新型干法生产线中央控制操作人员理论培训提纲.docx

新型干法生产线中央控制操作人员理论培训提纲1、水泥生产的基本理论：熟料煅烧看火的基本原理，窑速控制与熟料质量；2、新型干法水泥生产线的操作规程，中央控制操作人员技能知识。3、预分解窑与传统回转窑的区别，中控操作原理及各种工艺参数的控制范围，如何做到精细化操作等。4、预分解窑正常窑况的操作与故障处理： (1)新型干法水泥生产线的重点设备：立磨、预分解系统、篦冷机等的工作原理及操作与维护；(2)、如何提高预分解窑产、质量、降低能耗以及采取的相应措施；5、中控操作团队的建设，如何做好信息的及时传递、指挥、协调各工种之间的配合工作等。一、预分解窑与传统回转窑的区别，中控操作原理及各种工艺参数的控制范围，如何做到精细化操作等。预分解窑的特点是在悬浮预热器与回转窑之间增设一个分解炉或利用窑尾上升烟道，原有预热器装设燃料喷入装置，使燃料燃烧的放热过程与生料的碳酸盐分解的吸热过程，在其中以悬浮态或流化态下极其迅速地进行，从而使入窑生料的分解率从悬浮预热窑的30%左右提高到85%95%。这样，不仅可以减轻窑内煅烧带的热负荷，有利于缩小窑的规格及生产大型化，并且可以节约单位建设投资，延长衬料寿命，有利于减少大气污染。预分解窑是在悬浮预热窑基础上发展起来的，是悬浮预热窑发展的更高阶段，是继悬浮预热窑发明后的又一次重大技术创新。1悬浮预热技术 悬浮预热技术是指低温粉状物料均匀分散在高温气流之中，在悬浮状态下进行热交换，使物料得到迅速加热升温的技术。1.1悬浮预热技术的优越性 悬浮预热技术的突破，从根本上改变了物料预热过程的传热状态，将窑内物料堆积态的预热和分解过程，分别移到悬浮预热器和分解炉内在悬浮状态下进行。由于物料悬浮在热气流中，与气流的接触面积大幅度增加，因此传热速度极快，传热效率很高。同时，生料粉与燃料在悬浮态下均匀混合，燃料燃烧产生的热及时传给物料，使之迅速分解。所以，由于传热、传质迅速，大幅度提高了生产效率和热效率。1.2悬浮预热器的构成及功能目前在预分解窑系统中使用的悬浮预热器主要是旋风预热器，构成旋风预热器的热交换单元主要是旋风筒及各级旋风筒之间的连接管道(换热管道)，图6-3。悬浮预热器必须具备使气、固两相能充分分散均布、迅速换热、高效分离三个功能。1.3 旋风预热器是主要的预热设备旋风预热器是由旋风筒和连接管道组成的热交换器。现在一般为五级预热器，也有六级预热器。换热管道是旋风预热器系统中的重要装备，它不但承担着上下两级旋风筒间的连接和气固流的输送任务，同时承担着物料分散、均布、锁风和气、固两相间的换热任务，所以，换热管道除管道本身外还装设有下料管、撒料器、锁风阀等装备，它们同旋风筒一起组合成一个换热单元。一次换热是达不到充分回收废气余热的目的，必需进行多次换热，即预热器要多级串联。旋风筒的作用主要是气固分离，传热只占6%12.5%。气固间的热交换80以上是在入口管道内进行的，热交换方式以对流换热为主。当dp=100µm时换热时间只需0.020.04s，相应换热距离仅0.20.4m。因此，气固之间的换热主要在进口管道内瞬间完成的，即粉料在转向被加速的起始区段内完成换热。最高一级旋风筒的分离效率决定着预热器系统的粉尘排出量，提高它的分离效率是降低外部循环的有效措施，因此一级旋风筒一般为并联的双旋风筒。由于在换热管道中，生料尘粒与热气流之间的温差及相对速度都较大，生料粉被气流吹起悬浮，热交换剧烈，因此从理论计算及实践均证明，生料与气流的热交换主要(约80以上)在连接管道内进行。各种类型的旋风预热器的换热管道风速，一般选用1218m/s。为了使生料能够充分的分散悬浮于管道内的气流中，加速气固之间的传热。必须采取以下措施：(1) 在生料进入每级预热器的上升管道处，管道内应有物料分散装置，一般采用板式撒料器（如图6-4所示）和箱式撒料器。撒料装置的作用在于防止下料管下行物料进入换热管道时的向下冲料，并促使下冲物料冲至下料板后飞溅、分散。装置虽小，但作用极大。(2) 选择生料进入管道的合适方位，使生料逆气流方向进入管道，以提高气固相的相对速度和生料在管道内停留时间。