HCF5-3800预热分解系统的优化设计及应用

张惠平



HCF5-3800预热分解系统的优化设计及应用

张惠平

（合肥水泥研究设计院 安徽合肥 230051）

1. 概述

上世纪七十年代末海螺集团宁国水泥厂等企业引进4000t/d预分解系统设备，八十年代中期第一台国产2000t/d预分解系统设备诞生，九十年代至今，国产化2000-10000t/d预分解系统设备已经相当成熟，且达到了国际先进水平。我院在国内最早开始预热预分解技术研究，经过十数年的努力，系统开发设计人员经过认真分析对比，在自我开发的基础上，吸取业内成熟可靠的先进技术，确定了我院HCF5-3800型5级单系列在线喷旋悬浮预热分解系统，该系统在新技术、新结构方面有了新的突破，成功地为我院在这一领域的技术创新进步做出贡献。

2. 系统主要设计参数

系统生产能力：≥3800~4000t/d 系统阻力：≤5000~5500Pa

烧成标煤耗：≤108kg标煤/t熟料 入窑生料分解率：90~95%

C1筒出口温度：290~320℃ 系统设备重量：~465吨

塔架尺寸：16200×17800×82000

该系统主要由旋风筒、上升风管、下料管、塔架内三次风管、HCF分解炉及烟室等部分组成。

3. 系统主要设计目标

3.1提高系统热效率，合理匹配各级旋风筒的分离效率与阻力

根据国内外文献资料及同类型厂的生产实践，对旋风筒的断面风速、进风口的长宽比和形状及切入方式、进口风速、内筒尺寸、出口风速、高径比等对分离效率、阻力有影响的因素，进行分析确定。

⑴降低C1筒出口气体含尘浓度和温度。

C1筒的分离效率是最高的，它直接影响废气含尘浓度，精心设计上升管道中进料位置和撒料装置，使物料不发生短路，有充分地换热时间和空间，降低旋风筒出口气体温度。

⑵提高C5筒的气固分离效率

入C5筒的物料是已经分解的高温粉料，为减少再循环及堵塞，应十分重视C5筒的分离效率。

旋风筒的分离效率是决定热效率的基本因素，各级筒分离效率对系统热效率影响不同，C1、 C5影响最为显著，系统分离效率匹配原则为：η1＞η5＞η2＞η3＞η4。

分离效率和阻力是矛盾的两个方面，C1、 C5分离效率要求高，阻力就高些，系统阻力配置为：P1＞P5＞P2＞P3＞P4。

3.2提高HCF分解炉的入窑物料分解率

HCF分解炉为燃烧提供足够的时间和空间，采取了喷旋结合及悬浮，使物料和燃料充分混合均匀，达到充分分解。

增加炉容以降低气体速度和物料运行速度，在保证炉内合理正常浓度场的情况下,延长物料的运行路径，即采取多次喷腾并适当地引入旋流，改变物料与气体的相对运行速度，增加固气停留时间比，延长物料的停留时间。

3.3采用分级燃烧技术，降低NOx排放量

利用助燃空气的分级加入，第一燃烧区空气过剩系数<1，造成不完全燃烧，产生CO还原部分窑内生产的NOx，有效降低分解炉内燃料燃烧过程中NOx的生成。

采用低NOx燃烧器（LNB）、空气分级燃烧（Air-Staging）及选择性非催化还原技术（SNCR），NOx总减排量可以大于60%。

4.系统优化设计

⑴工艺布置

改变C5筒与回转窑一线传统布置方式及分解炉进料、进风、进煤位置固定模式，分解炉上升管道布置在塔内，各级筒布局紧凑，塔架结构受力合理，节省土建投资。

⑵旋风筒

C1筒采用高效气固分离的双筒直锥结构，C2筒采用短柱体低压损直锥结构，C3 C4筒采用短柱体低压损偏锥结构，C5筒采用气固分离效率相对较高的下进风偏锥结构。

⑶蜗壳

C1筒采用4R，C2- C5筒采用3R阿基米德270度等角变高大包角形式蜗壳。

⑷内筒

C2- C5筒采用新型大片及小片组合拼装悬挂式，易更换，材质有所不同，减少重量和漏风。

⑸锥体

C3- C5筒锥体设置了上下二层桶料孔、测压管及空气炮，以便于防堵清堵，其下部有新型下料盒，内置弧型撒料台。

⑹分管

旋风筒与出口风管采用预提拉简易膨胀节，进口风管采用无平段结构。

⑺卸料阀

采用外置轴承支撑的卸料阀，阀板轴支撑在轴承外圈上，不会产生抱轴现象，同时因制造、安装、轴承进灰和温度等影响阀板灵活性的现象大为减少，阀板翻动灵活，漏风小。

⑻膨胀节

各级筒上升管不设膨胀节，下料管的膨胀节内筒及波纹管特殊处理，不暴露在高温料流中。

⑼烟室

采用风冷、分片、空心耐热铸钢喂料托板。

⑽三次风管

三次风管割向进炉底锥部，三次风管支撑于窑墩面，节省空间和投资。

⑾HCF分解炉

HCF型分解炉采用微旋双喷腾悬浮原理，拥有足够的炉容和上升管道，在炉内有4.5s的停留时间，在上升管道有2.5s的停留时间，使燃料有充分的时间燃烧，物料与燃料充分混合。

5.应用实例

福建省泉州美岭水泥有限公司3800t/d熟料新型干法生产线于2011年9月18日破土动工，2012年3月1日全面进入安装。预热器及分解炉分为现场制作和车间制造两部分，预热器分解炉精加工件由定点厂生产，确保了产品质量符合设计要求。2012年10月21日顺利建成并实现投料试生产，经过十余天的调试、试生产，该生产线于2012年11月1日至4日通过3天达标考核，平均日产熟料3975吨，平均fCaO=1.4，达到并超过了设计指标，生产运行过程中预分解系统设备未出现任何异常，未见预热器堵塞的征兆。最近几年生产数据见表1～4。

投产后生产数据 表1

年份系统生产能力t/d年运行时间年生产能力万t/y烧成标煤耗kg标煤/t熟料熟料电耗kwh/吨熟料进厂原料到熟料电耗kwh/吨熟料 201336856293.7966315109.0027.0054.99 201438386816.31089975108.0026.6556.22 201539406455.21059764107.5026.4454.53 201639056342.81032156107.6027.3955.46

注：电耗为未扣除余热发电的发电量。

入窑煤粉平均工业分析 表2

成份Mad(%)Aad(%)Cad(%)Vad(%)Qnet.ad（kJ/kg） 比例0.9724.3771.633.0424702

平均生、熟料化学成分 表3

LOSSSiO2Al2O3Fe2O3CaOMgOf CaO 入窑生料35.4513.983.122.2244.781.2-- 熟料0.5022.264.763.5565.931.511.21

平均生、熟料率值及矿物组成 表4

KHnPC3SC2SC3AC4AF 生料1.002.611.42-------- 熟料0.912.681.3457.3020.596.5810.79

6.结束语

通过上述的优化设计和实际应用，该预热分解系统的技术指标、设备重量、塔架尺寸等达到国内及国际先进水平。

[1]预热预分解系统设备的设计作者熊会思新世纪水泥导报 2004年03期

TQ172

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1007-6344（2017）03-0007-01