。四連桿傳動機(jī)構(gòu)突破了以往冷卻機(jī)的傳動方式,巧妙通過三角架的旋擺運動產(chǎn)生篦床的往復(fù)直線運動。同時,自動潤滑系統(tǒng)保證每個軸承都能得到很好的潤滑,大大延長了四連桿機(jī)構(gòu)的使用壽命(圖18。這種機(jī)構(gòu)非常適合水平的物料輸送形式,在四連桿傳動機(jī)構(gòu)的滑動軸承上完成循環(huán)往復(fù)運動,密封性能良好。同時由于為各個篦板提供動力的四連桿機(jī)構(gòu)規(guī)格相同,維護(hù)簡單且費用低,在長時間運轉(zhuǎn)后僅需維護(hù)軸承,也易于后期的備品

12、備件的準(zhǔn)備。四連桿傳動機(jī)構(gòu)已獲國家實用新型專利(專利名稱:冷卻設(shè)備篦床的運動支撐裝置,專利號:ZL200720098551.1。(5流量自動控制調(diào)節(jié)裝置流量自動控制調(diào)節(jié)裝置是我公司開發(fā)的具有創(chuàng)新專利權(quán)的系統(tǒng),該系統(tǒng)具有高熱交換率、低電耗的優(yōu)點,更加符合國家提倡的節(jié)能降耗的要求。流量自動控制17模塊化結(jié)構(gòu)圖18四連桿傳動機(jī)構(gòu)改進(jìn)后圖15優(yōu)化改進(jìn)前后的固定端圖16水平行進(jìn)式篦床圖14燃燒器模擬火焰 調(diào)節(jié)閥為純機(jī)械件,可以根據(jù)篦床上料層的厚度自動調(diào)節(jié)閥門的開閉調(diào)大調(diào)小,進(jìn)而達(dá)到自動調(diào)節(jié)供風(fēng)量的功能,提高單位風(fēng)量冷卻效率,減少不必要的損耗。 為了實現(xiàn)篦冷機(jī)篦板流量的自動控制調(diào)節(jié)功能,我們進(jìn)行了大量的理

13、論和實踐研究,開發(fā)出了STAFF 型和TC 型流量自動控制調(diào)節(jié)閥CF 穩(wěn)流閥,尤其是CF 閥的性能通過試驗對比,完全達(dá)到國際先進(jìn)水平,該流量自動控制調(diào)節(jié)閥已獲國家實用新型專利(專利名稱:一種彈力-重力式自動流量調(diào)節(jié)閥,專利號:ZL200820141667.3。3燒成系統(tǒng)運行狀況以上結(jié)合燒成系統(tǒng)節(jié)能降耗的要求對天津院有限公司新型節(jié)能環(huán)保的燒成系統(tǒng)技術(shù)及裝備的研發(fā)方案作了詳細(xì)論述,該技術(shù)及裝備在河北燕趙水泥有限公司5000t/d 生產(chǎn)線上得到了有效運行,燒成主機(jī)配置為:兩檔支撐短回轉(zhuǎn)窯,帶三噴騰型TTF 分解爐的五級預(yù)熱器系統(tǒng);第四代行進(jìn)式穩(wěn)流篦式冷卻機(jī);大推力煤粉燃燒器。河北燕趙水泥有限公司50

14、00t/d 水泥生產(chǎn)國家節(jié)能減排示范線于2008年4月破土動工,5月開始土建施工,7月份開始設(shè)備安裝,2009年4月竣工點火,建設(shè)總工期約1年。目前該示范線已投產(chǎn)運行1年多。天津院有限公司多次對其運行情況進(jìn)行了測試分析,現(xiàn)結(jié)合現(xiàn)場測試情況將該生產(chǎn)線運行情況小結(jié)如下。3.1生產(chǎn)線總體情況表11為點火投產(chǎn)以來生產(chǎn)線運行產(chǎn)質(zhì)量統(tǒng)計,由此可見,該示范線總體運行產(chǎn)質(zhì)量均很好,熟料平均產(chǎn)量達(dá)5728t/d ,熟料電耗基本在55kWh/t 左右,3d 熟料強度在30MPa 以上。熱工標(biāo)定期間熟料產(chǎn)量高達(dá)6210t/d ,大大超過了設(shè)計指標(biāo),燒成熱耗為2948.7kJ/kg 熟料,達(dá)到并優(yōu)于設(shè)計指標(biāo),各項技術(shù)

15、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)均為國際先進(jìn)水平,起到了節(jié)能減排的示范作用。3.2熟料燒成系統(tǒng)由表12可見,在標(biāo)定期間,河北燕趙水泥有限公司5500t/d 生產(chǎn)線窯系統(tǒng)熟料平均產(chǎn)量達(dá)6210t/d ,大大超過了設(shè)計指標(biāo),兩檔窯單位容積產(chǎn)量達(dá)6.34t/m 3·d ,遠(yuǎn)高于三檔窯的單位容積產(chǎn)量;燒成熱耗為2948.7kJ/kg 熟料,達(dá)到并優(yōu)于設(shè)計指標(biāo),燒成電耗為20.34kWh/t ,各項技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)均為國際先進(jìn)水平。表13為生產(chǎn)線燒成系統(tǒng)表面散熱損失與國內(nèi)相近規(guī)模生產(chǎn)線表面散熱損失的比較情況。從中可見,該生(上接第25頁此時的中國水泥工業(yè),北有啟新洋灰公司蓬勃發(fā)展,統(tǒng)治著中國絕大部分水泥市場;南有澳門(和