(3) 两级旋风筒之间的管道必须有足够的长度，以保证生料悬浮起来，并在管道内有足够的停留运行距离，充分发挥管道传热的优势。(4) 旋风筒下料管道上设有锁风翻板排灰阀，要求结构合理、轻便灵活不漏风，生料能连续卸出，有料封作用。锁风翻板排灰阀(简称锁风阀)是预热器系统的重要附属设备。它装设于上级旋风筒下料管与下级旋风筒出口的换热管道入料口之间的适当部位。其作用在于保持下料管经常处于密封状态，既保持下料均匀畅通，又能密封物料不能填充的下料管空间，最大限度地防止由于上级旋风筒与下级旋风筒出口换热管道间由于压差容易产生的气流短路、漏风，做到换热管道中的气流及下料管中的物料“气走气路、料走料路”，各行其路。这样，既有利于防止换热管道中的热气流经下料管上窜至上级旋风筒下料口，引起已经收集的物料再次飞扬，降低分离效率；又能防止换热管道中的热气流未经同物料换热，而经由上级旋风筒底部窜入旋风筒内，造成不必要的热损失。2 预分解技术 预分解(或称窑外分解)技术是指将已经过悬浮预热后的水泥生料，在达到分解温度前，进入到分解炉内与进入炉内的燃料混合，在悬浮状态下迅速吸收燃料燃烧热，使生料中的碳酸钙迅速分解成氧化钙的技术。预分解技术发明后，熟料煅烧所需的60%左右的燃料转移到分解炉内，并将其燃烧热迅速应用于碳酸盐分解进程，这样不仅减少了窑内燃烧带的热负荷，并且入窑生料的碳酸盐分解率达到85%95%左右，从而大幅度提高了窑系统的生产效率。2.1 分解炉的作用 分解炉的作用是完成燃料的燃烧、换热和碳酸盐分解。由于生料与燃料在炉内充分分散混合和均布，使得燃料能在炉内迅速完全燃烧，并把燃烧热及时传递给物料，生料中的碳酸盐组分能迅速吸热、分解，放出的二氧化碳能及时排除。所有这些要求，取决于炉内气、固流动方式，即炉内流场的合理组织。 分解炉内气流运动的基本形式有旋涡式、喷腾式、悬浮式及流化床式。在这四种形式的分解炉内，生料及燃料分别依靠“涡旋效应”、“喷腾效应”、“悬浮效应”和“流态化效应”分散于气流中。由于物料之间在炉内流场中产生相对运动，从而达到高度分散、均匀混合和分布、迅速换热、延长物料在炉内的滞留时间，达到提高燃烧效率、换热效率和入窑物料碳酸盐分解率的目的。 新型分解炉大都趋向于采用以上各种效应的“综合效应”，以进一步完善性能、提高效率。其发展主要有以下几个方面。适当扩大炉容，延长气流在炉内的滞留时间。 改进炉的结构，使炉内具有合理的三维流场；力求提高炉内气、固滞留时间比，延长物料在炉内的滞留时间。保证向炉内均匀喂料，并做到物料入炉后，尽快分散、均布。 改进燃烧器形式与结构，合理布置，使燃料入炉后尽快点燃。 下料、下煤点及三次风之间布局的合理匹配，以有利于燃料起火、燃烧和碳酸盐分解。 根据需要，选择分解炉在预分解窑系统的最优部位、布置和流程，有利于分解炉功能的充分发挥，提高全系统功效，降低NOx，SO3等有害成分排放量，确保环保达标。2.2影响分解炉内分解速度的因素 由于炉内分解过程为化学动力学控制过程，因此，影响分解速度的主要因素如下。 分解温度：温度越高，分解越快。 炉气中CO2浓度：浓度越低，分解越快。 料粉的物理、化学性质，结构致密，结晶粗大的石灰石分解速度较慢。 影响分解所需时间的因素还有料粉粒径，粒径越大，时间越长。 生料的悬浮分散程度：悬浮分散性差，相当于加大了颗粒尺寸，改变了分解过程性质，降低了分解速度。分解炉中料粉的分解时间 在一般分解炉中，当分解温度为820900时，料粉分解率为8595，需要分解时间平均为410s，而不是有的人认为的12.5s(气流通过时间)。 影响料粉分解时间的主要因素有分解温度、炉气中CO2浓度、料粉品质、颗粒尺寸及颗粒组成。 表3-2分解温度、CO2浓度、分解率与分解时间的关系分解温度/炉气CO2浓度/%特征粒径30µm完全分解需时/s平均分解率85%的分解时问/s平均分解率达85%的分解时问/s8200102012.720.550.36.311.225.114.022.655.2850010207.910.315.03.95.27.58.711.316.5870010205.66.98.72.83.53.96.17.69.6900010203.74.14.71.22.22.53.94.65.0表中的分解率是指物料实际分解率，而生产中常用表观分解率(包括C3筒内及窑内料粉循环的分解部分)，由于C3中及循环分解的多为细颗粒，它们对颗粒群平均分解率影响不大。 