预分解窑系统运行状态的诊断

◆102技术／综述Sum m ar i ze
齐砚勇
(西南科技大学材料科学与工程学院，四川绵阳621010)
中图分类号：T Q l72．622文献标识码：B文章编号：1007—6344(2014J05—0102一08
预分解窑是当今水泥行业最先进的生产工艺。

投入运行的生产线，产量、能耗却是千差万别。

由于水泥熟料的烧成涉及化学反应与扩散；涉及流体、燃烧、传热、流动，任何一个过程、单元都极其复杂。

对原材料的分析检验不全面，仅有元素分析。

分析结果不及时，不能及时应对指导热工参数的调整。

现有热工分析检测手段基本只涉及温度、压力的测量。

大多数工艺热工参数都不能直接获得。

对预分解窑系统的运行状态不能及时、准确的评估判断。

窑系统的计算机自动控制远不能令人满意。

预分解窑工艺由预热器、分解炉、回转窑、冷却机、燃烧器热工设备子系统组成。

每个子系统正常工作，才能为优质、高产、低消耗、低排放打下基础。

利用现有的工艺参数，对各子系统进行合乎实际的分析、判断显得及其重要。

1预热器的分析与诊断
气固换热效率和气固分离效率高、系统阻歹好是一个优秀的旋风预热系统必须具有的要素。

组成：旋风筒和上下级旋风筒间热量交换的管谴中问部位设有上一级的旋风筒下料管和锁风阀。

旋风筒进行分离的生料可以畅通的进入到下一甥又防止从下一级旋风筒跑出的热气流直接经过．f 风筒造成的气流“短路”，同时避免已经发生蠢造成二次飞扬，保证了上一级旋风筒的分离效率：1．1影响预热器性能的因素
1．1．1旋风筒内部流动规律
根据以下两类理想的旋流运动，可得其对应表达式。

①强制涡：即涡流内各点有相同的旋转角谢体一样。

②自由涡：即无摩擦流体的旋转运动，其涡流运动中的切向速度，使得流体微元在所有径向位置上的动力矩相同。

而实际流体中的切向速度分布则介于以上二者之间。

1．12旋风筒压力分布
在旋风分离器和旋风管分离器中，如果能弄清静压和动压间的关系P和{伊2(其中p是密度)，那么就容易理解分离器内的流场和压力分布。

当忽略流体摩擦时，著名的伯努利方程在稳态流动时的表达式为：
旦+曲+三v2=常数
．口／
式中，可以看出静态压力项和动态压力项即方程左边的第后考常常称为速度头。

上式为两侧除以流体密度后的形式。

这个方程表明，流场中的静态压力和动态压力是可以相互转换的。

在速度高的地方，静态压力较低。

反之亦然。

这是很多流量计的工作原理。

例如，皮托管和文丘里管流量计。

在处理涡流问题时，认识静态和动态压力的相互关系，显得尤为重要。

当讨论气体旋风分离器和旋风管分离器时，第二项与其他两项相比，显得无关紧要了，这是因为流体密度较低，且高度差不是非常女
【j
图1旋风筒流动迹线图2旋风筒内部压力分布
从图2可以看出，锥部压力与旋风筒出口静压力相当，且略高一
善媒婆黛氍三二：疑
痞j}!}
…星黛氍E ：三
一D
图3不同直径颗粒旋风筒内运动轨迹
Sum m ar i ze综述／技术103一
图3可以看出，小颗粒的粉尘随气流从旋风筒出口排出，而大
颗粒粉尘碰到边壁，被收集下来，从锥部卸料口排出。

1．1．3分离效率与漏风
分离效率q与漏风系数K的关系如图4所示。

可以看出，当K小
于2％时，分离效率变化很小，但当K大于2％时，分离效率开始迅速
下降，继而随K的增加而陡然下降。

当K=4．5％时，降至30％以下。

对于预热器，这是绝对不允许的。

因此，无论从系统热效率还是从
分离效果来考虑，旋风筒下料口处的漏风应尽可能控制在2％以下。

图4分离效率与漏风系数关系
1．1．4各级旋风预热器出口温度
生料在进入回转窑之前会先后经过各级旋风预热器，并且生料
会在旋风预热器内通过热交换发生部分分解反应，因此，各级旋风
预热器出口温度表征了各级旋风预热器的热交换情况、生料喂料情
况和通风情况。

所以，可以观察各级旋风预热器出口温度变化的情
况，判断出各级旋风预热器的下料情况。

正常情况下，各级旋风预热器出口压力都为负压，各级旋风
预热器出口压力直接反映了各级旋风预热器内的通风情况，因此，
可以通过对各级旋风预热器出口压力的变化判断各级下料管漏风情
况、系统漏风与堵塞的情况。

