旁路放風(fēng)系統(tǒng)的計算與工藝流程

　　1.引言
　　眾所周知,由原、燃料中所帶入的堿、氯、硫化合物會在窯系統(tǒng)（回轉(zhuǎn)窯和預(yù)熱器）內(nèi)部循環(huán)和富集。窯內(nèi)的堿大概在800℃以上開始揮發(fā)。但是，堿的最耐溫的那部分，會留在熟料中并以如下礦物出現(xiàn)：KC₂₃S₁₂，NC₈A₃，KC₈A₃，K₂SO₄，Na₂SO₄。揮發(fā)的堿到達預(yù)熱器中溫度較低區(qū)域時會凝結(jié)在溫度較低的生料中，K₂O在預(yù)熱器中的冷凝率高達81～97%,而Na₂O的冷凝率則較低。冷凝的堿隨預(yù)熱生料再次來到溫度較高的窯內(nèi)，并再次揮發(fā)，這就是所謂的堿循環(huán)^[1]。

　　在新型干法窯的操作中，由于煤粉細度過粗以及操作不當?shù)仍?，往往會造成煤粉不完全燃燒，使得最低一級旋風(fēng)筒內(nèi)溫度過高，從而導(dǎo)致旋風(fēng)筒錐部結(jié)皮堵塞，嚴重時還會引起窯尾煙室部位結(jié)皮堵塞，從而嚴重影響窯的正常操作。由于各種堿化合物的熔點大致介于360～1074℃之間，大部分堿化合物的熔點與預(yù)熱器最低級及窯尾煙室溫度相近，此時若生料中的有害成分（堿、氯、硫）過高，將會使結(jié)皮情況更加惡化。

　　煤粉過粗和操作不當可以通過加強管理和操作等主觀努力得以解決，而生料和燃料中的堿、氯、硫含量的高低往往受地域等客觀條件的限制，不易改變，若通過主觀努力，仍無法找到合適的原燃料，則為了生產(chǎn)合格熟料，旁路放風(fēng)不可避免。由于堿、氯、硫化合物會在窯尾系統(tǒng)富集，若在此放出部分窯氣，破壞它們在系統(tǒng)內(nèi)的循環(huán)，可以有效降低熟料中的堿、氯、硫含量，滿足生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)低堿熟料的需要。

　　2.設(shè)置旁路放風(fēng)的條件
　　一般認為，當生料中總堿量（K₂O+Na₂O）>1%,氯（Cl^-）含量>0.015%或生料中的硫堿摩爾比MolSO₃/(MolK₂O+0.5MolNa₂O）>1時,就可能影響窯的正常操作，此時，采取適當?shù)呐月贩棚L(fēng)措施是解決有害組分循環(huán)，降低熟料中有害組分的切實可行辦法。

　　3．旁路放風(fēng)量的計算
　　一條水泥生產(chǎn)線的配料方案一旦確定，就可以根據(jù)所要求生產(chǎn)熟料品種的不同，確定合適的放風(fēng)比例。

　　由于旁路放風(fēng)會帶來額外的熱耗增加，計算表明，每1%的旁路放風(fēng)會帶來3～4kcal/kgcl的熱耗增加。因此，如何確定合適的放風(fēng)比例，既能使系統(tǒng)正常操作又不過分增加熱耗，就顯得至關(guān)重要。

　　Weber 基于有關(guān)假設(shè)，推導(dǎo)出堿循環(huán)系數(shù)K的計算公式^[2]：

　　K-1=ε₁（1-V）/[1-ε₂（1-V）]         （1）
　　堿減少量的公式是：
　　△A=（K-1）[V/（1-V）]              ?。?）

　　上述兩公式中（假定堿全部來自生料）：

　　（K-1）—堿循環(huán)量；
　　ε₁—生料中堿的揮發(fā)系數(shù)；
　　ε₂—選環(huán)堿的揮發(fā)系數(shù)；
　　V —旁路放風(fēng)量加不冷凝于預(yù)熱器的堿；
　　△A—熟料中堿的減少量。

　　上式是同樣適用于硫化物和氯化物的計算。

　　表1中列出了幾種典型物質(zhì)的揮發(fā)系數(shù)：

表1

　　舉例說明如下，某廠生產(chǎn)OPC水泥,配料計算結(jié)果如表2、3、4。

表2 生、熟料化學(xué)成分

表3 生、熟料率值

表4 熟料礦物組成(%)