因此，一般生产中对出炉料粉分解率的要求以8595为宜，要求过高，在炉内停留时间就要延长很多，炉的容积就大；分解率越高时，分解速率越慢，吸热越少，容易使物料过热，炉气超温，从而引起结皮、堵塞等故障。而少量粗粒中心未分解的料粉，到回转窑中进一步加热时，它有足够的分解时间，且分解热量不多。如果对分解率要求过低，例如80以下，也是不合适的。因较低的分解率(80)在分解炉内只需特征粒径分解时间的0.4倍左右，是比较容易获得的。而如果分解率低的生料入窑，窑外分解的优越性就得不到充分发挥。2.3分解炉的热工性能 分解炉生产工艺对热工条件的要求如下。 炉内气流温度不宜超过950，以防系统产生结皮、堵塞。 燃烧速度要快，以保证供给碳酸盐分解所需要的大量的热量。保持窑炉系统较高的热效率和生产效率。2.4分解炉内燃料的燃烧 无焰燃烧与辉焰燃烧 当煤粉进入分解炉后，悬游于气流中，经预热、分解、燃烧发出光和热，形成一个个小火星，无数的煤粉颗粒便形成无数的迅速燃烧的小火焰。这些小火焰浮游布满炉内，从整体看，看不见一定轮廓的有形火焰。所以分解炉中煤粉的燃烧并非一般意义的无焰燃烧，而是充满全炉的无数小火焰组成的燃烧反应。有人把分解炉内的燃烧称为辉焰燃烧，这主要指分解炉内将料粉或煤粉均匀分散于高温气流中，使粉料颗粒受热达一定温度后，固体颗粒发出光、热辐射而呈辉焰。但并不能看到有形的火焰而只见满炉发光。分解炉内无焰燃烧的优点是燃料均匀分散，能充分利用燃烧空间，不易形成局部高温。燃烧速度较快，发热能力较强。 由于分解炉内的煤粉为无焰燃烧，不会形成高温集中的“火焰”，因而煤只能靠迅速分散与炉内气流密切接触，得到所需的氧气和着火的温度，才能较好地着火和燃烧。因此煤粉分散性不好或在炉内分布不均是导致煤不能着火或仅部分着火的主要因素。2.5 分解炉内的温度分布煤粉喷燃温度可达15001800左右，分解炉内气流温度之所以能保持在800900之间，主要是因为燃料与物料混合悬浮在一起， 燃料燃烧放出的热量，立即被料粉分解所吸收，当燃烧快，放热快时，分解也快；相反，燃烧慢，分解也慢。所以分解反应抑制了燃烧温度的提高，而将炉内温度限制在略高于CaCO3平衡分解温度2050的范围。图343所示为分解炉内的等温曲线。由图可得以下结论。 分解炉的轴向及平面温度都比较均匀。 炉内纵向温度由下而上逐渐升高，但变化幅度不大。 炉的中心温度较高，边缘温度较低。主要是炉壁散热、中心料粉稀、边缘浓所致。2.6 分解炉内的燃烧速度 分解炉内的燃烧速度，影响着分解炉的发热能力和炉内的温度，从而影响物料的分解率。燃烧速度快，放热多，炉内温度就高，分解速度将加快。反之，分解率将降低。因此加快燃料燃烧的速度，是提高分解炉效能的一个重要问题。 分解炉内的燃烧温度通常在860950，燃烧过程的性质处于低温化学动力学控制范围与高温扩散控制范围的交界，因此，影响这两种过程的影响因素，均对分解炉内的燃烧速度有重要影响。其中影响燃烧速度的化学动力学因素有燃料的种类、性质、温度、压力及反应物浓度等，影响扩散燃烧速度的主要因素有炉气的紊流程度、燃料与气流的相对速度、燃料的分散度等。 为适当加快燃烧速度，控制好炉温，一般应注意下列几个方面。 选择适当的燃料加入点并分成几点加入。 适当控制燃料的雾化粒度或煤粉细度。 选择适当的燃料品种，例如煤粉中含有适当的挥发物，使挥发物与焦炭先后配合燃烧，以达到好的热效应。 选择适当的一次、二次风速以及合适的加料点的位置。 调节燃料加入量以改变燃烧的空气过剩系数。2.7 分解炉的容积热负荷 一些分解炉的容积热负荷见表33。由表可见，各类分解炉的容积热负荷相差较大，它与分解炉中的燃烧速度、气体速度及炉的结构有关。