張萬聰

(中電投寧夏能源青銅峽鋁業(yè)集團(tuán)公司， 寧夏 青銅峽 251603)

影響回轉(zhuǎn)窯下料量的因素及其改進(jìn)措施

張萬聰

(中電投寧夏能源青銅峽鋁業(yè)集團(tuán)公司， 寧夏 青銅峽 251603)

通過理論分析找出了影響回轉(zhuǎn)窯下料量的關(guān)鍵因素。實(shí)踐中通過合理抬高窯尾檔料圈高度、調(diào)整煅燒帶長度和位置、改進(jìn)擋火墻結(jié)構(gòu)及調(diào)整窯內(nèi)負(fù)壓等措施，有效提高了回轉(zhuǎn)窯下料量，解決了煅后料供給問題。

回轉(zhuǎn)窯； 下料量； 影響因素

在保證回轉(zhuǎn)窯煅后料質(zhì)量的前提下，不斷提高其產(chǎn)能，是作者一直探索和追求的目標(biāo)。目前回轉(zhuǎn)窯產(chǎn)能的世界先進(jìn)水平為國內(nèi)的2～3倍，差距明顯，主要表現(xiàn)在下料量、實(shí)收率、炭質(zhì)燒損率等幾項(xiàng)主要指標(biāo)。窯的單位體積生產(chǎn)方面，炭質(zhì)燒損率國內(nèi)比世界先進(jìn)水平高1.4～3.0倍。

1 回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)概況及存在的問題

青銅峽鋁業(yè)股份公司陽極煅燒系統(tǒng)使用的回轉(zhuǎn)窯(φ2.2×45 m)主要由窯頭、筒體和窯尾組成，于1987年投產(chǎn)。外購的石油焦原料按工藝配比經(jīng)抓斗天車裝入受料系統(tǒng)，經(jīng)破碎機(jī)粗碎后(料粒度小于70 mm)送往煅前倉，通過計(jì)量后向回轉(zhuǎn)窯內(nèi)定量給料。對(duì)進(jìn)入窯內(nèi)的生石油焦用天然氣進(jìn)行煅燒，逐漸加熱到1 150～1 250 ℃，有效去除其水分、揮發(fā)分，提高其密度及機(jī)械強(qiáng)度，降低電阻率。煅燒好的料冷卻至60 ℃后送入煅后料倉中儲(chǔ)存?；剞D(zhuǎn)窯設(shè)計(jì)產(chǎn)能3.5萬t，目前實(shí)際產(chǎn)能一直小于2.9萬t，瞬時(shí)投料量約4.9 t/h。在給料量均勻、穩(wěn)定和連續(xù)的前提下，當(dāng)增加下料量時(shí)就會(huì)出現(xiàn)大量返料、煙囪冒煙、排放濃度超標(biāo)等現(xiàn)象，導(dǎo)致產(chǎn)量無法有效提高，無法滿足4.8萬t/a生陽極的產(chǎn)能需求。每年需要從外單位轉(zhuǎn)入8千多噸煅后料。

2 回轉(zhuǎn)窯下料量低下的原因分析

當(dāng)已知回轉(zhuǎn)窯的填充率(i)，物料的堆積密度(γ)和物料的移動(dòng)速度(v)時(shí)，就可以按(1)式計(jì)算出窯的產(chǎn)量：

(1)

式中V——在整個(gè)料層斷面上物料順窯中心線方向運(yùn)行的平均移動(dòng)速度，m/s;

式中物料的移動(dòng)速度v的表達(dá)式為：

(2)

式中：D——窯的內(nèi)徑,m;

n——窯的回轉(zhuǎn)數(shù),r/min；

α——窯體的傾斜角度,(°)；

β——物料在窯內(nèi)最大靜止角,(°)；

K——校正系數(shù)(有實(shí)驗(yàn)求出為1.5～1.7)。

根據(jù)上述公式計(jì)算并結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際，確定制約回轉(zhuǎn)窯產(chǎn)量的主要因素有裝料容量、物料在窯內(nèi)移動(dòng)速度、溫度梯度和壓力梯度等。

