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高海拔地區(qū)4000 t/d生產(chǎn)線燒成系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
2016-10-31

高海拔地區(qū)4000 t/d生產(chǎn)線燒成系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

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4000t/d熟料預(yù)分解窯水泥生產(chǎn)線位于青海省格爾木市以西、109國(guó)道K2796km處,距格爾木市區(qū)約50km,緊臨青藏公路(109國(guó)道)和青藏鐵路,地處青藏高原,場(chǎng)地海拔高度3315 m。該生產(chǎn)線日產(chǎn)硅酸鹽水泥熟料4000t,年產(chǎn)P·O 52.5級(jí)普通水泥、P·O42.5級(jí)普通水泥和P·C32.5級(jí)復(fù)合水泥共計(jì)165.78萬t,采用當(dāng)?shù)氐膬?yōu)質(zhì)煙煤作為熟料燒成燃料。生產(chǎn)線于2012年11月投產(chǎn)后,系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定,平均日產(chǎn)熟料4200t,最高4800 t,達(dá)到和超過了設(shè)計(jì)能力。現(xiàn)將該項(xiàng)目燒成系統(tǒng)設(shè)計(jì)的成功經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行總結(jié),以資借鑒。
  1 設(shè)計(jì)條件
  1.1 原燃料
  該項(xiàng)目采用石灰石、板巖、粉煤灰和鐵粉四組分原料配料,它們的品質(zhì)指標(biāo)符合預(yù)分解窯熟料生產(chǎn)的控制要求。
 