表3-3一些分解炉的容积热负荷炉型KHDMFCSLCILCDDRSP规模/(t/d)35004000910022002000200023004300热耗/(kJ/kg)305633232609.63301.33214322233403170炉容积/m31300590.9/774.11081.7223.3/332.5565.3249.8510/54.5653.8/121.2容积热力强度A/kJ/( m3·h) 205692508446559573774365307357667778414688468621容积热力强度B/'kJ/(m3·h) 388116520047172418211857522.8分解炉内的传热 在分解炉内，由于料粉分散在气流中，燃烧放出的热量在很短时间内被物料吸收，既达到高的分解率，又防止了过热。 2.8.1 分解炉内传热的特点 分解炉内的传热方式主要为对流传热，其次是辐射传热。炉内燃料与料粉悬浮于气流中，燃料燃烧，燃料中的潜热把气体加热至高温，高温气流同时以对流方式传热给物料。由于气固相充分接触，传热速率高。分解炉中燃烧气体的温度在900左右，其辐射放热性能没有回转窑中燃烧带的辐射能力大。然而由于炉气中含有很多固体颗粒，CO2含量也较多，增大了分解炉中气流的辐射传热能力，这种辐射传热对促进全炉温度的均匀极为有利。2.8.2悬浮态传热 分解炉内传热最主要的因素是传热面积大大增加，料粉与气流充分接触，其传热面积即为料粉的比表面积。因此，气流与料粉的温度差很小，使料粉的升温(如750900)瞬间即可完成。也是由于这个原因，燃料放出的大量热量，能迅速地被碳酸盐分解吸收而限制了气体温度的提高。传热(及传质)速率的提高，使生料的碳酸盐分解过程由传热、传质的扩散控制过程转化为分解的化学动力学控制过程。这种极高的悬浮态传热、传质速率与边燃烧放热、边分解吸热共同形成了分解炉的热工特点。2.8.3分解炉内的气体运动 (1)分解炉对气体运动的要求分解炉内的气流具有供氧燃烧、浮送物料及作传热介质的多重作用。为了获得良好的燃烧条件及传热效果，要求分解炉各部位保持一定的风速，以使燃烧稳定；物料悬浮均匀；为使在一定炉体容积内物料滞留时间长些，则要求气流在炉内呈旋流或喷腾状，以延长燃料燃烧及物料分解的时间；为提高传热效率及生产效率又要求气流有适当高的料粉浮送能力，在加热分解同样的物料量时，以减少气体流量，缩小分解炉的容积，并提高热的有效利用率。在满足上述工艺热工要求的条件下，要求分解炉有较小的流体阻力，以降低系统的动力消耗。概括说来，对分解炉气体的运动有如下要求。 适当的速度分布。 适当的回流及紊流。 较大的物料浮送能力。 较小的流体阻力。 (2)分解炉内气体运动速度分布 分解炉要求一定风速的目的如下。 保持炉内有适当的气体流量，以供燃料燃烧所需的氧气，保持分解炉的发热能力。 使喷入炉内的燃料与气流良好混合，使燃烧稳定、完全。 使加入炉中的物料能很快分散，均匀悬浮于气流中，并使气流有较大的浮送物料的能力。 使气流产生回旋运动，使其中的料粉及燃料在炉内滞留一定时间，使燃烧、传热及分解反应达到一定要求。3 回转窑3.1 回转窑的功能 预分解窑系统中回转窑具有五大功能。 1、燃料燃烧功能 2、热交换功能 3、化学反应功能 4、物料输送功能 5、降解利用废弃物功能 由此可见，回转窑具有着多种功能和优良品质。因此在近半个世纪中它一直单独承担着水泥生产过程中的熟料煅烧任务。回转窑也存在着两个很大的缺点和不足：一是作为热交换装置，窑内炽热气流与物料之间主要是“堆积态”换热，换热效率低，从而影响其应有的生产效率的充分发挥和能源消耗的降低；二是熟料煅烧过程所需要的燃料全部从窑热端供给，燃料在窑内煅烧带的高温、富氧条件下燃烧，NOx等有害成分大量形成，造成大气污染。3.2回转窑的发展历程一百多年来，对回转窑的改进主要是从两个方面进行的。一方面是局限于窑本体的改进，例如，对窑直径某部分的扩大、窑长度的变化，或者窑内装设附加换热装置等，以达到改进某些部分换热条件，改变气流速度或延长滞留时间的目的；另一方面，则是将某些熟料形成化学过程移到窑外，以改善换热和化学反应条件。3.3预分解窑工艺带的划分 预分解窑将物料预热移到预热器，物料分解移到分解炉，窑内只进行小部分分解反应、放热反应、烧结反应和熟料冷却。