水泥窯撒料盒技術(shù)進展

唐新宇，楊國進

（1.天津水泥工業(yè)設(shè)計研究院有限公司，天津300400；2.湖州白峴南方水泥有限公司，浙江 湖州313117）

0 引言

撒料盒也稱撒料箱， 是水泥窯預(yù)熱器管道熱交換系統(tǒng)的一部分。 管道熱交換系統(tǒng)一般包括風(fēng)管、料管、撒料盒、翻版閥等設(shè)備。 管道換熱系統(tǒng)與旋風(fēng)分離器構(gòu)成一個完整的氣固混合-分離和熱交換單元。 當生料粉從料管下落到撒料盒后，因為與撒料盒內(nèi)的撒料板發(fā)生撞擊而被撒料板撒開布料進入風(fēng)管。 有學(xué)者對水泥窯預(yù)熱器的煙氣與生料粉之間的換熱進行研究[1-2]，表明在進入旋風(fēng)分離器之前，煙氣與生料粉進行對流換熱，且換熱過程已經(jīng)接近完成。 因此，在管道熱交換系統(tǒng)中，對熱交換影響最大的因素就是生料粉與煙氣的混合均勻程度，而撒料盒是影響混合均勻程度的設(shè)備。水泥行業(yè)降低能耗節(jié)約能源， 是環(huán)保大背景下所有水泥設(shè)備的發(fā)展趨勢。 撒料盒作為水泥生產(chǎn)核心的熱量交換設(shè)備， 是實現(xiàn)水泥企業(yè)節(jié)能降耗的關(guān)鍵。

1 撒料盒的理論研究

普通撒料盒的結(jié)構(gòu)比較簡單， 結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

影響撒料盒效果的主要因素就是撒料板插入深度、角度、高度幾個參數(shù)。 陶從喜[3-4]通過實驗和數(shù)值模擬，在靜態(tài)情況下研究插入深度、角度對撒料效果的影響，得出結(jié)論，在撒料板角度0°和5°時，布粉均勻程度最高；高于5°以后，布粉均勻程度逐漸下降；插入深度在200 mm 時的布料均勻程度高于100 mm和300 mm； 0°的撒料板雖然撒料效果較好，但是容易集料甚至坍塌。 陶從喜認為將撒料板角度固定在5°，插入深度固定在200 mm，撒料盒工作狀態(tài)最佳。

圖1 撒料盒的結(jié)構(gòu)

