分解炉的温度控制

关键字: 分解炉-预分解窑-旋风筒摘 要: 1.分解炉温度与燃料燃烧 2.分解炉温度与燃料燃烧比例 及三次风温 3.分解炉温度与末级旋风筒温度及物料、燃料情况分解炉有多种形式，其结构性能虽有差异，但是要起的作用 是相同的：要使燃料燃烧的放热过程与生料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,使入窑生料碳酸盐分解 率提高,从而减轻窑的热负荷,提高窑的运转周期,提高产质量.而分解 炉的温度控制对整个预分解窑系统的热力分布,热工制度的稳定至关 重要.为此,对分解炉温度控制的有关几个问题进行讨论.1. 分解炉温度与燃料燃烧:分解炉的温度取决于燃料燃烧过程的放热速率与生料分解 过程的吸热速率.当燃料燃烧放热速率慢,生料分解在接近平衡的条 件下进行,分解炉的温度于 860-920 度范围,燃料燃烧放出的热量 就会迅速传递给生料,并被分解反应吸收.但是,当燃料燃烧速率大于 生料分解过程的吸热速率,燃料燃烧的热量大于生料分解所需的吸热 量,此时分解炉的温度就会超过平衡温度范围.从燃料燃烧的角度来看,分解炉内燃料的燃烧与回转窑内的燃 料燃烧有许多不同之处.回转窑内燃料燃烧温度比分解炉内高的多, 回转窑内燃料燃烧明显是受扩散控制的,而分解炉内燃料燃烧则有所 不同.由于分解炉温度远低于回转窑内燃料燃烧温度,故煤在分解炉 内的燃烧时间受煤种类的影响比回转窑内的影响大的多 .如广东云浮 水泥厂FCB分解炉容积偏小，结构上亦存在一些问题.当使用低挥发 分、高灰分的低热值煤时，还原气氛十分严重，迅速导致结皮堵 塞；而采用高挥发分，低灰分的高热值煤时情况则有所改善。煤粉 细度对于回转窑的燃烧是相当敏感的，因为其是受扩散控制的，即 受边界层扩散时输送速率的控制；而煤粉细度对分解炉内燃烧的影 响就没有在回转窑内那麽敏感了。问题还要回到分解炉温度与燃料燃烧的关系上来。由于回转 窑内燃料燃烧是受扩散控制的，增减 10-20度对于燃料的燃烧影 响是甚微的。但在分解炉内则明显不同。如有的分解炉容积偏 小，煤粉燃尽时间不足，以至还原气氛重，而降低分解炉的温度， 减少分解炉的用煤量，以图改变煤粉燃烧不完全、还原气氛的问 题，但往往是事与愿违。因在不减产量的情况下，分解炉用煤减 少，分解炉温度会降低，煤的燃烧速度随温度降低而迅速下降，煤 粉始终燃烧不完全。适当增大分解炉的容积已成为一个发展动向。 在分解炉偏小媒质差的情况下，可适当降产量，而不宜降低分解炉 的温度。2. 分解炉温度与燃料用量比例及三次风温： 分解炉与窑头燃料用量的比例对整个预分解窑系统的热力分布 有着重要影响,而分解炉的燃料用量又与分解炉温度控制有关.以珠 江水泥厂SLC窑为例，对此问题进行讨论.下表是珠江水泥厂SLC窑在双列运转，熟料产量为3840- 4160t/d,在一段期间内，分解炉喂煤量所占的比例、分解炉出口温度 B55T1、炉列出口废气温度B50T1、窑列出口废气温度A50T1、 三次风温B56T1、废气CO含量及煤耗的统计参数。分解炉燃料用量比例与其他热工参数的关系：分解炉燃料用量比例%60.3 61.5 63.1 64.8 66.0热耗kj/kg 熟料 3265 3190 3325 3410 3590A50T1度 346 338 340 338 333B50T1度 317 298 328 329 350B55T1度 880 880 873 863 843B56T1度 793 780 767 767 759CO 含量% 0.07 0.06 0.06 0.07 0.09从表中可见，该预分解窑在一定的范围内，分解炉的燃料用量 比例存在着一个最佳值。在该条件下，最佳值为 61.5%,此时其热 耗最低.大于或少于此值,热耗都增加.也就是说,在一定产量范围内的 某窑,分解炉喂煤量既不是越高越好也不是越低越好.分解炉喂煤的 比例与热耗的关系不是线性的,而是非线性的.有的统计得出两者的 关系是线性的结论,认为窑头喂煤越多越好或分解炉喂煤越多越好, 实际上是最佳值的某一侧,从而产生分解炉用燃料比例与热耗关系是 线性关系的错觉而已.为何对于某特定的预分解其燃料用量比例存在一个最佳范围, 高于或低于此最佳范围热耗会增加?尽管对于不同的预分解窑相应 的最佳是不同的,但都应有类似的关联.当分解炉喂煤量比例增大,既窑头喂煤量减少.从表中可知,尽管 窑列废气温度 A50T1 有所降低,但炉列废气温度 B50T1 都明显增高, 炉列的废气量比窑列的废气量大,即总的废气带走的热损失是增加的. 