水泥生產(chǎn)中，水泥混合料的烘干是一道重要工序，其效果的好壞，往往直接影響到水泥粉磨作業(yè)。因此，選擇合理的干燥設(shè)備，意義非常重大。國內(nèi)大多數(shù)水泥廠采用
回轉(zhuǎn)式烘干機系統(tǒng)，普遍存在著熱效率低、環(huán)境污染嚴重的問題。究其原因，主要是為烘干機提供熱源的熱風爐內(nèi)燃料燃燒不充分，以及烘干機內(nèi)部熱交換不理想等所致。為解決上述存在的問題，萊蕪鋼鐵集團魯碧建材有限公司利用大修期間，通過采用高溫煙氣節(jié)能型沸騰爐替代傳統(tǒng)的回轉(zhuǎn)爐箅層煤燃燒室，以及改進烘干機內(nèi)部揚料裝置等措對其礦渣烘干機系統(tǒng)進行了改造。運行效果表明，改造后的系統(tǒng)不僅提高了烘干機的熱效率和臺時產(chǎn)量，降低了能源消耗，而且改善了環(huán)境，取得了良好的經(jīng)濟效益和社會效益。
1、改造前情況分析
魯碧公司礦渣烘干機的熱風爐最初采用人工操作層煤燃燒室，這種爐型加煤、撥火、清灰等操作全靠人工，勞動強度很大，熱效率很低。后改為回轉(zhuǎn)爐箅層煤燃燒室，自動加煤。機械化程度的提高，一定程度上降低了勞動強度，改善了工人的操作環(huán)境，提高了臺效，在生產(chǎn)中曾一度發(fā)揮了其應(yīng)有作用。但是，由于這種爐型自身仍存在著諸多弊端，制約了其效率的進一步提高，從而影響了熱風爐潛能的發(fā)揮。譬如：煤在此燃燒室中與爐箅之間無相對運動，盡管也采取了撥火操作（所謂撥火就是撥動爐箅上的燃燒層，其目的在于平整和松散煤層，消除“風眼”，使通風均衡流暢，震落包在煤粒外面的灰層，從而使煤燃燒更迅速而完全），但實際生產(chǎn)中效果并不好。煤塊與熱煙氣根本不可能進行充分的傳熱傳質(zhì)過程，煙氣溫度低，并受加煤、撥火、除渣操作的影響，供熱不穩(wěn)定。且正是由于這種燃燒特點導(dǎo)致該種爐型對煤種的適應(yīng)性差，不能燃用粘結(jié)性、高灰分、難以著火的劣質(zhì)煤，這與當前烘干機熱風爐的發(fā)展趨勢遠遠不相適應(yīng)。
主機設(shè)備∮2.4m×18m轉(zhuǎn)筒烘干機內(nèi)裝普通抄板式（亦稱升舉式）揚料板，是在轉(zhuǎn)筒內(nèi)壁上焊以槽鋼構(gòu)成。這種揚料板形成的料幕不完整，據(jù)有關(guān)資料介紹：它形成的料幕和料層總面積與烘干機內(nèi)截面積之比僅為0.3左右，就是說在烘干機內(nèi)截面上留有70%的空洞，留有如此大的空洞率，高溫氣體很容易從這些阻力相對較小的空間穿過，造成“風洞”，使大部分高溫煙氣來不及進行熱交換就損失掉。為改變這種狀況曾通過增減槽鋼數(shù)量以改善熱交換狀況，但效果不理想。
近年來，隨著水泥生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴大，干礦渣需求量相應(yīng)增多，同時原煤質(zhì)量差，灰分波動大，保持原水平的基礎(chǔ)上，烘干機的能力已經(jīng)不能滿足生產(chǎn)發(fā)展的需要，本著節(jié)能、降耗、提產(chǎn)量的目的，再一次對烘干機系統(tǒng)實施了技術(shù)改造。
2、改造內(nèi)容及特點
