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1、旁路放风系统的工艺设计成都建筑材料工业设计研究院张程彭一凡胡恒阳摘要：使用氯、硫、碱含量高的原料和燃料，将使系统较易发生结皮和堵塞等故障。旁路防风（通过技术手段将窑尾烟室至分解炉上升烟道的气体放出一部分）可有效缓解由于原料、燃料氯和硫偏高而引起的结皮问题。本文将以一实例说明旁路放风系统的计算，流程及主要设备。关键词：旁路放风氯、硫、碱含量循环富集模型生料有害成分临界浓度引言在预分解窑系统中，原燃料成分对系统的影响较大。使用氯、 硫、碱含量高的原料和燃料，将使系统较易发生结皮和堵塞等故障。最容易发生结皮、堵塞的部位是在窑尾烟室、下料斜坡、缩口及最下一级旋风筒的锥体、最下两级旋风筒的下料管等部位。
2、随着环保要求的提高和燃料的日益紧张， 预分解系统本身所具有的处理废弃物、二次燃料的优点也随之得到发展。但废弃物、 低质燃料所含的氯和硫都偏高，这就给我们新的课题，即如何使预分解系统稳定运行， 预防结皮和堵塞。旁路防风 （通过技术手段将窑尾烟室至分解炉上升烟道的气体放出一部分） 可有效缓解由于原料、燃料氯和硫偏高而引起的结皮问题。本文将以一实例说明旁路放风系统的计算，流程及主要设备。1结皮机理造成固体颗粒粘结在煅烧装置的内壁而形成结皮的原因，中外学者都有研究。比较一致的看法是， 由于在窑尾和预热器内的结皮中硫酸盐和氯盐的含量都很高，而在硫酸钾、 硫酸钙和氯化钾多组分系统中，最低熔点温度为6507
3、00，因此窑气中的硫酸盐和氯化钾凝聚时，会以熔态的形式沉降下来，并与入窑物料和窑内粉尘一起构成黏聚性物质。而这种在生料颗粒上形成的液相物质薄膜，会阻碍生料颗粒的流动，从而在预热器内造成黏结堵塞。结皮的主要矿物成分，一般认为是由于大量的粉尘循环和硫酸盐、氯化物的富集而生成的一种灰硅钙石。分子式为Ca5(SiO 4)2CO3，结构式为2C 23。氯盐被认为是灰硅钙石形成的矿化剂。美国波特兰水泥协会（PCA ）曾做过对比试验，用四种成分不同的窑灰加入到生料中，其掺合比为窑灰15%，生料85%，在同样的条件下加热，结果只有一个样本有灰硅钙石的形成。该样本的窑灰含氯高，为6.24%。该试验在一定程度上支
4、持了氯盐是灰硅钙石形成的矿化剂的观点。12预分解窑的旁路放风系统为解决氯、硫、碱的循环富集所造成的结皮堵塞，首先应注重原燃料的选用。当原燃料资源受到限制， 有害成分超过允许限度时， 必须在设计及生产中采取相应的预防措施。 国外部分公司对生料中氯、硫、碱的允许含量见下表，超过规定标准应采取旁路放风措施。表一国外部分公司对生料有害成分含量规定1公司R2O（%）Cl -（ %）S（ %）硫碱比丹麦史密斯1.00.0151德国洪堡1.00.015=3德国伯力休斯1.20.011.3日本川崎1.50.02日本三菱1.50.015英国蓝圈1.00.022罗马尼亚1.00.0150.8法国拉法基0.0151
5、旁路系统设计依据如下：如果设计的旁路放风量为B， k为有害成分的循环富集系数，f 1,f 2 为燃料中的有害成分与灼烧生料有害成分的比值，e1 和e2 为有害成分的挥发系数，则可用循环富集模型来描述有害成分的循环富集过程。图一循环富集模型By-pass gase 2(1-e1 )k+f 2 (1-B)+e 1 k+f 1e2 (1-e1 )k+f 2 BExhaust gasFuel into kilnFuel into calcinere 2(1-e1 ) k+f 2 (1-B)+e 1 k+f 1 Vf 221) kf1e1kke(1-e(1-e2) (1-e1 )k(1-e1 ) k1C
6、linkerRaw MaterialsKilnCalcinerPreheater +Raw Mill +EP该系统表明 :1) 生料流程从右至左， 如果进入系统的灼烧生料的有害成分为单位1，在预热器、 生料磨、电收尘器中有害成分循环富集到生料中，挥发系数为 k，则进入分解炉的有害成分为k。在分解炉中，有 e1 k 的有害成分挥发，剩余k-e1 k，燃料带入废气的有害成分为f 1。进入窑的生料的有害成分为k-e1 k，挥发系数为 e2，则有 e2(1-e1) k 的有害成分挥发，熟料中的有害成分残余为(1-e2 ) (1-e1) k，燃料带入废气的有害成分为f2。2) 废气流程从左到右，窑气中的