表15级悬浮预热器良好工作时出口温度及各级出口温差
各级下料管温度低于部位出口温度／℃温差，℃
出口温度／℃
Cl出口300
C2出口480△1．2=18010
C3出口640△2．3=16010
C4出口770△3,4=13010
C5出口分解炉出口一10T；
实例l：X W2500t／d生产线预热器的分析与诊断。

由图5及表2可
以看出：
(1)c。

出1：3温度达351℃，说明各级预热器工作不良，最终导
致热耗偏高。

特别是cr vc。

旋风筒物料分散不均匀，导致生料与气体
换热效果不良。

(2)c：出1：3温度严重偏低，经现场查看，c：测温点接近下料
点，且撒料板工作不良。

由图5可发现c：出口温度I七c。

出El 温度还低。

◆104技术／综述Sum m a r i ze
图5X W厂预热器温度
表2X W旋风筒出口温度与温差
理想出口实际出口
部位实际温差，℃温差，℃温度，℃温度／℃
C l出口300351
C2出口480274△1．2=一77△1．2=180 C3出口640607△2．3=333△2．3=160 C4出口770770△3,4=163△3．4=130分解炉880
C5出口811
实例2：TR4000t／d生产线窑尾截图见图6，旋风筒出口温度及负压见表3。

由图可以看出：T R窑尾旋风筒存在以下问题：l级简下料点撒料板工作不良，料分散不良，2级筒出121温度长期偏低，热交换差，导致l级筒出口温度偏高。

具体由图6及表3可看出：
(1)c，A、c．B锥部压力均比出口低；
(2)C，A锥部压力低于出口压力；
(3)C，B锥部压力低于出口压力；
(4)C。

A、C，A锥部压力低于出口压力；
(5)c。

B锥部压力低于出口压力：出现锥部压力低于出口压力(一般锥部压力采样点在锥部出口上部1．5m左右)，说明旋风筒分离效率低，由翻板阀漏风或者整体拉风不足所致。

(6)5级筒下料管温度长期比出口高。

可能有两种原因：a、煤粉燃烧不完全，在5级筒锥部能看到火星。

b、5级筒撒料板毁坏，导致4级筒喂人物料撒料不均匀，导致5级出口温度偏低。

图6T R窑尾截图
表32013年3月测得的T R旋风筒出口温度、负压与温差位置温度，cc负压舢Pa l级筒出口352498l
1级筒锥部4180
2级筒出口3623883
2级筒锥部3822
3级筒出口687
高温风机178
三次风800
二次风943
产量216
实例3：运行状况优秀的5000t／d生产线的旋风筒温度与压力情况见图7，表4，表5。

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巾，柏肿网鐾{』田鬣
鳓；阳巴一兹镬黑剿∞品
广雁‰℃
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图7L S5000t／d 预热器截图
表4L S旋风筒温度与温差
理想出口实际出口理想实际
位置存在问题温度／℃温度／℃温差／℃温差，℃
Cl出口300291
cz撒料板可C2出口480431△l_2=180△1_2=140
能状态不良
C3出口640618△2．3=160△2．3=187
C4出口770733△3．4=130△3．4=115
分解炉880877
C s撒料板工C5出口769
作不佳
表5L S旋风简温度、压力
位置温度／℃问题压力／Pa存在问题
1级筒出口29l--4339
1级筒锥部
2级筒出口431—3278良好
2级筒锥部-3809
3级筒出口618-2899漏风、分离效果差3级筒锥部-2765
4级筒出口733撒料不均-2282
4级筒锥部755
5级筒出口834煤燃烧不均一1714漏风、分离效果差
5级筒锥部861—1529
高温风机220A
产量382
实例4：优秀的2500t／d生产线的旋风筒温度，压力分布状况，见图8及表6一
图8M S窑尾中控截图
Sum m ar i ze综述／技术105●
表6M S旋风筒温度压力分布
位置温度，℃换热压力／Pa分离效果
1级筒出口297—4614良好
1级筒锥部314有偏差一4796
2级筒出口良好
2级筒锥部一4052
3级筒出口659—2555良好
3级筒锥部661-2948
4级筒出口667撒料不均-2311良好
4级筒锥部763-2700
煤燃烧不完
5级筒出口811一1454良好
全
5级筒锥部936—2106
高温风机121A
产量193
1．1．5高温风机拉风情况
通过考察高温风机人口负压、变频转速、电机配置、运行电
流，对系统总拉风大小进行分析判断。