2.1熱風爐的選擇
熱風爐的作用是向烘干機提供熱煙氣作為烘干介質(zhì)，其提供的熱風是否充足，熱量是否穩(wěn)定，是烘干系統(tǒng)效率高低的前提。目前國內(nèi)水泥工業(yè)常用的爐型有三種：層煤燃燒室，沸騰燃燒室（沸騰爐），噴煤燃燒室（煤粉爐）。其中層煤燃燒室常用的兩種就是人工喂煤層燃室和回轉(zhuǎn)爐箅層燃室。四種最常用爐型性能比較見表1。
由表1可以看出，煤粉爐和沸騰爐熱效率高、產(chǎn)量高、煤耗相對低，是兩種很有發(fā)展前途的新型燃燒法。而沸騰爐又以其結(jié)構(gòu)簡單、制造容易等優(yōu)點克服了煤粉爐爐體龐大、設(shè)備磨損嚴重、維修費用高、環(huán)境污染嚴重等缺陷，并且沸騰爐最突出的特點是它能穩(wěn)定地燃用一般燃燒方式無法燒的多水、多灰、低揮發(fā)物和低發(fā)熱量的煤如無煙煤、石煤、煤矸石等，對合理利用煤炭資源意義重大，是目前其它燃燒設(shè)備都不可比擬的。因此，沸騰爐作為烘干機的熱風爐是較為理想的選擇。
2.2沸騰爐的結(jié)構(gòu)及工作原理
沸騰爐是利用空氣動力作用使煤在沸騰狀態(tài)下完成傳熱、傳質(zhì)和燃燒反應(yīng)。其主要由燃燒室和混合室構(gòu)成，爐體結(jié)構(gòu)如圖1所示。
燃燒室由沸騰層和懸浮層兩大部分組成，從風帽的小眼中心線至溢流管上段邊緣一段為沸騰層，其上是懸浮層。沸騰層的主要部件是布風裝置，由布風板和風帽組裝而成，風帽頭部側(cè)向開孔，使空氣送入方向與爐內(nèi)上升氣流相垂直而不至于穿風，造成局部料層堆積而結(jié)焦。布風板以下空間為風室，空氣由此向上吹送，當空氣以一定的速度通過布風板上的料層時，料層的穩(wěn)定性遭到破壞，整個料層被風托起，顆粒間的空隙率加大，料層在一定高度范圍內(nèi)上下翻滾不已，這種處于松散的沸騰狀態(tài)的料層亦稱流化床。懸浮層有兩個作用：一是使被沸騰層氣流夾帶出來的小顆粒降低速度而自由沉降；二是延長小顆粒在燃燒室內(nèi)的停留時間以便懸浮燃燒。
烘干機正常運轉(zhuǎn)時，經(jīng)破碎后粒度小于10mm的煤粉被機械喂入燃燒室后，顆粒稍大一點的煤粉落入流化床，與流化床上的灼熱燃燒層混合，并迅速進行熱傳遞而著火燃燒：另一方面，上下浮動的大顆粒煤粉之間相互摩擦碰撞，顆粒逐漸變小趨于燃盡，細小的煤粉被向上的氣流卷吸，由于氣流與灼熱燃燒層進行熱交換吸熱，溫度較高，所以這部分煤粉能夠迅速著火燃燒，氣流被進一步加熱，因而沸騰爐燃燒效率高。同時，由于流化床內(nèi)的熱氣流近似湍流運動，導(dǎo)致固體顆粒在流化床中實際上具有相當大的循環(huán)速度，粒子發(fā)生強烈擾動，盡管煤粉不斷加入到流化床中，在穩(wěn)定操作條件下其床層溫度無論在水平方向還是垂直方向上幾乎都是均一的。因而，沸騰爐內(nèi)煙氣溫度具有相對穩(wěn)定性，且易于實現(xiàn)自動化控制。
2.3內(nèi)部揚料板的改進
在烘干機內(nèi)部物料與熱煙氣直接接觸，加大物料與熱煙氣的接觸面積，就能提高熱交換效率，而增加接觸面積的主要手段是在烘干機內(nèi)部選擇安裝合適的揚料裝置。此次改造采用了弧形揚料板替代抄板式揚料板，其型式見圖2。