 
擬建廠區(qū)地形較平坦,占地面積約20公頃,場(chǎng)地海拔高度3 315 m,場(chǎng)地高差約10 m。年平均氣溫4.3 ℃(最高35.0 ℃,最低-33.6 ℃),年平均相對(duì)濕度33%,年平均降雨量40.2 mm,平均風(fēng)速3.1 m/s(最大風(fēng)速40 m/s)。
  根據(jù)該項(xiàng)目的海拔高度(3 315 m)計(jì)算出的大氣參數(shù)如下:大氣壓力505×0.133 3 kPa(為0海拔大氣壓力的66.45%),空氣重度0.93 kg/m3,大氣溫度-1.55 ℃,氧氣的絕對(duì)量約為0海拔的74.81%左右。
  海拔高度升高、空氣氣壓降低,空氣變得稀薄,相同體積下的空氣質(zhì)量降低,氧含量也就隨之減少。氧氣的絕對(duì)量變小,由此導(dǎo)致了相對(duì)缺氧。這些氣候特性對(duì)該項(xiàng)目的熱力設(shè)備系統(tǒng)、氣力輸送系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、風(fēng)機(jī)、電動(dòng)機(jī)、電氣柜等設(shè)計(jì)選型時(shí)均會(huì)產(chǎn)生較大的影響??紤]不周就會(huì)影響設(shè)備能力的發(fā)揮,不能達(dá)標(biāo)、達(dá)產(chǎn);考慮過多又會(huì)增加項(xiàng)目的建設(shè)投資,降低企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。
  1.3 熟料生產(chǎn)能力
  熟料平均產(chǎn)量:設(shè)計(jì)保證值4 000 t/d。
 2 高海拔對(duì)燒成系統(tǒng)設(shè)計(jì)的影響
  高海拔地區(qū)空氣稀薄、高寒缺氧,對(duì)燒成系統(tǒng)的影響可以體現(xiàn)在燒成系統(tǒng)的各個(gè)方面,在設(shè)計(jì)中必須考慮大氣壓力對(duì)燒成系統(tǒng)的綜合影響。
  2.1 高海拔對(duì)碳酸鹽分解反應(yīng)的影響
  根據(jù)該項(xiàng)目所處的海拔高度,經(jīng)計(jì)算:碳酸鹽分解溫度為870 ℃,分解熱為380.3×4.18 kJ/kg,與標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下的相應(yīng)參數(shù)相比,分解溫度降低29 ℃左右,同時(shí)分解熱的提高很少,可忽略不計(jì)。這對(duì)于燒成系統(tǒng),尤其是預(yù)熱預(yù)分解系統(tǒng)的工藝設(shè)計(jì)和設(shè)備選型來說,應(yīng)當(dāng)引起注意。
  2.2 高海拔對(duì)回轉(zhuǎn)窯的影響
  (1)對(duì)窯內(nèi)風(fēng)速的影響:高海拔地區(qū)大氣密度小,相應(yīng)的單位體積中氧含量也減少,為滿足窯內(nèi)煅燒的需要,所用的工況空氣量比低海拔地區(qū)的量大,廢氣量也增加,窯尾飛灰有所增多。飛灰增多對(duì)窯內(nèi)的對(duì)流傳熱有利,但對(duì)回轉(zhuǎn)窯后續(xù)設(shè)備的運(yùn)行有影響。
  (2)對(duì)窯內(nèi)傳熱的影響:該項(xiàng)目CO2分壓P
  CO2和水蒸氣分壓PH2O絕對(duì)值在高海拔地區(qū)有一定程度的降低,故其黑度及輻射傳熱能力分別以0.333和0.8次方減少,結(jié)合兩者在廢氣中的體積含量,就能得到窯內(nèi)CO2和水蒸氣的輻射傳熱情況。同時(shí),由于窯內(nèi)含有大量的懸浮粉塵,這部分組分的傳熱能力并沒有受到高海拔因素的太大影響。
  當(dāng)窯氣在質(zhì)量、流量不變的情況下,空氣稀薄使窯內(nèi)傳熱效果較低海拔地區(qū)差。同時(shí),溫度對(duì)輻射傳熱強(qiáng)度的影響比CO2分壓和水蒸氣分壓更為顯著,所以選擇性能優(yōu)良的燃燒器和高效篦冷機(jī)對(duì)于高海拔地區(qū)煤粉的燃燒至關(guān)重要,適當(dāng)提高火焰燃燒溫度能有效改善窯內(nèi)的輻射傳熱能力。
  (3)對(duì)窯內(nèi)煤粉火焰燃燒的影響:在高海拔地區(qū),由于空氣稀薄、缺氧,會(huì)降低窯內(nèi)煤粉燃燒的反應(yīng)速率和燃燒溫度。燃燒溫度的降低對(duì)燃燒速度產(chǎn)生很大的影響,因此必須強(qiáng)化燃燒強(qiáng)度來提高燃燒溫度。在設(shè)計(jì)中,可以采取如下措施:一是采用性能先進(jìn)的燃燒器和高壓風(fēng)機(jī),使燃燒器噴出的氣流有足夠大的動(dòng)能;二是采用先進(jìn)的篦冷機(jī),盡可能提高助燃空氣的溫度,改善煤粉的燃燒環(huán)境。
  因此,該項(xiàng)目采用高效大推力燃燒器和第四代S型高效篦冷機(jī)等設(shè)備,同時(shí)提高煤粉細(xì)度,能有效改善窯內(nèi)的燃燒溫度和燃燒速率,并確保入窯二次風(fēng)溫度,從而有效提高窯內(nèi)的燒成溫度。
2.3 高海拔對(duì)分解爐的影響
  高海拔對(duì)爐內(nèi)的對(duì)流傳熱和輻射傳熱都是有影響的。因此,針對(duì)該項(xiàng)目的需要,在分解爐的設(shè)計(jì)中,重點(diǎn)考慮了滿足爐內(nèi)煤粉的完全燃燒,即要求分解爐內(nèi)有較高的燃燒溫度和較強(qiáng)的燃燒強(qiáng)度,保證有足夠的三次風(fēng)量。在分解爐的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上,考慮彌補(bǔ)空氣稀薄對(duì)爐內(nèi)煤粉燃燒速度和燃燒溫度的影響,要求形成良好的噴—旋結(jié)合的流場(chǎng),以保證爐內(nèi)有足夠的煤粉燃燒時(shí)間和物料停留時(shí)間。
  2.4 高海拔對(duì)預(yù)熱器的影響
  該項(xiàng)目設(shè)計(jì)的旋風(fēng)筒連接風(fēng)管,已能滿足所需的熱交換時(shí)間,所以從傳熱的角度考慮,如高海拔地區(qū)系統(tǒng)內(nèi)的工況風(fēng)速能較低海拔地區(qū)適當(dāng)提高,將不會(huì)影響系統(tǒng)的傳熱效果,適當(dāng)高的風(fēng)速也可避免設(shè)備規(guī)格過大增加。
  但是高海拔會(huì)引起整個(gè)燒成系統(tǒng)工況風(fēng)量有較大幅度的增加,從而導(dǎo)致系統(tǒng)內(nèi)的工況料粉濃度有較大幅度的減少。在一定的料粉濃度范圍內(nèi),旋風(fēng)筒的分離效率會(huì)隨著系統(tǒng)內(nèi)的工況料粉濃度降低而降低,所以從料粉濃度的角度來看,高海拔旋風(fēng)筒的分離效率有一定幅度的減少,這一點(diǎn)在設(shè)計(jì)過程中已適度進(jìn)行了考慮。
  2.5 高海拔對(duì)篦冷機(jī)的影響
  在高海拔地區(qū),篦式冷卻機(jī)工作氣壓下降,氣體體積增加。在該項(xiàng)目設(shè)計(jì)時(shí),我們適當(dāng)加大篦冷機(jī)規(guī)格,保持氣流通過篦床的流體阻力不變。
  在設(shè)計(jì)時(shí),如維持篦冷機(jī)規(guī)格與低海拔時(shí)不變,這時(shí)需保持通過單位篦板面積的空氣質(zhì)量、流量不變,氣體流速和密度將隨氣壓的下降而下降。同時(shí),考慮到氣體流量的增加量,篦冷機(jī)下風(fēng)機(jī)的功率增幅較大。綜合考慮,對(duì)于高海拔地區(qū),篦冷機(jī)的設(shè)計(jì)應(yīng)適當(dāng)加大規(guī)格較為合適。
  如前文所述,通過高海拔校正,該項(xiàng)目燒成系統(tǒng)熱耗比平原地區(qū)增加15%左右,海拔系統(tǒng)產(chǎn)量修正系數(shù)約為0.73。依據(jù)這些分析的設(shè)計(jì)既滿足生產(chǎn)要求,又有合理的經(jīng)濟(jì)性。
 3 燒成系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和設(shè)備配置
  根據(jù)該項(xiàng)目的建設(shè)規(guī)模和地處高海拔地區(qū)這一特殊情況,熟料燒成系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用了一套改進(jìn)型雙列五級(jí)CDC二代預(yù)熱預(yù)分解系統(tǒng)、Φ4.8 m×72 m回轉(zhuǎn)窯和第四代S型篦式冷卻機(jī)等設(shè)備組成的窯外分解煅燒系統(tǒng),日產(chǎn)熟料4 000 t,熟料燒成熱耗3 554.36 kJ/kg(850 kcal/kg)。本配置在平原地區(qū)其熟料生產(chǎn)能力可達(dá)到5 500 t/d左右。系統(tǒng)主要設(shè)備配置見表1。