3 改進(jìn)措施

3.1 合理抬高回轉(zhuǎn)窯窯尾檔料圈高度增加下料量

圖2 二、三次風(fēng)嘴調(diào)整圖

回轉(zhuǎn)窯裝料容量取決于筒體工作段的尺寸，其填充率大致在6%～15%，筒體內(nèi)徑愈大，填充率愈小，例如內(nèi)徑不大于1 m的回轉(zhuǎn)窯填充率為15%；而內(nèi)徑為2.5～3.0 m的僅為6%。回轉(zhuǎn)窯的內(nèi)徑為2.2 m，填充率約11%。為了使物料在窯內(nèi)移動(dòng)，窯體要傾斜安裝，其傾斜度一般為3/1 000。如果窯尾內(nèi)襯的內(nèi)徑過大或擋料圈過低就無法有效擋料導(dǎo)致返料嚴(yán)重；如果窯頭擋料圈過高，則會(huì)造成擋料圈摩擦下料溜管，物料在窯頭堆積，影響窯頭溫度及下料。在回轉(zhuǎn)窯大修時(shí)對(duì)窯頭、窯尾直徑進(jìn)行了測量，窯頭為1.50 m，窯尾為1.22 m，與設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)徑分別相差0.04 m和0.12 m,(窯頭標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)徑為1.54 m,窯尾標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)徑為1.1 0m)。于是將窯尾擋料圈抬高6 cm以防止窯內(nèi)物料返料，增加投料量；窯頭擋料圈降低2 cm以降低窯內(nèi)物料填充率，提高煅燒質(zhì)量，如圖1所示。

圖1 檔料圈改進(jìn)后示意圖

3.2 調(diào)整煅燒帶長度和位置加快物料在窯內(nèi)移動(dòng)速度

物料在窯內(nèi)移動(dòng)速度直接影響回轉(zhuǎn)窯的煅燒質(zhì)量和生產(chǎn)能力。物料在窯內(nèi)停留時(shí)間過短，其熱處理不充分，煅燒質(zhì)量變差；停留時(shí)間過長，將使物料燒損增加，煅后料灰分增加，產(chǎn)量降低。 規(guī)定回轉(zhuǎn)窯物料在窯內(nèi)停留時(shí)間55～60 min。

二、三次風(fēng)的設(shè)置直接影響煅燒帶的長度和位置，與物料的燒損及保護(hù)窯頭和煅燒的最高溫度有關(guān)。煅燒帶應(yīng)處在保證窯頭不會(huì)被燒壞的前提下距窯頭最近的位置，離窯頭過遠(yuǎn)，物料的燒損將急劇增加，因?yàn)楫?dāng)送入窯內(nèi)燃燒揮發(fā)分所需空氣過剩時(shí)，過?？諝馔ㄟ^已煅燒好的溫度達(dá)1 100～1 200 ℃的料層時(shí)，就把物料燃燒了；煅燒帶越長，物料的燒損就越大。因此，煅燒帶的加長應(yīng)在煅燒帶方向都能保持最高溫度的情況下才是有益的。當(dāng)煅燒帶加長時(shí)，增加回轉(zhuǎn)窯的轉(zhuǎn)速，加快物料在窯內(nèi)的移動(dòng)速度，就可以提高回轉(zhuǎn)窯的生產(chǎn)能力。

通過觀察發(fā)現(xiàn)回轉(zhuǎn)窯的煅燒帶短且靠后，原料揮發(fā)分在三次風(fēng)處已燃燒完畢，至二次風(fēng)處幾乎無揮發(fā)分可供燃燒，造成煅燒帶無法前移。于是封閉了二次風(fēng)和三次風(fēng)的某些風(fēng)嘴，將二次風(fēng)風(fēng)嘴由四個(gè)調(diào)整為三個(gè)，三次風(fēng)風(fēng)嘴由六個(gè)調(diào)整為兩個(gè)，如圖2所示(圖中風(fēng)嘴中間有黑線切斷的表示此風(fēng)嘴在實(shí)際使用中已封閉)；煅燒帶溫度逐步由1 250±50 ℃調(diào)整到1 150±50 ℃；煅燒帶位置由中檔前后調(diào)整到中檔至二次風(fēng)第三個(gè)風(fēng)嘴處，明確煅燒帶的位置；窯速由1.9 r/min逐步調(diào)整為2.3 r/min。改進(jìn)后的試驗(yàn)效果如下：