另外,分解炉加过多的煤,使废气中 CO 含量增加.反之,当分解炉喂煤 量比例过低,同样也会使热耗增加.窑头烧过多的煤,窑列废气温度 A50T1 明显上升,废气中 CO 含量亦会增加,导致热耗增加.而且这样 做还会影响回转窑耐火材料的寿命,影响运转的时间.虽然许多预分解窑并非是双系列的,但其本质是相同的.在一定 的产量范围内,分解炉与窑头燃料用量比例都存在一个最佳的范围, 在此范围内就可为预分解窑的合理热力分布提供好的基础.分解炉燃 料用量比例过高或过低都是不利的.分解炉的燃料用量比例与分解炉温度控制又有何关联呢?具体 对于珠江水泥厂 SLC 窑分解炉来说,是分解炉出口温度 B55T1 与其 喂煤量比例的关联.在该处设置了一个 PID 调节器,根据设定的温度 由 PID 调节器自动增减燃料用量.自动模拟 PID 调节器有三种作用: P作用proportio nal:比例作用，调节器的修正动作与偏差成比例. I作用INTEGRAL:积分作用，调节器的修正动作随偏差存在时间的延长而增大.D作用Derivate:微分作用，调节器的修正动作开始时较大，随后变小, 偏差渐趋于零.总的来说,PID作用为，修正作用在开始时大D作用随后减少到 一个数值，此值与偏差成比例P作用，但随时间再度增大I作用，而 且在有偏差时一直存在.进分解炉的三次风温对分解炉内煤粉的燃烧及分解炉的出口温 度亦有着重要的影响.从表中可见,当窑头喂煤量下降,致使物料煅烧 温度不足,一方面会影响熟料质量,另一方面使落入蓖冷机的熟料温 度亦降低,在同等的操作条件下,其三次温风降低.三次风温降低就会 对分解炉内燃料燃烧产生影响,特别是对于挥发分低、灰分高的煤 粉，影响就更为显著。珠江水泥厂 SLC 窑分解炉的喂煤点与喂料点 很接近,生料碳酸盐分解大量吸热,若三次风温低,进一步延滞了煤粉 的燃烧.此时即使在分解炉多加煤，煤粉燃烧不完全,废气中CO含量 增加,分解炉温度并不高.适当提高及稳定三次风温,亦即提高及稳定了二次风温,对分解 炉及窑头的煤粉燃烧有着十分重要的影响.在熟料温度、结粒情况及 冷却用风量变化不大的清况，稳定一定的篦冷机篦下压力，意味着 可保证篦床上的熟料层厚度一定，从而可得到稳定的二、三次风 温，为良好与稳定的燃烧创造条件。3. 分解炉温度与末级旋风筒及物料、燃料情况 燃料在分解炉内燃烧放热，料粉在其中吸热分解；随后，气固 两相流离开分解炉进入末级旋风筒，进行气固分离；分离后的物料 进入回转窑，而气体进入上一级旋风预热器。正常情况下，煤粉在 分解炉燃烧完全，分解炉的出口温度会高于最末一级旋风筒下部及 其物料的温度。但是，当分解炉内燃料的燃烧速度慢，燃料燃烧不 完全，则未完全燃烧的煤粉在旋风筒内继续燃烧，此时则会使最末 一级旋风筒下部及物料的温度比分解炉出口温度还要高。如云浮水 泥厂在1993年8月煤粉质量明显下降，灰分高、热值低，FCB型 预分解窑窑头三通道喷煤管未能适应烧这些质量差的煤，熟料煅烧 温度低，三次风温明显下降，而低的三次风温有进一步延滞了分解 炉内煤粉的燃烧，可谓雪上加霜。就这样不完全燃烧的煤粉进入五 级旋风筒内继续燃烧，五级旋风筒内下部温度比分解炉出口温度还 高。在这种情况下，废气中的 CO 含量高，还原气氛重，易结皮堵 塞，而分解炉的平均温度并不高，入窑物料碳酸盐分解率亦较低， 熟料产量下降。还需说明的是，分解炉的通风量对分解炉出口温度及末级旋风 筒下部温度亦有影响即使分解炉的喂煤量、物料量不变，但通风量 改变，亦会产生影响。当通风量过大，分解炉内气流速度过快，燃 料及物料在分解炉内停留时间不足；反之，当通风量过小，供气不 足，燃料燃烧同样受影响。总之，通风量的波动，窑风量与分解炉风量的分配不当，都会 影响分解炉燃料的燃烧，从而导致分解炉出口温度与最末一级旋风 筒下部温度的异常。分解炉的温度控制还应考虑产量及物料的情况。当产量较低， 即喂料量较小，回转窑的转速亦较慢，此时应相应降低分解炉温 度。因分解炉温度过高，一方面会增加热耗，另一方面还不利于热 工制度的稳定，不利于熟料的烧成。反之，当产量较高，在分解炉 能力许可的情况下适当提高分解炉的温度，减轻回转窑的热负荷。 但是，当设备富裕能力小，超产时窑系统的平衡是相当脆弱的，遇 到小小的波动亦难以调整，故提高分解炉温度，提高产量适度为 宜。而当物料反应活性较差，石灰石结晶状况较好，晶体尺寸较 大，其分解炉温度较高。此时应在可能的条件下把分解炉温度控制 高一些，以保证入窑物料的分解率。完成于 2007 年5 月 19日星期六