图9W C2500t／d生产线中控截图
图10L L2500t／d 生产线中控截图
◆106技术／综述Sum m a r i ze
l“：圆薯
_薯嘲A ：息一直风门：豳田鼻{￡!j一__l扫
图11C J2500删窑中控截图
表7高温风机电流与负压产量关系
高温风机电流C-出口负压生料提升机电生料喂料量规模
／A／Pa流／A／(dd)
94-4750106．9159
96．9—6000120．8197 250097．9-8300101173 2500147—550083．3174 250012l-450095．7185 2500100-550086．8130 4000142—4150212330 5000234—5300284350 5000226-4350245385 5000260-4850270395 1．1．6预热器出口气体成分
实例1：PE预热器、分解炉出口气体成分的具体数据见表8
表8PE预热器、分解炉出口气体成分
023．18021．7
C01016(超)C0
C-汇合N0715C4出口N O543 N023-3N024
S02O S02O
029．51021．14
C01015(超)C07851(超)
分解炉中
C2出口N O619N0715
部
N0224．3N023．3
S025S02131
022．502O．66
C04058(超)C06780(超) C3出口N0345C5出口N00(>671) N027．9N O z0．5
S0292S02166
该生产线各级旋风筒C O浓度高、波动大。

Cs-C．漏风逐渐增大。

so：逐渐降低。

分解炉N0，含量较高。

该系统拉风不稳定，煤在分解炉中燃烧不完全。

实例2：D z预热器、分解炉出口气体成分见表9：
表9D Z预热器、分解炉出口气体成分％气体成分C1C2C3分解炉出口烟室022．92．32．632．1O
C025002262280557超极限
N0233150568671
N021．12．45．91．8
S02110O0
由表9可以看出，烟室C O含量超过仪器量程，窑内通风严重不足，煤粉燃烧不完全。

12，～C．漏风逐渐增多。

N O。

全部从分解炉中产生。

2篦冷机诊断分析
21离心风机的诊断分析
2．1．1离心风机型号
风机型号为：c4—72一l l N o．8c右900；c：风机用途为排尘(一般可省略不写)，4：风机在最高效率点时的全压系数乘10后的化整数，；=(寿)蔫=(旮，2羞≥2∞w￡，72：风机在最高效率点时的比转数一，=兰等，1：进口为单吸人，1：设计顺序，1表示第p如
一次，N o．8：风机机号，即叶轮直径D：=800m m，c：风机传动方式(共有A—F六种)，右：旋转方向(从原动机侧看)，90：出风口位置与水平线夹角。

2_12离心风机性能
风机的全压P是由静E,p。

和动压P。

两部分组成。

离心风机全压值上限仅为1500m m(14710Pa)，而出口流速可达30m／s左右；且流量Q(即出口流速v：)越大，全压p就越小。

因此，风机出口动压不能忽略，即全压不等于静压。

例如，当送风管路动压全部损失(即出口损失)的情况下，管路只能依靠静压工作。

为此，离心风机引入了全压、静压和动压的概念。

风机的动压定义为风机出13动压，即
1
2
pd=pd2=i,t x,2(N／m2)(1)
风机的静压定义为风压的全压减去出口动压，即
p矿p-p南=p一丢仍2=p啦一&一击∥12(N／m2)(2)
风机的全压等于风机的静压与动压之和，即
p2p对+p画(N／m2)(3)
以上定义的风机全压P，静压P。

，和动压弛，不但都有明确的物理意义，而且也是进行风机性能试验、表示风机性能参数的依据。

2．1．3比转
风机比转在风机的选型中有重要作用，特别是对于种类繁多
的离心风机无量纲性能曲线的选型更为方便。

风机比转数的概念同水泵比转数，比转数在应用中的意义也相同。

风机比转数的计算公式为
以．："--船'扭-'2／g (4．)
以J
2。

…
L ，P20
式中：n ——转速，r pm ；
p ——流量，m Z ／s ；
n 。

——标准状态下的风机全压，m m H 20。

表10
比转数与叶轮形状和性能曲线关系
踟∞
40
^
暑
＼
Z
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●
a
X
、，
器
础
Sum m ar i ze 综述／技术107●
l 234567B 9
Q (xl
oI 刊／h)
图12
典型后向叶轮离心通风机的性能曲线
≥
■
≤
2D 10
2．1．4风机的性能曲线
图13
5-48型离心通风机的无量纲性能曲线
从上述各风压的概念出发，按照性能曲线的一般表示方法，风
21．5转速与风机l 生能关系
机应具有5条性能曲线。