2 撒料盒的結(jié)構(gòu)形式改造

由于僅從撒料板的插入深度和角度來改造撒料盒很難實現(xiàn)生料粉的完全分散，因此很多研究者對撒料盒的結(jié)構(gòu)進行改造， 以提高布料的均勻程度。 陶從喜[5]對原有撒料板的結(jié)構(gòu)做了改造，將撒料板改為從一端到另一端逐漸變寬，同時在撒料板上設(shè)置導(dǎo)流板使得下落的生料粉被導(dǎo)流板引流分成多股，同時新的撒料板具有結(jié)構(gòu)簡單、加工制造成本低等優(yōu)點， 該方案在工業(yè)上得到了良好應(yīng)用。胡牧香[6]也對撒料板的結(jié)構(gòu)進行了改動，形式與陶從喜的不同，但是基本原理一致。 彭壽[7]在已有撒料盒結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，在進入撒料盒之前的料管部位增加了圓盤、轉(zhuǎn)軸、刮板等設(shè)備以及出圓盤后料粉以多個料管進入風(fēng)管。其主要考慮，一是利用刮板、轉(zhuǎn)軸將團狀物料打散，二是用固定的轉(zhuǎn)速穩(wěn)定料粉喂入速度，三是多點下料更加均勻。 聶軍[8]在進入撒料盒之前的料管部位增加了拋料輪，同時增加了第二根料管。 利用拋料輪將團狀物料打散，同時可以調(diào)節(jié)拋料輪的轉(zhuǎn)速來控制物料進入風(fēng)管的距離有可能實現(xiàn)更加精確的控制，還有利用限料口控制喂入速度和限制團狀物料進入，最后還利用第二根下料管使下料更分散。 王志宏[9]將原有的撒料板改為2 個撒料盤，撒料盤旋轉(zhuǎn)能將下落的流束形式的生料粉向兩邊帶動，讓物料有一定的角度從撒料盤拋出，從而實現(xiàn)更好的布料效果，改善料粉與煙氣的熱交換。周智勇[10]在原有撒料盒基礎(chǔ)上增加一個儲料盒，在儲料盒下接2 個導(dǎo)料板，導(dǎo)料板上有孔，利用振動電機震動給料，保證進入風(fēng)管的料粉速度均勻。崔恒波[11]在原有撒料板下方增加一個調(diào)節(jié)裝置，該調(diào)節(jié)裝置可以深入到風(fēng)管中，并且深度可以調(diào)節(jié)，通過該調(diào)節(jié)裝置進一步與撒入風(fēng)管的生料粉接觸，改變其運動軌跡，從而實現(xiàn)料粉在風(fēng)管中更加均勻的分布。陳雪梅[12]在原有撒料板上增加了氣體噴吹裝置，通過氣體吹掃料粉進入風(fēng)管，從而在避免料粉堆積的同時使料粉被吹入風(fēng)管，布料更加均勻。陳雪梅[13]還將撒料板的插入深度和角度設(shè)計成可調(diào)節(jié)，可根據(jù)具體的運行情況改變?nèi)隽习宓臓顟B(tài)。 劉寶[14]在已有撒料盒結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，在撒料盒內(nèi)部上方，增加了一個上撒料裝置（即與下撒料板對應(yīng)的上撒料板）， 由于一部分生料粉沖到下撒料板后會被撞擊彈起與上撒料板發(fā)生第二次撞擊，而發(fā)生二次撞擊的生料粉也有可能與下撒料板發(fā)生第三次撞擊。通過多次撞擊，物料得到進一步分散，從而提升了布料的均勻程度。

3 撒料盒改造在水泥生產(chǎn)線的應(yīng)用

3.1 撒料盒自身結(jié)構(gòu)改造

目前很多水泥廠對原有撒料盒進行更新。王夫華[15]將某水泥廠4 級旋風(fēng)筒的撒料板角度從0°改為5°， 解決了因撒料角度較小而集料導(dǎo)致的塌料問題。 程俊生[16]按照陶從喜的思路，將原有撒料板角度從30°調(diào)整到5°，實現(xiàn)了節(jié)能降耗的目標。 姜兵[17]將原有的撒料板改為帶有導(dǎo)流板的撒料板，強化了氣固相傳熱，并減少了堵塞現(xiàn)象。 撒料盒布置位置改造就是在不塌料的前提下降低撒料盒高度，延長物料與煙氣的熱交換時間。

3.2 撒料盒位置改造

郭玉昌[18]將原有撒料盒距離下級旋風(fēng)筒的高度降低，增大了料粉在風(fēng)管內(nèi)的停留時間，加強了氣體與料粉之間的熱量交換， 提高了五級筒的分解率，減輕了分解爐的負擔(dān)，降低了整個預(yù)熱器出口的溫度，最終實現(xiàn)了降低熟料熱耗的目的。程小兵[19]將一級旋風(fēng)筒和二級旋風(fēng)筒的撒料盒位置距離下級旋風(fēng)筒的高度降低，同時將固定角度撒料板改為可調(diào)角度撒料板，實現(xiàn)了降低熟料熱耗的效果。

4 結(jié)語

撒料盒是重要的熱交換設(shè)備，優(yōu)化撒料盒的撒料效果有利于降低熱耗。目前撒料盒的理論研究顯示撒料盒的撒料角度為5°，插入深度200 mm 為比較理想的形式。 同時很多研究者采用優(yōu)化撒料板、增加其他設(shè)備穩(wěn)定撒料速度等手段優(yōu)化撒料盒結(jié)構(gòu)，同時在不影響水泥生產(chǎn)的前提下降低撒料盒高度延長熱交換時間。