因此，一般将预分解窑分为三个工艺带：过渡带、烧成带(烧结带)及冷却带，从窑尾起至物料温度1280止(也有以1300)为过渡带，主要任务是物料升温及小部分碳酸盐分解和固相反应，物料温度128014501300区间为烧成带；窑头端部为冷却带。6.5.4物料在窑内的工艺反应 1分解反应 一般从4级预热器排出的物料，分解率为8595%、温度820850的细颗粒料粉，当它刚喂入窑内时，还能继续进行分解，但由于重力作用，随即沉积在窑的底部，形成堆积层，随窑的转动料粉又开始运动，但这时即使气流温度(窑尾烟气温度)达1000，料层内部的料温低于900，其分解反应亦将暂时停止。因料层内部颗粒周围被CO2气膜所包裹，气膜又受到上部料层的压力，因而使颗粒周围CO2的压力达到l大气压，料温在其平衡分解温度900以下是难以进行分解的。但处于料层表面的料粉仍能继续分解。 随着时间的推移，料粉颗粒受气流及窑壁的加热。温度从820上升到900时，料层内部再进行分解反应，直到分解反应基本完成。由于窑内总的物料分解量大大减少，因此窑内分解区域的长度比悬浮预热器窑缩短。 2固相反应 当料粉中分解反应基本完成以后，料温逐步提高，进一步发生固相反应。一般初级固相反应于800在分解炉内就已开始。但由于在分解炉内呈悬浮态，各组分间接触不紧密，所以主要的固相反应在进入回转窑并使料温升高后才大量进行，最后生成C2S、C3A及C4AF。 预分解窑中的固相反应与预热器窑相比，任务相对增大了。为促使固相反应较快地进行，除选择活性较大的原料外，保持或提高料粉的细度及均匀性是很重要的。 固相反应的另一个特点是放热，它放出的热量，直接全部用来提高物料温度，使窑内料温较快地升高到烧结温度。3烧结反应 预分解窑的烧结任务比预热器窑相对也增大了一倍。其烧结任务的完成，主要依靠延长烧成带长度及提高平均温度来实现的，而烧成带的延长及平均温度的提高则主要是由于窑内物料分解吸热少，气流向窑传热慢的缘故。 预分解窑内的烧成反应，是整个熟料生产过程的主要关键所在 2CaOSiO2 +3 CaO3 CaOSiO2 为了正确处理生产进程中产量、质量及消耗之间的矛盾，一般控制上述反应的条件为：温度在130014501300之间，液相量一般控制在2030%，反应时间则比一般回转窑缩短，从一般的1520分钟缩短为1015分钟左右。物料在烧成带停留时间的缩短，主要是预分解窑窑速加快的结果，虽然烧结时间缩短，熟料质量仍能保持优良。熟料煅烧进程如图6-10所示, 预分解窑在原来旋风预热窑的基础上，增设了分解炉这个“第二热源”，使耗热量最大的碳酸盐分解过程绝大部分在预热分解系统内完成，入窑生料分解率可达90%以上。4 熟料的冷却4.1 熟料冷却机的功能及发展 目前，熟料冷却机在水泥工业生产过程中，已不再是当初仅仅为了冷却熟料的设备，而在当代预分解窑系统中与旋风筒、换热管道、分解炉、回转窑等密切结合，组成了一个完整的新型水泥熟料煅烧装置体系，成为一个不可缺少的具有多重功能的重要装备。熟料冷却机的功能及其在预分解窑系统中的作用如下：(1)作为一个工艺装备，它承担着对高温熟料的骤冷任务。骤冷可阻止熟料矿物晶体长大，特别是阻止C3S晶体长大，有利于熟料强度及易磨性能的改善；同时，骤冷可使液相凝固成玻璃体，使MgO及C3A大部分固定在玻璃体内，有利于熟料的安定性的改善及抗化学侵蚀性能。 (2)作为热工装备，在对熟料骤冷的同时，承担着对入窑二次风及入炉三次风的加热升温任务。在预分解窑系统中，尽可能地使二、三次风加热到较高温度，不仅可有效地回收熟料中的热量，并且对燃料(特别是中低质燃料)起火预热、提高燃料燃尽率和保持全窑系统有一个优化的热力分布都有着重要作用。 (3)作为热回收装备，它承担着对出窑熟料携出的大量热量的回收任务。一般来说，其回收的热量为12501650kJ/kgcl。这些热量以高温热随二、三次风进入窑、炉之内，有利于降低系统煅烧热耗，以低温热形式回收亦有利于余热发电。否则，这些热量回收率差，必然增大系统燃料用量，同时亦增大系统气流通过量，对于设备优化选型、生产效率和节能降耗都是不利的。 (4)作为熟料输送装备，它承担着对高温熟料的输送任务。对高温熟料进行冷却有利于熟料输送和贮存。4.2熟料冷却机作业原理 熟料冷却机作业原理在于高效、快速地实现熟料与冷却空气之间的气固换热。过去使用的多筒或单筒冷却机，由于冷却空气系由窑尾排风机经过回转窑及冷却机吸入，物料虽由扬板扬起，以增大气固换热面积。但是由于气固相对流动速度小，接触面积亦小，同时逆流换热温差亦小，因此换热效率低。篦式冷却机经过三代技术创新。第一代富勒式推动篦式冷却机为分室通风，薄料层操作，由于物料颗粒离析、布料不匀等原因，冷却空气“短路”、“吹穿”以及“红河”、“雪人”现象经常出现，热效率不高。第二代推动篦式 冷却机，采用多段篦床，优化篦床宽度，均匀布料，加强密封及重点采用厚料层操作等改进措施，“短路”及“红河”现象仍未彻底解决。直至第三代带有空气梁及阻力篦板的控流式篦冷机出现，才比较好地解决了原有问题。第三代篦冷机由于采用“阻力篦板”，相对减小了因熟料料层阻力变化而对熟料冷却的影响；采用“空气梁”，热端篦床实现了每块或每个小区篦板，根据篦上阻力变化调整冷却风量；同时，采用高压风机鼓风，减少冷却空气量，增大气固相对速率及接触面积，从而使换热效率大为提高。此外，由于阻力篦板在结构、材质上的优化设计，提高了使用寿命和运转率。鉴于“阻力篦板”虽然解决了由于熟料料层分布不匀造成的诸多问题，但是由于其阻力大，动力消耗高，因此新一代篦冷机又向“控制流”方向发展。在取消“阻力篦板”后，采用空气梁分块或分小区鼓风，根据篦上料层阻力自动调节冷却风压和风量，实现气固之间的高效、快速换热。同时，由于使用活动篦板推动熟料运动，造成篦板间及有关部位之间的磨损，新一代篦冷机也正在向棒式和悬摆式等固定床方向发展。各种类型新型篦冷机技术的不断创新，不但使换热效率大幅度提高，减少了冷却风量，降低了出篦冷机熟料温度，实现了熟料的骤冷，并且使入窑二次风及入炉三次风温进一步得到提高，优化了预分解窑全系统的生产过程。4.3冷却机性能指标 对于冷却机性能的评价，一般采用下列指标。对其要求是：(1) 热效率(c)高。即从出窑熟料中回收并用于熟料煅烧过程的热量(O收)与出窑熟料带入冷却机的热量(Q出)之比大。各种冷却机热效率一般在40%80%之间。(2) 冷却效率(L)高。即出窑熟料被回收的总热量与出窑熟料带人冷却机的热量之比值大。各种冷却机冷却效率一般在8095%。(3) 空气升温效率(i)高。 即鼓入各室的冷却空气与离开熟料料层空气温度的升高值同该室区熟料平均温度之比值大。本指标为篦冷机评价指标之一，一般i <0.9。(4) 进入冷却机的熟料温度与离开冷却机的入窑二次风及去分解炉的三次风温度之间的差值小。(5)离开冷却机的熟料温度低。此值随不同形式冷却机有较大差异，一般在50300C之间。单筒及多筒冷却机该项温度较高。(6)冷却机及其附属设备电耗低。(7)投资少，电耗低，磨耗小，运转率高等。由于冷却机的热效率与窑系统的热耗有密切关系，为便于对不同冷却机进行评价对比，德国水泥工厂协会(VDZ)提出以窑用空气为1.15kg/kgcl (相当于窑热耗为3135kJ/kg·c1)和18空气温度时冷却机损失的热量为标准冷却机损失。在对不同冷却机的热效率进行比较时，应换算成标准冷却机损失后再进行比较。4.4 篦式冷却机的分类及其发展篦式冷却机属穿流骤冷式气固换热装备，冷却空气以垂直方向穿过熟料料层，使熟料得以冷却。篦冷机根据篦子运动方式可分为震动式、回转式和推动式三种类型。80年代后期研发的第三代控制流篦冷机以及90年代末期研发的第四代固定篦床冷却机都是在第一、二代推动式篦冷机的基础上的创新产品。各种篦冷机有关性能指标见表6-5。表6-5各种篦冷机有关性能指标类型单位篦床面积产量t/ (m2d)单位冷却风量(Nm3/kgc1)热效率(%)第一代福勒型篦冷机25273.44.0< 50第二代厚料层篦冷机32342.73.26570第三代控制流篦冷机40551.72.27075第四代推动棒式篦冷机45551.52.07276 20世纪80年代中期至今。