!生：一F1．r
流量转速成正比
(1)全压与流量关系曲线(p-Q [f l t 线)；gm
门m
(2)静压与流量关系曲线(p,,-Q I }I t 线)；堕：『生1
压头与转速平方成正比
Pm
l “m
J
(3)轴功率与流量关系曲线(Ⅳ-Q 曲线)．。

，"、，
(4)全压效率与流量关系曲线("1／一Q I #I 线)；
}2【罟l
功率与转速立方成正比
(5)静压效率与流量关系曲线("t ／，Q 曲线)。

5条性能曲线中，pr Q 曲线与77厂Q 曲线是有别于水泵的两条性2．2篦冷机诊断分析
能曲线。

全压效率计算方法同水泵，即
T7_Ⅳu ／N=高
(5)
式中：p ——全压，N ／m ：；
卜流量，m3／s ；卜轴功率，w 。

静压效率77，，定义为风机的静压有效功率与风机的轴功率之比
即
仉虮／Ⅳ=高
(6)
离心风机性能曲线如图12所示。

我们截取TFM 厂窑头的中控画面见图14，风机风量、压力的有关情况进行分析见图15、16。

图14FM 窑头中控截图
◆108技术／综述Sum m ar i ze
图15FM篦冷机风机铭牌风量与工况风量图16FM篦冷机风机铭牌压力与工况压力
根据图14～图16可以看出，FM厂几乎所有风机的工况全压都低于风机的铭牌全压，但风量大大低于铭牌风量，风机处于低效率
状态。

由于如篦冷机风量不够，导致出篦冷机熟料温度高，达到
250。

C。

头牌余风温度达450。

C，三次风温度仅8300C。

实例2：W S4000t／d生产线篦冷机运行状态诊断，其窑头截图见图17和风机运行参数见表11。

由图17及表1l可知，5706、5708、5710风机为粗料边、阻力小、风量大、风温度低。

而细料侧风机5705、5707、5709阻力大、
风量小、风机电流小，熟料冷却不好。

总体二、三次风温度低。

熟料在篦冷机内部堆积状态见图18。

表11W S篦冷机风机标定结果
图17w S窑头中控截图
风机铭牌参数风机实际运行参数
设备名称
风压／Pa风量／(m3／h)功率，kw电流／A风压，Pa风量／(m3／h)实际电流／A标况风量／(nm3m) 57031390017760110203104962626010321511 5704133001628090163．679001777216514252 5705114901702090166．198001674812513738 5706114901702075136．883806608613353306 5707102802220090163．690501899212715442 5708102802220090163．688001851012815000 5709967031970132238．588602847719022868 5710967031970132238．567902375020918744 57111028026050110199．867印5526015543795 5712907035520132237．749206112022447515 5713786043510160287．843109339524671803 5714665057720160287．849003891418630225 5715544057520132237．727203402011025917 5716423057720901632130537689040588合计13361045446095910553072434709
个。

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I 星盛盈麴勤
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图18窑转向、篦冷机熟料分布示意图
Sum m ar i ze 综述／技术109●
由表12可以看出，5706全压达到铭牌压力，但标况风量低于铭
牌风量，叶轮磨损、风机效率降低；
5707、5709b 全压超过铭牌压力，但标况风量大大低于铭牌风量，篦冷机料层阻力太大，风机不能胜任，应更换压力大的风机；
5712、5714、5715、5717全压未达到铭牌压力，但标况风量低于铭牌风量，叶轮磨损、风机效率降低；
5708b 、5709b 、5710b 出口压力均比相对应的另一侧压力高，为细料侧，相应风量小。

实例3：D s 5000t ，d 生产线篦冷机风机标定结果见表12，中控画
图20为1、2室风压力，存在压力波动大现象，压力突降、突升面截图见图19。

常有发生，熟料层存在吹穿现象，也可能存在细粉塌料等状态。

表12D S 篦冷机风机标定结果
编号
静压／Pa
全压，Pa
工况风量／(m 3／h)
标况风量／(m 3／h)
铭牌风压
电机功率，kw
额定电流／A
铭牌风量／(m 3／11)
实际电流／A
5706110051129715307149201176011020018600167570715345153654298435811590110200223691735708a 1235513347181361789911590110200223691855708b 1253513385169121644212100110200210001895709a
90359777345493317l 931016028940380222570％
95051007028492275709310160289403801875710a 621074982116419911833090165214201315710b 6520785521553202708330901652142015757117825809l 25523245568330902012460015057126200634220204191367546
1102012772016l 57134940588038667355686664
110240327602225714426548743022723927627290167315901685715470048885187442347588016029158800211571638804397651405437053901322405460020657172730314050972424504390110204516001355718
2575
3256
53622
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D S 篦冷机中控截图
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D S 篦冷机1、2室压力。