16、香港青州英坭廠穩(wěn)扎穩(wěn)打,還有廣東士敏土廠在苦苦掙扎,頑強地堅持著。那么,在幅員廣闊的中部地區(qū),在長江流域,也一定會有有識之士,承擔(dān)起開創(chuàng)發(fā)展中國水泥工業(yè)的歷史使命。那么,會是誰在長江南岸、赤壁之旁,豎起中國水泥工業(yè)的大旗呢?請看下集中國水泥工業(yè)史話(3大冶湖北水泥廠。參考文獻(xiàn):1梁啟超,著.李鴻章傳M.海南出版社,1994年版.2侯宜杰,著.袁世凱傳M.百花文藝出版社,2003年版.3唐德剛,著.袁氏當(dāng)國M.廣西師范大學(xué)出版社,2004年版.4周俊旗,著.段祺瑞M.河北教育出版社,2006年版.5李潔,著.文武北洋M.廣西師范大學(xué)出版社,2006年版.6劉秉榮,著.辛亥革命秘史M.群眾出版社,

17、1997年版.7王燕謀,編著.中國水泥發(fā)展史M.中國建材工業(yè)出版社,2005年版.8來新夏,等著.北洋軍閥史M.南開大學(xué)出版社,1999年版.9陳克寬,陳克儉,編著.“洋灰陳”傳略M.上海三聯(lián)書店,2002年版.10扎不棱,著.大清孤兒M.九州出版社,2008年版.產(chǎn)線燒成系統(tǒng)總的表面散熱損失較低,尤其是采用兩檔短窯,回轉(zhuǎn)窯散熱表面積減小,使得其表面散熱損失相應(yīng)減少。河北燕趙水泥有限公司5500t/d 生產(chǎn)線的分解爐采用天津院特色的三噴騰TTF 型分解爐,該爐結(jié)構(gòu)簡單,阻力系數(shù)低,具有三噴騰效應(yīng)和碰頂效應(yīng)、湍流回流作用強、固氣停留時間比大、溫度場及濃度場均勻、物料分散及換熱效果好等特點,有利于

18、煤粉的充分燃燒和生料分解,特別是C4旋風(fēng)筒入爐物料的靈活調(diào)節(jié)可以有效控制分解爐主燃燒區(qū)溫度,三次風(fēng)脫氮風(fēng)管的設(shè)置可以有效降低NOx 的排放,分解爐喂煤采用對稱四點噴入能有效優(yōu)化分解爐的溫度場。該分解爐在6210t/d 高產(chǎn)條件下,能穩(wěn)定入窯物料分解率在90%以上(各級料管物料分解率見表14,運行效果良好,這為回轉(zhuǎn)窯減輕負(fù)荷和提產(chǎn)提供了非常好的基礎(chǔ)。同時,分解爐與C5筒出口溫度不存在“倒掛”現(xiàn)象,分解爐出口基本未測出CO ,表明只要風(fēng)煤配合適當(dāng),分解爐內(nèi)煤粉的完全燃燒是有充分保障的。該示范線分解爐開發(fā)設(shè)計采用三次風(fēng)分級燃燒的措施,目的是降低系統(tǒng)NOx 的排放,燃料分級燃燒和燃燒空氣分級加入在于形

19、成一個低于化學(xué)當(dāng)量燃燒系數(shù)的還原燃燒區(qū)域,在這個區(qū)域里,一方面由于不完全燃燒形成了大量的一氧化碳,可以對已經(jīng)形成的氮氧化物進(jìn)行還原,另外一方面則可以抑制燃料中的氮元素向氮氧化物轉(zhuǎn)化。從現(xiàn)有的技術(shù)資料來看,就還原燃燒區(qū)域的風(fēng)煤配合來看,還原燃燒區(qū)域的空氣過剩系數(shù)在0.70.9之間具有最好的還原效率。我們在現(xiàn)場進(jìn)行了不同三次風(fēng)分風(fēng)狀態(tài)下的NOx脫除率即脫硝率的測試,結(jié)果見表15。采用三次風(fēng)分風(fēng)的方式可實現(xiàn)脫硝率10%以上,最高可達(dá)36%,可見采用分級燃燒測試可有效降低系統(tǒng)NOx 的排放濃度。河北燕趙水泥有限公司5500t/d 生產(chǎn)線的熟料冷卻機(jī)采用天津院的TCFC 型第四代行進(jìn)式穩(wěn)流篦冷機(jī)。測試表明該冷卻機(jī)的總鼓風(fēng)量為1.7728m 3(標(biāo)/kg 熟料,小于第三代篦冷機(jī)的正常用風(fēng)量(1.92.1m 3(標(biāo)/kg 熟料,篦冷機(jī)的熱回收效率為74.07%。4結(jié)語以上結(jié)合燒