针对第二代篦冷机的不足，德国IKN公司率先进行了研究开发出阻力篦板，接着其他公司亦开发出富有各自特点的阻力篦板，用于第三代篦冷机。 第三代篦冷机的特点： (1)篦冷机入口端采用阻力篦板及充气梁结构篦床和窄宽度布置方式，增加篦板阻力在篦板加料层总阻力中的比例，力求消除预分解窑熟料颗粒变细及分布不均等因素对气流均匀分布的影响。 (2)发挥脉冲高速气流对熟料料层的骤冷作用，以少量冷却风量回收炽热熟料的热量，提高二、三次风温。 (3)由于脉冲供风，使细粒熟料不被高速气流携带，同时由于细粒熟料扰动，增加气料之间换热速度。 (4)高压空气通过空气梁特别是篦冷机热端前数排空气梁向篦板下部供风，增强对熟料均布、冷却和对篦板的冷却作用，消灭“红河”，保护篦板。 (5)设有对一段篦床一、二室各行篦板风量、风压及脉冲供气的自控调节系统，或各块篦板的人工调节阀门，以便根据需要进行调节。同时，一段篦速与篦下压力自动调节，保持料层设定厚度，其他段篦床与一段篦床同步调节。 由于各种第三代篦冷机采用不同形式的阻力篦板，尽管篦板形式有所差异，在一段篦床特别是入料端篦床上布置方式亦不尽相同，但由于基本原理相同，收到“异曲同工”之效。第三代篦冷机不但杜绝了“红河”、“雪人”现象，单位篦床面积产量可高达50t/(m2·d)左右，热效率可达7075%，熟料热耗可降低100kJ/kg·cl左右。 目前，采用第三代篦冷机及从窑门罩抽取炉用三次风，可以认为是它同预分解窑配套的最佳方案。第三代篦冷机对设备材质、制造精度、安装、维护、自控等工作提出了更高的要求，因此设备价格相应提高。6.6.5国产第三代篦冷机 中国天津水泥工业设计院TC型第三代篦冷机是20世纪80年代中期在引进Fuller公司第二代篦冷机设计和制造技术基础上研制开发的，并于90年代推广应用，其结构如图6-11所示。技术特点： (1)采用TC型“充气梁”技术，研发了TC型充气篦板及TC型阻力篦板。 (2)采用厚料层冷却技术，中小型篦冷机设计最大料层厚600650mm，大型篦冷机700800mm。(3)合理配风 关键在于淬冷区和热回收区“充气篦床”配风适当。 (4)全机篦床配置适当 淬冷高温区设置固定充气篦床，高温区设置活动充气篦床，中温区设置固定篦床，低温区设置普通篦床，整机效率高，结构简化，维修方便。(5)锁风良好 设置了全机自动控制和安全监测系统，保证了系统稳定安全运行。 TC型充气篦板采用铸造结构(国外多为组合结构)，以减少加工量并有良好的抗高温变形能力。同时，篦板内部气道和出口具有良好的气动性能，出口冷却气流顺料流方向喷射并向上渗透，气流出口为缝隙式结构，出口气流速度明显高于普通篦板。高阻力可缓解熟料料层阻力变化的影响，气流的高穿透性则有利于料层深层次的气固换热，对红热细料冷却有显著作用。 低漏料阻力篦板既可减少细粒熟料漏料量，又增加篦板通风阻力，缓和不均匀料层阻力对篦床总阻力的影响。目前TC型第三代篦冷机已在10005000t/d生产线上广泛应用，并正进行10000t/d级生产线的配套研发。单位冷却风量在1.92.2 Nm3kgcl，二次风温达1080，三次风温850950，出口熟料温度低于环境温度+65，热端篦板工作温度在80以下，热回收效率一般为7274%。5预分解窑技术的生产控制预分解窑具有窑温高、窑速快、产量高、熟料结粒细小、窑皮长、负荷重、系统工艺结构复杂、自动化程度高等特点，因此预分解窑的操作控制思想应该是：根据预分解窑的工艺特点，装备水平制定相应的操作规程，正确处理预热器、分解炉、回转窑和冷却机之间的关系，稳定热工制度，提高热效率，实现优质、高产、低耗和长期安全运转。从预分解窑生产的客观规律可以看出，均衡稳定运转是预分解窑生产状态良好的重要标志。调节控制的目的就在于使窑系统经常保持最佳的热工制度，实现持续、均衡、稳定地运转。对全窑系统“前后兼顾”，从热力平衡分布规律出发，综合平衡，力求稳定各项技术参数，做到均衡稳定地运转。在现代化水泥企业中，窑系统一般是在中央控制室集中控制、自动调节，并且同生料磨系统联合操作。窑系统各部位装有各种测量、指示、记录、自控仪器仪表，自动调节回路，有的则是用电子计算机监控。