水泥技术|旁路放风系统的计算与工艺流程

   日期:2017-08-22     来源:建材之家    作者:防水之家    浏览:64    评论:0    
核心提示:1.引言  众所周知,由原、燃料中所带入的碱、氯、硫化合物会在窑系统(回转窑和预热器)内部循环和富集。窑内的碱大概在800℃以上开始挥发。但是,碱的最耐温的那部分,会留在熟料中并以如下矿物出现:KC23S12,NC8A3,KC8A3,K2SO4,Na2SO4。挥发的碱到达预热器中温度较低区域时会凝结在温度较低的生料中,K2O在预热器中的冷凝率高达81~97%,而Na2O的冷凝率则较低。冷凝的碱随预
防水之家讯:1.引言
众所周知,由原、燃料中所带入的碱、氯、硫化合物会在窑系统(回转窑和预热器)内部循环和富集。窑内的碱大概在800℃以上开始挥发。但是,碱的最耐温的那部分,会留在熟料中并以如下矿物出现:KC23S12,NC8A3,KC8A3,K2SO4,Na2SO4。挥发的碱到达预热器中温度较低区域时会凝结在温度较低的生料中,K2O在预热器中的冷凝率高达81~97%,而Na2O的冷凝率则较低。冷凝的碱随预热生料再次来到温度较高的窑内,并再次挥发,这就是所谓的碱循环[1]。

在新型干法窑的操作中,由于煤粉细度过粗以及操作不当等原因,往往会造成煤粉不完全燃烧,使得最低一级旋风筒内温度过高,从而导致旋风筒锥部结皮堵塞,严重时还会引起窑尾烟室部位结皮堵塞,从而严重影响窑的正常操作。由于各种碱化合物的熔点大致介于360~1074℃之间,大部分碱化合物的熔点与预热器最低级及窑尾烟室温度相近,此时若生料中的有害成分(碱、氯、硫)过高,将会使结皮情况更加恶化。

煤粉过粗和操作不当可以通过加强管理和操作等主观努力得以解决,而生料和燃料中的碱、氯、硫含量的高低往往受地域等客观条件的限制,不易改变,若通过主观努力,仍无法找到合适的原燃料,则为了生产合格熟料,旁路放风不可避免。由于碱、氯、硫化合物会在窑尾系统富集,若在此放出部分窑气,破坏它们在系统内的循环,可以有效降低熟料中的碱、氯、硫含量,满足生产优质低碱熟料的需要。

2.设置旁路放风的条件
一般认为,当生料中总碱量(K2O+Na2O)>1%,氯(Cl-)含量>0.015%或生料中的硫碱摩尔比MolSO3/(MolK2O+0.5MolNa2O)>1时,就可能影响窑的正常操作,此时,采取适当的旁路放风措施是解决有害组分循环,降低熟料中有害组分的切实可行办法。

3.旁路放风量的计算
一条水泥生产线的配料方案一旦确定,就可以根据所要求生产熟料品种的不同,确定合适的放风比例。

由于旁路放风会带来额外的热耗增加,计算表明,每1%的旁路放风会带来3~4kcal/kgcl的热耗增加。因此,如何确定合适的放风比例,既能使系统正常操作又不过分增加热耗,就显得至关重要。

Weber 基于有关假设,推导出碱循环系数K的计算公式[2]:

K-1=ε1(1-V)/[1-ε2(1-V)] (1)
碱减少量的公式是:
△A=(K-1)[V/(1-V)] (2)

上述两公式中(假定碱全部来自生料):

(K-1)—碱循环量;
ε1—生料中碱的挥发系数;
ε2—选环碱的挥发系数;
V —旁路放风量加不冷凝于预热器的碱;
△A—熟料中碱的减少量。

上式是同样适用于硫化物和氯化物的计算。

表1中列出了几种典型物质的挥发系数:

表1

项目

ε1

ε2

不加Cl-

加Cl-

K2O

0.4~0.6

0.6~0.8

0.9

Na2O

0.35~0.5

0.5~0.6

0.8

SO3

0.9

0.9

0.9

Cl2

-

1

1

举例说明如下,某厂生产OPC水泥,配料计算结果如表2、3、4。

表2 生、熟料化学成分

项目

Loss

SiO2

Al2O3

Fe2O3

CaO

MgO

SO3

K2O

Na2O

Cl-

生料

34.82

14.23

3.33

2.38

42.81

0.48

0.93

0.759

0.169

0.0226

熟料

0

21.84

5.12

3.65

65.7

0.74

1.42

1.16

0.26

0.0347

表3 生、熟料率值

项目

LSF

SM

IM

项目

LSF

SM

IM

生料

94.4

2.5

1.4

熟料

94.4

2.5

1.4

表4 熟料矿物组成(%)

