旁路技术的发展

中图分类号：TQ172.6+22.29文献标识码：B文章编号：1008-0473(2002)02-0047-03旁路技术的发展刘文静（编译）合把水泥工业研究设计院（230051）随着水泥行业利用废弃燃料量的日益增加，导致了窑中挥发性元素、尤其是氯元素的增加。为解决这一难题，日本水泥生产商Taiheiyo水泥协会研制出一种新型的旁路系统。在日本大约有15台这样的设备正在运行。本文介绍了这一旁路系统在法国一水泥厂的运行状况。1旁路系统的工作原理排氯旁路系统的工作原理已众所周知。由于氯挥发率超过99%，即使物料含有微量的氯也会造成操作故障，所以在窑尾安装一气体清洗器，以降低氯化物的循环。一般情况下，若没有旁路系统时，熟料中氯含量应限制在0.02%以下。高挥发率对效率有一定的影响。氯旁路系统具有很高的灵敏度，在多数情况下，系统设计成有2%的窑废气由旁路排出。随着越来越多的废弃燃料和原料的再利用，就有必要使旁路排出的窑废气量增加到5%。传统的旁路系统，即使在生料和燃料两者之间产生的微量元素逐渐增加的情况下，也不会影响烧成系统的稳定性，但却产生大量的旁路粉尘。采用两种原理的Taiheiyo工艺解决了氯化物粉尘多的问题，其方法为：（1）具有快速冷却作用的特制抽吸管；（2）通过窑尾处的抽吸管吸入所要分离的粗细颗粒。抽吸管内气体快速冷却，使氯化钠和氯化钾结晶成为细小的结晶体，而不是附在粉尘颗粒上。由于要使氯化物富集在最细的颗粒区中，所以，必须使窑气从1100℃快速冷却至碱金属化合物对应的结晶温度：即600～700℃。急冷是在抽吸管头部进行的。抽吸管内气体再冷却至除尘器中机械部分所能承受的温度：一般为350℃。粗细颗粒是在旋风分离器中的一个或两个旋风筒（根据需要处理的气体量而定）中进行分离。大于10Φm的粗颗粒返回到预热器喂料端，从烧成系统中排走的只是最细的颗粒。这些最细颗粒的氯化物含量最高。从窑尾排出的氯约为80%是富集在不到20%的细粉尘中，有80%多的粗粉尘由旁路又进到窑中，不到20%的细粉尘由旁路进到成品。2新型旁路系统的优点与传统的氯旁路系统相比，新型旁路系统（图1）的主要优点是减少了粉尘量。（1）因为排走的物料量少，所以由旁路系统产生的热损失也较低。已部分分解的碳酸盐、温度为350℃的物料代替新鲜物料再次进到预热器中，从而使碳酸盐分解及显热引起的损失降到最低。（2）在人可控制的情况下，由于粉尘中只含有少量的fCaO，所以在水泥制造中，使用少量粉尘作为水泥混合材对产品质量没有影响。（3）急冷使得粉尘粘性降低，从而解决了旁路粉尘储存及运输问题，尽管如此，仍有必要采取一些预防措施，以防止可能出现的运输问题。（4）与小体积抽吸管有关，为避开多粉尘区域，体积小的抽吸管就能置于窑喂料端筒体上的最佳处，即氯化物浓度最大的地方。3氯旁路系统的设备用于抽取、急冷及分离的一套设备是旁路系统的核心部分，这套设备的工作温度范围为1100～350℃，这一区域称为热区域。它通常是被安装在窑尾预热器框架上。冷却后的气体，在回收氯化物颗粒的除尘器中进行最后处理。辅助部分能明显地与核心部分区分开。这一部分安装在专用的构架上，最高温度为350℃，称为冷区域。其主要设备为：气体热交换器（使气体温度从350℃冷却至150℃）、袋收尘器、排风机、输送机、料斗输送机。图1表示的是最新设计的、其型号为250的旁路系统示意图。