指示和可调的工艺参数有几十项，甚至上百项，从各个工艺参数的个别角度观察，这些参数是独立存在，各有作用，但是从窑系统整体观察，各个参数又是按热工制度要求，按比例平衡分布，互相联系。互为因果。因此，实际生产中，只要根据工艺规律要求，抓住关键，监控若干主要参数，便可控制生产，满足要求。5.1预分解窑生产中重点监控的主要工艺参数窑系统由废气处理系统、生料喂料系统、预热器、分解炉、回转窑、冷却机系统和喂煤系统等组成，在生产过程中，通过对气体流量、物料流量、燃料量、温度、压力等工艺过程参数的检测和控制，使它们相互协调，成为一个有机的整体，进而对窑系统进行有效的控制。(1)烧成带物料温度通常用比色高温计测量，作为监控熟料烧成情况的标志之一。由于测量上的困难，往往测出的烧成带物料的温度，仅可作为综合判断的参考。(2)氧化氮(N0x)浓度由于窑内N2几乎不存在消耗，故仅与02浓度及烧成带温度有关，过剩空气系数大，02浓度高及燃烧温度高，N0x生成量则多；在还原气氛中或燃烧温度较低，N0x浓度则下降。此外，N0x的生成同02的混合方式、混合速度亦有关系。窑系统中对N0x的测量，一方面是为了控制其含量，满足环保要求；另一方面，在窑系统生产情况及过剩空气系数大致固定的情况下，窑尾废气中的N0x浓度同烧成带火焰温度有密切关系，烧成带温度高，N0x浓度增加，反之降低，故以N0x浓度作为窑烧成带温度变化的一种控制标志，时间滞后较小，很有参考价值。故可以此连同其他参数，综合判断烧成带情况。(3)窑转动力矩由于煅烧温度较高的熟料，被窑壁带动得较高，因而其转动力矩比煅烧得较差的熟料高，故以此结合比色高温计对烧成带温度的测量结果，废气中N0x浓度等参数，可对烧成带物料煅烧情况进行综合判断。但是，由于窑内掉窑皮以及喂料量变化等原因，亦会影响窑转动力矩的测量值，因此，当转动力矩与比色高温计测量值、N0x浓度值发生逆向变化时，必须充分考虑掉窑皮等物料变化的影响，综合权衡，做出正确判断。(4)窑尾气体温度窑尾气体温度同烧成带煅烧温度一起表征窑内各带热力分布状况，同最上一级旋风筒出口气体温度(或连同分解炉出口气体温度)一起表征预热器(或含分解炉)系统的热力分布状况。同时，适当的窑尾温度对于窑系统物料的均匀加热及防止窑尾烟室、上升烟道及旋风筒因超温而发生粘结堵塞也十分重要。一般可根据需要，控制在9001050之间。(5)分解炉或最低一级旋风筒出口气体温度在预分解窑系统中，分解炉出口或最低一级旋风筒出口气体温度，表征物料在分解炉内预分解状况，一般控制在850880。控制在这个范围，可保证物料在分解炉或预热器系统内预烧状况的稳定，从而使全窑系统热工制度稳定，对防止分解炉及预热器系统的粘结堵塞十分重要。(6)最上一级旋风筒出口气体温度当设有五级预热器时，一般控制在320左右，四级预热器时一般控制在350左右。超温时，需要检查以下几种状况：生料喂料是否中断或减少；某级旋风筒或管道是否堵塞；燃料量与风量是否超过喂料量需要等。查明原因后，做出适当处理。当温度降低时，则应结合系统有无漏风及其他级旋风筒温度状况酌情处理。(7)窑尾、分解炉出口或预热器出口气体成分它们是通过设置在各相应部位的气体成分自动分析装置检测的，指示着窑内、分解炉内或整个系统的燃料燃烧及通风状况。对窑系统燃料燃烧的要求是，既不能使燃料在空气不足的情况下燃烧，而产生一氧化碳；又不能有过多的过剩空气，增大热耗。一般，窑尾烟气中O2含量控制在1.01.5%之间；分解炉出口烟气中O2含量控制在3.0以下。预分解窑系统的通风状况，则是通过预热器主排风机及装在分解炉入口的三次风管上的调节风门闸板进行平衡和调节。在窑系统装设有电收尘器时，对分解炉或最低一级旋风筒出口及预热器出口(或电收尘器入口)的气体中的可燃气体(CO+H2)含量必须严加限制。因为含量过高，不仅表明窑系统燃料的不完全燃烧及热耗增大，更主要的是，在电收尘器内容易引起燃烧和爆炸。因此，当预热器出口或电收尘器入口气体中CO+H2含量超过0.2%时，则发生报警，达到允许极限0.6%时，电收尘器高压电源自动跳闸，以防止爆炸事故，保证生产安全。(8)最上一级及最低一