　　計算K₂O( Na₂O)的減少量，假定ε₁ =0.5(0.45), ε₂ =0.9(0.8), 旁路放風(fēng)量為10%，則 由式（1）（2）可知：

表5

　　從表2可知,熟料中K₂O=1.16%, Na₂O=0.26%,采取10%旁路運行時,則在熟料中相應(yīng)含量為:

表6

　　因此,熟料中總堿量為:0.659×0.855%+0.218%=0.78%,可滿足ASTM標準生產(chǎn)OPC水泥的需要。

　　4．旁路放風(fēng)對預(yù)分解系統(tǒng)設(shè)計的影響
　　旁路放風(fēng)會給系統(tǒng)帶來額外的熱耗和料耗的增加，資料顯示，每1% 的旁路放風(fēng)會帶來約相當于0.1%生料的窯灰損失^[3]。由于此部分窯灰有90%以上的分解率，因此在計算熱損失時，除考慮窯灰?guī)С龅娘@熱外，還必須考慮此部分窯灰分解的所消耗的熱量，此兩部分熱量加上旁路熱煙氣帶出的熱量損失，即為旁路放風(fēng)帶來的熱損失。

　　在預(yù)分解系統(tǒng)設(shè)計時，應(yīng)根據(jù)旁路放風(fēng)的特點，對與此相關(guān)的預(yù)分解系統(tǒng)部分的設(shè)計予以足夠重視。

　　（1）窯尾煙室縮口的設(shè)計必須考慮在放風(fēng)后，有足夠的風(fēng)速；
　?。?）要獲得與不放風(fēng)系統(tǒng)同樣產(chǎn)量，必須考慮將旁路帶出的熱損失由分解爐補充進去，也即分解爐必須加大容積；
　?。?）旋風(fēng)筒、上升管道等處的尺寸應(yīng)根據(jù)旁路放風(fēng)后的實際情況進行修正。

　　5．旁路放風(fēng)系統(tǒng)工藝流程選擇
　　在旁路放風(fēng)系統(tǒng)的相關(guān)計算完成后，就要選擇合適的旁路放風(fēng)工藝流程。

　　5.1 旁路放風(fēng)點的選擇
　　旁路放風(fēng)點的選擇一般基于以下原則:

　　(1)抽取點是有害物質(zhì)富集較多的地方；

　　(2)抽取點的入口處要有合適的風(fēng)速，一般取10m/s以下，這樣既能保證一定的粉塵表面積供氣態(tài)物質(zhì)凝結(jié)之用，又不帶來過多的粉塵損失。

　　(3)抽取點的個數(shù)可根據(jù)放風(fēng)量的多少取一點或兩點。

　　(4)基于以上原則，在窯尾煙室合適位置選取放風(fēng)點。

　　5.2 典型的工藝流程

圖1 旁路放風(fēng)工藝流程

1、  驟冷風(fēng)機 2、混合室 3、冷風(fēng)閥 4、袋收塵器 5、引風(fēng)機
6、7、FU 輸送機 8、提升機 9、窯灰倉 10、卸料裝置 11、螺旋輸送機
12、F-K 泵 13、散裝頭14、15 單機收塵器

　　在抽取點附近，通過驟冷風(fēng)機1鼓入合適風(fēng)量，在渦旋混合室2內(nèi)與熱氣流進行充分熱交換，出混合室的氣流溫度一般控制在350~400℃左右，此氣流通過進一步加入冷空氣或通過收塵器4前的熱交換器冷卻到220℃左右，經(jīng)袋收塵器處理后排放。收集下來的窯灰根據(jù)具體情況或摻入水泥磨中或丟棄。

　　6．結(jié)語
　　旁路放風(fēng)技術(shù)，國外已較為廣泛地應(yīng)用，特別是在美國，在生產(chǎn)低堿水泥時，往往采用該技術(shù)；在國內(nèi)，一般都強調(diào)通過選擇合適的原料，而盡量避免采用放風(fēng)技術(shù)，因此，國內(nèi)對旁路防風(fēng)技術(shù)的研究和實踐并不多。由于我國進入國際市場的需要，有些地區(qū)，如中東地區(qū)，由于原料的中的堿、氯含量較高，采用旁路技術(shù)就不可避免。因此，加強對該技術(shù)的研究和應(yīng)用，是我們廣大技術(shù)工作者義不容辭的責(zé)任。

參考文獻：

[1][2][3] 華新水泥廠編譯組，《國際水泥工藝資料集》（增訂二版）