(1)大窯投料后窯頭溫度非常穩(wěn)定，最高為740 ℃。

(2)此次試驗(yàn)過程中二、三次風(fēng)僅做了微調(diào)，始終保持在20.5 Hz。

(3)隨后幾天車間投料量始終保持在6.5～7.0 t，經(jīng)過4 d實(shí)際觀察發(fā)現(xiàn)運(yùn)行平穩(wěn)，沉灰室僅有少量返料，無冒煙現(xiàn)象。投料量在7 t時(shí)較為理想，各控制參數(shù)如表1所示。

表1 回轉(zhuǎn)窯下料量保持在6.5～7 t時(shí)的各工藝參數(shù)參考值

3.3 改進(jìn)擋火墻結(jié)構(gòu)穩(wěn)定窯內(nèi)溫度

在負(fù)壓作用下，窯內(nèi)過剩的炭粉塵和煙氣同時(shí)進(jìn)入沉灰室導(dǎo)致煅燒帶后移，使其在沉灰室燃燒導(dǎo)致室內(nèi)溫度較高。受高溫?zé)釟饬鞯臎_擊，擋火墻倒塌造成窯體內(nèi)溫度失衡、波動(dòng)大。新設(shè)計(jì)在砌筑沉灰室擋火墻前增加一個(gè)過渡倉，緩沖熱氣流對(duì)擋火墻的沖擊，穩(wěn)定窯內(nèi)溫度，使其長期保持在規(guī)定范圍值內(nèi)。

3.4 調(diào)整窯內(nèi)負(fù)壓提高實(shí)收率

回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)時(shí)，窯內(nèi)須始終保持正常負(fù)壓，負(fù)壓過大或過小都對(duì)窯內(nèi)溫度控制和煅燒質(zhì)量不利。負(fù)壓過大，則窯內(nèi)抽力增大，粉料被吸走導(dǎo)致實(shí)收率下降；窯內(nèi)火焰被拉長，使燃燒帶的熱力強(qiáng)度和溫度降低。為了保證煅燒質(zhì)量不得不增大燃料用量，揮發(fā)分燃燒不完全而被吸入煙道燃燒，導(dǎo)致廢氣溫度過高，不僅損失熱量，而且容易燒壞排煙裝置；窯尾溫度過高，造成剛進(jìn)入窯尾的物料產(chǎn)生不均勻收縮，揮發(fā)分急劇逸出，造成煅后粉料增多。負(fù)壓過小，則窯內(nèi)外壓差小，使窯頭、窯尾冒煙，惡化操作環(huán)境；燃燒火焰不穩(wěn)定，窯頭有引起火焰反撲的危險(xiǎn)；煅燒帶由于火焰不長而變短，直接影響煅燒質(zhì)量和產(chǎn)量；窯內(nèi)煙氣流動(dòng)差造成窯內(nèi)渾濁不清，難以觀察煅燒溫度。一般窯頭負(fù)壓控制在19.6～49.0 Pa以上。