它与已安装在日本型号为150的普通型的区别是：（1）最合适的抽吸管形状；（2）增加了1台辅助冷却器。在抽吸管体积略有增加的情况下，辅助冷却器也能实现5%的旁路比，从而使抽吸管保留小体积的优点，抽吸管使气体冷却至450℃，接着又在一特制的混合室中冷却至350℃，每一步冷却都是由专用的冷风机单独控制。图1新型旁路系统示意图4第一台氯旁路系统法国水泥生产商去年为法国一水泥厂订购了1台型号250的新型旁路系统。该系统为日本首台出口设备，也是首次在工业上使用。5旁路设备5.1特殊装置（1）在窑尾安装一生料挡板，改进后的窑保留了这一部分。生料挡板入口安装在抽吸管上方，以避免抽吸管吸入粉尘。（2）粉尘储存及输送是由一个容积为2.5m3的料斗及一气力输送机组成；也可通过一伸缩装置把它输送到卡车中。（3）旁路除尘后，排出的废气不是由烟囱排走，就是送到熟料冷却机的鼓风机中。后者最为常用。由于窑内温度较高，窑内所有的热气体都被利用，所以没有废气从旁路系统排到空气中。（4）根据用户的要求（如图2所示），给旁路系统提供一干燥空气环路，以维持干燥空气的循环，防止因旁路停止工作时存在的腐蚀问题。图2氯旁路系统示意图5.2热区域抽吸管（图3）是由两个同心管组成，新鲜冷气经内外管间隙进到抽吸管。窑尾吸入的废气与冷气在抽吸管圆锥头部混合、并冷却至450℃后，经内管排出。抽吸管是由几部分组成，便于折卸，其尾部留有一活动门，便于操作工人能在运行状况下清理抽吸管。辅助混合室直接与抽吸管出口相联。旋风分离器回收的粗粉经螺旋输送机输送到预热器喂料斗式提升机中。图3抽吸管示意图5.3冷区域冷区域已引起人们的特别的注意。热交换器是由串联的两个室组成，每个室是由冷却的两个步骤组成，洁净冷气在特制的水平管内循环，以免冲淡窑气粉尘浓度。冷却过程是由4台变速风机完成的，为防止管道腐蚀，在每台风机进口处重复使用部分冷却废气，以保证给定区域的温度。热交换器是通过链条系统的交替运动对每排管道之间的间隙进行连续清理。经过周密研制出的运输与储存，尽管解决了传统旁路系统存在的相关问题，但就其设备而言，考虑一些诸如钢的性能、料斗的形状、设备保温性、克服堵塞的机动与气动方式等参数仍很重要。干燥空气环路是用来净化热交换器、袋式收尘器、后排风机、粉尘料斗及螺旋输送设备。它只在旁路系统不工作时，才开始运转。循环气体在干燥器中进行除水。6旁路系统的运行为了避免操作故障而引发的设备损坏，人们给旁路系统配备了一些替代系统。由于后排风机速度与入窑物料的氯含量以及窑尾物料中氯气浓度有关，所以操作工应做的重要事就是调节后排风机的速度。旁路系统的整体流程是由三个主要环路进行控制：（1）抽吸管排气口温度是由一主冷风机进行调控；（2）辅助冷却室出口温度是由一辅助冷风机进行调控；（3）收尘器入口温度由一热交换器的冷风机进行调控。7主要技术指标以较低级预热器旋风筒中物料的氯含量低于0.01%为条件，设计出的旁路系统可避免因氯化物结皮而造成的堵塞。该系统的主要参数及主要设备技术指标分别列入表1、表2。表1主要参数表2主要设备技术指标8结论当本文发表时，法国的这台旁路系统已在运行中。再利用窑废弃燃料和原料量的日益增加是水泥生产商近年来极为关心的事。该系统适应性强、有利于保护环境并具有节能等优点，所以具有很大的发展前景。(收稿日期：2001-10-8)