這種揚料板因為是弧形，所以對烘干粒狀、松散的礦渣特別適用。礦渣進入烘干機由入口處螺旋葉片向前推進，同時礦渣被揚起進行熱交換，從進料端至出料端絕大部分區(qū)段交錯安裝弧形揚料板，在烘干機轉(zhuǎn)筒轉(zhuǎn)動時，礦渣被揚料板舉升，同時逐步拋撒，在簡體截面上形成充滿的、完整的料幕，從而使熱交換更加充分。為避免簡體表面散熱損失，在揚料板與簡體之間加硅酸鋁耐火氈充當保溫隔熱層，使熱能被充分利用，同時防止了簡體的熱變形。
2.4其它措施
2.4.1 提高烘干機轉(zhuǎn)速烘干機運轉(zhuǎn)時，濕礦渣被揚料板拋散，在與高溫氣體接觸時處于熱交換的最佳狀態(tài)，在簡體內(nèi)壁和揚料板上，實際上不與高溫煙弋接觸。有資料表明：就顆粒而言，暴露在空中的時問僅僅是沉浸在筒體和揚料板內(nèi)時間的10%～12. 5%，此是烘干機效率低的真正原因。在進行揚料板改進的同時，適當提高烘干機的轉(zhuǎn)速，單位時間可增加濕礦渣的揚起次數(shù)，延長濕礦渣的揚起時間。魯碧公司烘干機原來轉(zhuǎn)速為3.5r/min，改造后轉(zhuǎn)速相應(yīng)提到4.9r/min，加快了傳熱速率，縮短了干燥時間，從而為產(chǎn)量提高創(chuàng)造了條件。
2.4.2改善通風狀況通風狀況是影響烘干機工藝狀況和產(chǎn)量的關(guān)鍵。通過加強烘干機系統(tǒng)的密封堵漏，并適當加大排風機風量，使通風狀況得以改善。不但可以及時排出因產(chǎn)量提高而增加的廢氣量，而且完全可以克服新增加的阻力，使該系統(tǒng)工藝狀況更趨于合理。
3、改造效果及效益
由于沸騰爐對煤種的適用性廣，實施改造后，以質(zhì)量較差的無煙煤代替原優(yōu)質(zhì)煙煤作燃料，設(shè)備運行一切正常。該系統(tǒng)的機械化程度提高，使操作人員的勞動強度大大降低，工作環(huán)境得到了更好的改善。同時沸騰爐料層溫度相當均勻，并且相對較低，容易控制，一般控制在850～1050℃之間，這樣產(chǎn)生的煙氣中NO，等有害氣體含量較低，因此有利于環(huán)境保護，社會效益顯著。
沸騰爐供熱穩(wěn)定、效率高，簡體內(nèi)部熱交換充分，烘干機產(chǎn)量大幅度提高。經(jīng)初步測定：在礦渣初水分20%的情況下，烘干機的產(chǎn)量由原來的9.5t/h左右提高到14. 6t/h左右，提高幅度達53. 6%。礦渣終水分控制穩(wěn)定，含水量1. 5%以下合格率100%，完全符合水泥生產(chǎn)的質(zhì)量要求。以無煙煤代替煙煤后烘干每噸干渣所消耗的原煤由改造前的70kg煙煤／t降至50kg無煙煤／t。若按年產(chǎn)礦渣水泥12萬t，礦渣摻入量36%，無煙煤每噸125元，煙煤每噸165元計算，則全年需干礦渣量4. 32萬t，僅節(jié)煤一項年可節(jié)約資金額22. 896萬元。
本次進行系統(tǒng)改造共計投資22萬元，僅節(jié)煤一項1年內(nèi)即可收回全部投資，此后年節(jié)煤效益22. 896萬元。如果考慮保持烘干機運轉(zhuǎn)率不變及不受水泥生產(chǎn)影響，由于烘干機臺時產(chǎn)量的提高，使得總體生產(chǎn)規(guī)模必然增大，從而單位產(chǎn)品的固定費用降低，經(jīng)濟效益更加可觀。