經(jīng)觀察發(fā)現(xiàn)，回轉(zhuǎn)窯尾密封圈磨損嚴(yán)重，四處漏風(fēng)；窯頭擋磚圈脫落導(dǎo)致過剩冷風(fēng)進(jìn)入窯內(nèi)，窯內(nèi)無法形成正常負(fù)壓，造成大窯內(nèi)外壓差小、煅燒帶變短及煅燒火焰不穩(wěn)定；窯尾引風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)儀表讀數(shù)與電機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速不符，誤導(dǎo)操作人員。此外，大窯煙道的冷風(fēng)門一直由余熱鍋爐房人員進(jìn)行調(diào)節(jié)，由于擔(dān)心燒壞引風(fēng)機(jī)風(fēng)葉故將冷風(fēng)門開的很大，大量空氣從冷風(fēng)門直接進(jìn)入煙道，造成窯內(nèi)負(fù)壓很小。為保持正常負(fù)壓，應(yīng)利用校驗(yàn)風(fēng)機(jī)顯示儀表的頻率與電流值比較找出基準(zhǔn)準(zhǔn)確調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速，例如：儀表顯示風(fēng)機(jī)頻率已調(diào)節(jié)到了50 Hz，而實(shí)際引風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速僅為1/3。該引風(fēng)機(jī)電機(jī)功率為75 kW，額定電流約150 A。在保證引風(fēng)機(jī)安全運(yùn)行的條件下合理調(diào)整冷風(fēng)門開度，使窯尾負(fù)壓由-10 Pa逐步調(diào)整到-20±5 Pa，調(diào)節(jié)工藝參數(shù)增大下料量實(shí)驗(yàn)見表2。

表2 通過調(diào)節(jié)工藝參數(shù)加大投料量試驗(yàn)記錄

調(diào)節(jié)負(fù)壓的試驗(yàn)分為以下3個(gè)階段：

第一階段：白班始終保持6.5 t/h下料量，三班5點(diǎn)由于檢修煅后皮帶停窯，造成煅燒帶溫度低。

第二階段：測溫儀不準(zhǔn)進(jìn)行調(diào)節(jié)，將料量加至7.5 t，冒煙較大，當(dāng)班人員將負(fù)壓調(diào)低，煅燒帶在三次風(fēng)處及窯內(nèi)溫度低造成冒煙。

第三階段：23點(diǎn)將料量加至8 t，冒煙較大，窯尾有火焰反撲，引風(fēng)機(jī)電流過小為60 A，負(fù)壓太小煙氣未得到較好控制。本班次發(fā)現(xiàn)料量可加大至8 t，但需要精細(xì)控制負(fù)壓等參數(shù)。

4 實(shí)施效果

通過以上措施對(duì)回轉(zhuǎn)窯進(jìn)行持續(xù)改進(jìn)，解決了其下料量小的問題。目前煅前下料量與同期水平相比平均提高1.6 t/h，如圖3所示。實(shí)現(xiàn)了煅后料自給，2012年5月徹底結(jié)束了外部轉(zhuǎn)入煅后料，如圖4所示。

圖3 改進(jìn)后煅前下料量對(duì)比圖

圖4 煅后料轉(zhuǎn)入量

5 結(jié)束語

通過理論分析和試驗(yàn)改進(jìn)，有效提高了回轉(zhuǎn)窯煅前下料量。自2010年5月之后，平均瞬時(shí)下料量由改進(jìn)前的4.9 t/h提高到6.5 t/h以上，并逐步向7.5 t/h靠近。與同期煅前投料量水平相比，平均

每天增加了37.4 t，最終解決了需由外部每年轉(zhuǎn)入8 000 t煅后料的問題，完全實(shí)現(xiàn)了煅后料自己供給，滿足了4.8萬t/a生陽極的產(chǎn)能需求，改進(jìn)后的回轉(zhuǎn)窯運(yùn)行平穩(wěn)，煙氣排放濃度達(dá)標(biāo)。

[1] 錢湛芬.碳素工藝學(xué)[M]. 北京:冶金工業(yè)出版社，2008.

[2] 孫傳杰等.碳素陽極生產(chǎn)(職業(yè)技能鑒定教材)[M].

Influence Factors and Improvement Measures on Discharging Volume of Rotary Kiln

ZHANG Wan-cong

Through theoretical analysis，this paper finds out the key influence factors on discharging volume of rotary kiln. By elevating the retaining ring height of kiln tail location, adjusting the position and length of calcining zone, improving the structureof fire wall, revising the internal negative pressure of rotary kiln and other measures in practice, the discharging volume of rotary kiln is improved effectively, and the supply problem of calcined material is solved definitively.

rotary kiln; discharging volume; influence factors

2014-11-13

張萬聰(1970—)， 男，寧夏中衛(wèi)人，大學(xué)本科，助理工程師，主要從事冶煉機(jī)械工程工作。

TF821

B

1008-5122(2015)02-0025-04