7、有害成分为e2 (1-e1) k+f 2，如果旁路放风量为 B，则放出的有害成分为e2 (1-e1) k+f 2 B ，残余 e2(1-e1) k+f 2（ 1-B）。在分解炉中引入的有害成分为e1 k+f 1，则出分解炉的有害成分为e2 (1-e1) k+f 2（ 1-B ） +e1 k+f 1。进入预热器、生料磨、电收尘器系统后，大部分有害成分被生料和窑灰吸收，只有系数为 V 的有害成分通过系统排出，废气中的有害成分为e 2 (1-e1) k+f 2 （ 1-B） +e1 k+f 1 V 。通过建立进出系统的有害成分相等的方程，可得出k 值。k = 1+f 2 (1-B) (1-V)+f
8、1 (1-V)/1-e 2 (1-e1 ) (1-B) (1-V)-e 1 (1-V) V 的取值见下表表二V 的取值K 2ONa2OSO3Cl -预热器0.1000.4000.1500.050旋风筒0.60.70.550.5生料磨0.60.80.30.7电收尘器0.40.70.450.3V （累计相乘）0.0140.1570.0110.005关于 e1 和 e2 的取值如下：表三 e1,e2的取值K 2ONa2 OSO3Cl10.10.10.10.5ee0.60.40.80.9922.1 旁路放风实例国外某 4000t/d 熟料生产线工程（简称A 工程）的原料成分如下表：表四A 工程原料成分
9、物 料LOISiO 2Al 2O3Fe2 O3CaOMgOK 2ONa2OSO3Cl -合计 %石灰石43.101.600.120.0754.500.0200.010.010.120.00599.56粘土6.9067.8516.546.160.340.1200.120.20.470.09398.79铁矿石0.342.540.1891.641.403.0300.010.020.080.00999.25原料配比为石灰石： 78.8%，粘土： 19.18% ，铁矿石： 2.02%。由此计算得到的生料和熟料成分如下：表五A 工程生、熟料成分物料LOISiO2Al 2 O3Fe2O3CaOMgOK 2O
10、Na2 OSO3Cl -生料35.2914.333.273.0943.040.1000.03110.04660.18630.0220熟料22.145.054.7766.520.1540.04810.07210.28800.0339由此可见，生料的R2O 含量为 0.0777%,在允许的范围内，但氯含量为0.022% ，大于上限值，应设置旁路放风系统。系统以重油作燃料，重油中SO3 的含量为 7%。窑、炉的燃料比为 4： 6。根据 A工程系统热平衡，理论上每增加1%放风量增加的热耗为10.9kJ/kg.cl ，经计算， f1、 f2 值如下。表六 A 工程 f1,f2 取值K 2ONa2OSO3
11、Cl-f1001.0380f2000.6920旁路放风 B=10% 时， k 值、进入分解炉的生料和进入窑的生料、熟料中有害成分残余如下表所示。表七A 工程 B=10% 时生熟料有害成分残余B=10%K2 ONa2OSO3Cl -Na2O_(Eq)k2.371.5610.1516.82进入窑的生料0.100.102.630.290.168进入分解炉的生料0.0740.0731.8920.3690.121熟料中残余0.0410.0610.530.0030.088旁路放风 B=20% 时， k 值、进入分解炉的生料和进入窑的生料、熟料中有害成分残余如下表。表八 A 工程 B=20% 时生熟料有害成分残余B=20%K2 ONa 2OSO3Cl -Na2O_(Eq)k2.101.493.029.20进入窑的生料0.060.060.590.090.104进入分解炉的生料0.0470.0440.4270.1240.075熟料中残余0.0260.0370.120.0010.054与进入窑、炉生料中有害成分允许范围比较，可以看出， 10%的旁路放风量基本可以保证进入窑、炉生料的有害成分在允许的范围内。表九生料有害成分临界浓度SO3Cl -Na2O_(Eq)有害成分临界浓度%2.50.82