4 燒成系統(tǒng)的操作控制參數(shù)
  項(xiàng)目投產(chǎn)后,燒成系統(tǒng)的主要操作及控制參數(shù)見表2。

從熟料燒成系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)看,產(chǎn)量能穩(wěn)定在4 200 t/d。
 5 結(jié)束語
  生產(chǎn)運(yùn)行情況表明,該項(xiàng)目熟料燒成系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是成功的,適應(yīng)了高海拔的特殊氣候條件,達(dá)標(biāo)時(shí)間短,技術(shù)指標(biāo)較為先進(jìn),取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。為了最大地發(fā)揮系統(tǒng)潛能,建議業(yè)主在適當(dāng)時(shí)機(jī)增設(shè)窯頭膜法富氧助燃節(jié)能裝置,可將當(dāng)?shù)氐目諝夂趿坑?5.65%增加到21%左右(達(dá)到0海拔的含氧量水平),進(jìn)行窯頭燃燒器的增氧助燃,以彌補(bǔ)高海拔地區(qū)氧氣含量不足,解決煤粉燃燒不完全的問題,可進(jìn)一步提高熟料產(chǎn)量。當(dāng)然,增氧方式值得認(rèn)真論證,不可盲目照搬其他工業(yè)的成功經(jīng)驗(yàn)。
來源:成都建筑材料工業(yè)設(shè)計(jì)研究院有限公司 
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