C3S

C2S

C3A

C4AF

CaSO4

57.85

18.95

7.36

11.10

2.41

计算K2O( Na2O)的减少量,假定ε1 =0.5(0.45), ε2 =0.9(0.8), 旁路放风量为10%,则 由式(1)(2)可知:

表5

旁路(%)

K2O

Na2O

K-1

△A

K-1

△A

10

0.5×0.9/[1-0.9×0.9]
=2.37

2.37×(0.1/0.9)
=0.263

0.45×0.9/[1-0.8×0.9]
=1.45

1.45×(0.1/0.9)
=0.161

从表2可知,熟料中K2O=1.16%, Na2O=0.26%,采取10%旁路运行时,则在熟料中相应含量为:

表6

旁路(%)

K2O

Na2O

10

1.16×(1-0.263)=0.855%

0.26(1-0.161)=0.218%

因此,熟料中总碱量为:0.659×0.855%+0.218%=0.78%,可满足ASTM标准生产OPC水泥的需要。

4.旁路放风对预分解系统设计的影响
旁路放风会给系统带来额外的热耗和料耗的增加,资料显示,每1% 的旁路放风会带来约相当于0.1%生料的窑灰损失[3]。由于此部分窑灰有90%以上的分解率,因此在计算热损失时,除考虑窑灰带出的显热外,还必须考虑此部分窑灰分解的所消耗的热量,此两部分热量加上旁路热烟气带出的热量损失,即为旁路放风带来的热损失。

在预分解系统设计时,应根据旁路放风的特点,对与此相关的预分解系统部分的设计予以足够重视。

(1)窑尾烟室缩口的设计必须考虑在放风后,有足够的风速;
(2)要获得与不放风系统同样产量,必须考虑将旁路带出的热损失由分解炉补充进去,也即分解炉必须加大容积;
(3)旋风筒、上升管道等处的尺寸应根据旁路放风后的实际情况进行修正。

5.旁路放风系统工艺流程选择
在旁路放风系统的相关计算完成后,就要选择合适的旁路放风工艺流程。

5.1 旁路放风点的选择
旁路放风点的选择一般基于以下原则:

(1)抽取点是有害物质富集较多的地方;

(2)抽取点的入口处要有合适的风速,一般取10m/s以下,这样既能保证一定的粉尘表面积供气态物质凝结之用,又不带来过多的粉尘损失。

(3)抽取点的个数可根据放风量的多少取一点或两点。

(4)基于以上原则,在窑尾烟室合适位置选取放风点。

5.2 典型的工艺流程

图1 旁路放风工艺流程

1、 骤冷风机 2、混合室 3、冷风阀 4、袋收尘器 5、引风机
6、7、FU 输送机 8、提升机 9、窑灰仓 10、卸料装置 11、螺旋输送机
12、F-K 泵 13、散装头14、15 单机收尘器

在抽取点附近,通过骤冷风机1鼓入合适风量,在涡旋混合室2内与热气流进行充分热交换,出混合室的气流温度一般控制在350~400℃左右,此气流通过进一步加入冷空气或通过收尘器4前的热交换器冷却到220℃左右,经袋收尘器处理后排放。收集下来的窑灰根据具体情况或掺入水泥磨中或丢弃。

6.结语
旁路放风技术,国外已较为广泛地应用,特别是在美国,在生产低碱水泥时,往往采用该技术;在国内,一般都强调通过选择合适的原料,而尽量避免采用放风技术,因此,国内对旁路防风技术的研究和实践并不多。由于我国进入国际市场的需要,有些地区,如中东地区,由于原料的中的碱、氯含量较高,采用旁路技术就不可避免。因此,加强对该技术的研究和应用,是我们广大技术工作者义不容辞的责任。

参考文献:

[1][2][3] 华新水泥厂编译组,《国际水泥工艺资料集》(增订二版)

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