技术 | 水泥预分解系统结皮的原因及处理措施

引言

近年来，由于“双碳”政策的影响，严控高耗能、高污染“两高”项目，水泥建材等高耗能、高排放项目也积极推进减污降碳的进程，生态环境治理模式由末端治理向源头防治转变。

本项目严格按照国家政策，烧成系统采用高效、低阻的双系列六级悬浮预热器+在线型分解炉+回转窑+第四代篦冷机(中置破碎机)。设计压损≤5000Pa，入窑分解率≥95％，熟料标煤耗≤98kg/t。

1.1 生料情况

生料采用石灰石、低硅土和铜渣进行配料，石灰石成分波动较大，缺少铝质矫正原料，硫含量偏高，三率值较难控制。“飞砂料”较多，容易结皮，熟料较难煅烧。2021年10月生料平均见表1。

表1 生料成分

1.2 原煤情况

煅烧用煤采用烟煤与无烟煤按比例混合而成的混煤，混煤的工业分析见表2。

表2 混煤的工业分析

1.3 预热器设计参数

预分解系统采用双系列高效、低阻的六级悬浮预热器+在线型分解炉，预热器具体设计参数：C1：4-Ф5400mm，C2：2-Ф7300mm，C3：2-Ф7300mm，C4：2-Ф7400mm，C5：2-Ф7500mm。C6：2-Ф7500mm，分解炉本体规格Ф7800mm×39000mm，缩口尺寸2400mm×2400mm。系统投产后，熟料最高产量达到6500t/d，系统阻力≤4500Pa，入窑分解率≥95％。但是系统频繁结皮无法持续高产量运行，熟料标煤耗长期在108kg/t左右。

系统投产以来，在分解炉底部及缩口位置出现了频繁结皮，系统无法保持高位生产。经常用“水炮”进行清堵，浪费大量人力物力的同时容易造成耐火材料的损坏。

2.1 原因分析

原、燃料中的硫、氯、碱等有害成分含量偏多且硫碱比不合理，使有害成分在预分解系统中循环富集，从而造成结皮。氯在650～800℃时急剧挥发，800℃以上时挥发率达100％；硫和碱在650～800℃时挥发率较大，1300℃时挥发率100％。有害成分在预分解系统中高温时挥发、低温时固化积聚，多

次循环后造成循环富集形成结皮。由此可见，控制结皮部位的局部高温是解决结皮问题的关键。

2.2 改造方案

基于上述情况，对预热器进行了两次改造。改造情况如下：

(1)初始设计。预热器的初始设计中，C5旋风筒的下料管分两支下料：一支作为辅助下料，承担了约20％的料量，位于分解炉的中下部①的位置，用以平衡混合煤燃烧后置导致的局部高温，从而避免工况波动导致的结皮、分解率下降等情况；第二支作为主要下料管，承担了约80％的料量，位于三次风管进风口②的位置，用于分解炉三次风、煤、料的匹配煅烧。喷煤嘴位于分解炉底部、三次风管的下方④的位置，两个对称布置。⑤为缩口，尺寸为2400mm×2400mm。

图1 原始设计

烧成系统投运后出现了缩口位置、变径位置、分解炉底部结皮的情况，对此进行了第一次改造。

(2)一次改造。针对分解炉出现结皮的位置，考虑到分料阀的订货安装周期及销售旺季的情况，将预热器C5旋风筒的下料管①调整到了③的位置(变径管的中上部)，承担20％～30％的物料量，用以控制变径管处的温度在800℃以下，避免此处因局部高温产生结皮。喷煤嘴④由分解炉的底部调整到缩口⑤的上方(4个均布)，用于部分消除回转窑内产生的NOx。缩口⑤由原来的2400mm×2400mm调整到2250mm×2250mm。

图2 一次改造

改造后，缩口位置、变径位置、分解炉底部的结皮情况基本消除，系统产量超过5800t/d时分解炉的工况出现波动、分解率略有下降。同时窑尾负压加大、窑内通风不畅。对此进行了第二次改造。

(3)二次改造。根据以上情况及中间过程的一些调整经验，在停窑检修期间采购了三通阀、翻板阀，进行了第二次改造，将预热器C5旋风筒的下料管分成三股，分别为下料管①位于分解炉中下部、下料管②位于三次风管进风口处、下料管③位于变径管的中上部。保持喷煤嘴④在缩口⑤的上方不变。缩口⑤尺寸由2250mm×2250mm调回到2400mm×2400mm。

图3 二次改造

二次改造后，结皮现象消除，熟料产量能稳定在6000～6500t/d范围，分解率≥95％，单位熟料标煤耗100～101kg/t，NOx(不喷氨水)≤650mg/m3，预热器系统运行平稳，得到了业主的认可。

(1)原、燃料中的硫、氯、碱等有害成分含量偏多且硫碱比不合理时，通过预热器的改造降低结皮部位的温度是防止结皮的有效方式；

(2)调整喷煤嘴的位置，改变C5下料管至分解炉的数量及位置，能降低局部高温、产生还原气氛，防止结皮的同时可有效降低NOx；

(3)分解炉结皮是影响系统稳定生产的关键因素之一，消除结皮应根据原、燃料的基本情况综合制定方案，效果也不尽相同，本文列举的案例仅供探讨学习。

作者：王新博，江人杰，许勇

来源：《中信重工工程技术有限责任公司》

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