新世纪水泥导报：让你每次阅读都有收获！
【编者按】2022年第四期《新世纪水泥导报》今天出版了。这期“烧成论坛”刊发了安徽海螺建材设计研究院有限责任公司轩红钟、张宗见、刘守信等同志撰写的《低氮低碳环保型预分解系统的开发及应用》一文。为了对旋风筒、分解炉、烟室等关键部位进行技术升级，海螺开发出高效低阻旋风筒、自脱硝低氮低碳分解炉及低循环稳流防结皮烟室等装备，实践证明，技改效果达到预期。现摘选文章部分内容，以飨读者。
技术路线
对传统生产线开展热工诊断，科学有效地梳理出生产线现有能耗指标及存在的问题。利用水泥回转窑热平衡、热效率和综合能耗计算方法，分析影响烧成系统热耗的主要因素。运用热工计算和CFD模拟等技术手段，根据熟料线预分解系统现有配置，开展高效低阻旋风筒、自脱硝低氮低碳分解炉和低阻烟室的研究开发。
高效低阻旋风筒的研究与开发
（1）针对目前C1级旋风筒分离效率低、阻力大的问题，自主研究开发高效低阻“HL型旋风筒”（插图略）。“HL型旋风筒”采用四心大蜗壳结构，增加进风口与内筒间距，抑制短路流；锥部采用扩径形式，防止局部二次流引起的“扬尘”和“夹带”；调整柱体直径和蜗壳高度，合理控制入口风速和柱体截面风速。保证旋风筒阻力在700Pa以下，分离效率达到95%以上。
从图2（本文插图序号以《新世纪水泥导报》发文为准，没有再调整）可见，旋风筒流场总体分布均匀合理，出口处气流速度达到最大在25m/s左右，速度梯度变化不大，出口阻力损失较小；由于筒体高度较大，锥部的气流速度控制较低，物料返混得到控制，避免了气流“夹带”现象，有利于实现物料分离。
（2）对于C2-C5旋风筒的改造以降阻为目的，仅对旋风筒进行局部改造，其具体改造方法（图3略）：保留原锥体和柱体，采用内扩式和增高蜗壳高度的方式，扩大旋风筒入口面积，控制合理的入口风速；更换内筒，增加内筒插入深度，并将内筒与原换热管道变径连接。将锥部设置歪锥形式，改变锥部流场分布，受流场扰动，有利于避免物料搭接堵料。
图2 HL型旋风筒流场分布图
自脱硝低氮低碳分解炉的研究与开发
为提高分解炉煅烧能力，保证煤粉充分燃烧和分解炉自脱硝能力，开发自脱硝低氮低碳分解炉（插图略）。
（1）采用窑炉在线布置，煤粉分级供应，分解炉锥部设置还原区；优化分解炉锥部脱氮还原区，重新布置三次风位置，保证还原区烟气停留时间在1.2s以上；采用“饲料温控”设计理念，将C4下料管分料至分解炉锥部，降低还原区局部高温；生产操作上，适当增加分解炉锥部的煤粉喂入比例，保证缺氧燃烧产生的还原气氛，降低烟气中的NOx，产生良好的脱硝效率。
（2）喷旋结合管道式分解炉有利于提高物料在炉内停留时间和物料均匀性，降低物料在炉内返混程度，提高煤粉在分解炉内燃烧效率。基于喷旋结合管道式分解炉的特点，开发设计中保留原分解炉主炉结构，增加一段柱体结构，扩大弯头处空间，增加分解炉炉容，气体和物料停留时间延长至7s以上，同时增设一个缩口，增强气流喷腾效果和气固混合程度。
（3）对自脱硝低氮分解炉进行CFD数值模拟，其CO分布和NOx分布如图5和图6所示。从整体看，分解炉CO浓度分布由下部而上逐渐减小，集中分布在锥部燃烧器周围，表明分解炉保证煤粉充分燃烧的同时，锥部产生大量还原性气体，有利于NOx脱硝反应。由NOx浓度分布可知，分解炉锥体下部NOx分布最高，主要是窑内NOx。经还原区脱硝后，NOx逐渐下降，且越靠近燃烧器NOx浓度越低，表明还原性气氛与NOx发生反应，分级燃烧起到较好的脱硝效果。
图5 分解炉CO浓度分布
图6 分解炉NOx浓度分布
烟室的开发设计
为实现预分解系统组合优化设计，在分解炉优化设计基础上，自主开发配套低阻HL型烟室，如图8所示。控制烟室通风截面积和烟室缩口风速，保证烟室气流通畅，降低阻力。同时，合理布置C5下料管的位置，避开烟室气体流速较大区域，降低物料返混。自主开发的烟室装置具有原料适应性强、低阻力以及降低内循环量的优点，亦称低循环稳流防结皮烟室。
图8 烟室开发设计方案图
应用效果
广西FS海螺公司5000t/d生产线于2007年建成投产，烧成系统采用NST型双系列五级旋风预热器+分解炉，该生产线改造前经标定熟料标煤耗105kg/t.cl，熟料工序电耗26.6kWh/t.cl。该生产线的煤、电耗指标偏高，同时存在预分解系统压损偏大，分解炉自脱硝效率低、出篦冷机熟料温度高等问题。
将预分解系统研究与开发成果应用于该线，在节能减排方面取得了良好的效果。经国家建筑材料工业水泥能效环保评价检测测试中心标定，预热器出口温度下降，系统阻力明显下降，C1预热器出口粉尘浓度大幅降低，出篦冷机熟料温度大幅度下降，煤电耗指标下降明显。技改前后烧成系统主要技术指标变化详见2022年第4期。
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