水泥廠設(shè)計和生產(chǎn)中簡便易行的節(jié)能降耗技術(shù)

                                                           圖1 復(fù)合式密封裝置
 
　　根據(jù)我們的測算，國內(nèi)運行中的各種規(guī)模的回轉(zhuǎn)窯，其窯頭和窯尾密封處總的漏風(fēng)量平均在15%左右。而我公司開發(fā)的復(fù)合式密封裝置，其漏風(fēng)量≤2%，當(dāng)回轉(zhuǎn)窯兩端密封均采用復(fù)合式密封時，總的漏風(fēng)量≤4%。雖然通過我們的努力，在全國已經(jīng)改造了400多條生產(chǎn)線，但據(jù)估計目前還有90%的生產(chǎn)線、大約2.8億噸的熟料生產(chǎn)能力并沒有應(yīng)用這一先進的技術(shù)，依然采用的是傳統(tǒng)方式的密封。如果這些生產(chǎn)線全部改造成復(fù)合式密封，回轉(zhuǎn)窯系統(tǒng)的總漏風(fēng)量還可以下降11%。根據(jù)熱工計算結(jié)果，全國每年節(jié)省的標(biāo)準(zhǔn)煤為76.6萬噸，節(jié)省電耗3.07億kwh，每年創(chuàng)造的利潤總額在5億元以上。

　　回轉(zhuǎn)窯的規(guī)格——用較小的規(guī)格可以獲得更高的產(chǎn)量
　　我公司優(yōu)化后的設(shè)計方案，無論是對正在運行中的工廠，或是新建工程而言，可以用較小直徑和較短長度的回轉(zhuǎn)窯獲得更高的產(chǎn)量，對生產(chǎn)工藝、設(shè)備運行、節(jié)省投資費用等方面均有利，且筒體散熱量在熟料熱耗構(gòu)成中減小，熱耗降低。

　　回轉(zhuǎn)窯的直徑
　　要想挖掘新型干法窯的產(chǎn)量，我們只需分析出新型干法窯的發(fā)熱能力還有多大潛力，就可得出準(zhǔn)確結(jié)論。在衡量窯的發(fā)熱能力時，我們經(jīng)常引用的是燒成帶截面熱負荷這一參數(shù)，因為該參數(shù)僅與回轉(zhuǎn)窯有效直徑存在函數(shù)關(guān)系，簡單直觀。

　　目前正在運行中的絕大多數(shù)新型干法窯，其截面熱負荷與同規(guī)格的濕法窯、余熱發(fā)電窯、預(yù)熱器窯等燒成帶的截面熱負荷相比，反倒是明顯偏小的，因此提高窯的截面熱負荷，大幅度提高新型干法窯的產(chǎn)量是有很大空間的。對新建工程而言，當(dāng)生產(chǎn)線建設(shè)規(guī)模已經(jīng)確定后，回轉(zhuǎn)窯的直徑可以比傳統(tǒng)的設(shè)計方案小。產(chǎn)量提高的原理以及各種窯徑的回轉(zhuǎn)窯提產(chǎn)后的目標(biāo)產(chǎn)量可以參見筆者在《中國水泥》2004年第四期發(fā)表的有關(guān)文章。

　　用小規(guī)格的窯獲得高產(chǎn)量這一設(shè)計方案已在某些規(guī)格的窯徑上得以應(yīng)用，如我公司設(shè)計的SL水泥廠改造項目，φ3.0×48m回轉(zhuǎn)窯的月均熟料產(chǎn)量可達1380t/d，最高日產(chǎn)量可達1500t/d以上；又如我公司設(shè)計的FX水泥廠改造項目，φ2.5×43m回轉(zhuǎn)窯的月均熟料產(chǎn)量可以達到650t/d，最高日產(chǎn)量可達720t/d以上。

　　回轉(zhuǎn)窯的長度
　　雖然國內(nèi)長徑比在10～12.5之間的超短回轉(zhuǎn)窯應(yīng)用由來以久，但還很不普及。到目前為止投產(chǎn)的新型干法窯，絕大多數(shù)的長徑比依然較高，在14～16.5之間，支撐為三檔。

　　1.2.2.1  長度較長的回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)工藝和設(shè)備運行特點
　　長度較長的新型干法窯，燒成帶距離窯頭端部較近，而其窯尾端部溫度一般在1000℃左右甚至更高，因此剛剛分解入窯后的CaO具有很高的活性，非常容易和SiO₂快速形成活性同樣很高的C₂S，而高活性的C2S和剩余的高活性的游離CaO如果此時能快速運動到燒成帶，在高溫的作用下非常容易形成優(yōu)質(zhì)的C₃S礦物。當(dāng)窯的長度較長時，物料需要在過渡帶運動較長時間到燒成帶，C₂S和游離CaO的活性降低很多，反到對C₃S的形成帶來不利影響，影響熟料質(zhì)量。

　　從設(shè)備運轉(zhuǎn)角度來看，三檔窯屬于靜不定結(jié)構(gòu)，無論如何調(diào)整托輪，也難以保證回轉(zhuǎn)窯在回轉(zhuǎn)過程中各輪帶與托輪受力均勻。三檔窯不易克服筒體彎曲、變形等對設(shè)備運轉(zhuǎn)帶來的不利影響，并且對耐火磚使用壽命影響也很大，且傳動裝置電機功率高。

　　從投資角度看，長徑比較高的回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)線，設(shè)備、三次風(fēng)管、耐火材料投資也較高。

　　1.2.2.2  逐步推廣短窯煅燒技術(shù)，節(jié)能降耗
　　由于與回轉(zhuǎn)窯相配套的預(yù)熱分解系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、燃燒系統(tǒng)、密封系統(tǒng)、計量和自動控制系統(tǒng)等技術(shù)水平的大幅度提高，科研、設(shè)計人員對系統(tǒng)進行個性化設(shè)計水平的提高，生產(chǎn)人員對新型干法技術(shù)的不斷掌握和提高，我們已經(jīng)能靈活自如地控制入窯生料的分解率達到95%乃至更高，有能力在窯尾系統(tǒng)適當(dāng)提高生料的入窯溫度，因此我們認為推廣短窯煅燒技術(shù)條件已經(jīng)成熟。

　　目前我公司正在承擔(dān)HY水泥廠的技改工程施工圖設(shè)計，回轉(zhuǎn)窯規(guī)格為φ2.8×35m，為兩檔支撐回轉(zhuǎn)窯，設(shè)計產(chǎn)量為900t/d，實際產(chǎn)量有望超過1000t/d。實踐效果如何，我們在試目以待。

　　1.2.3  優(yōu)化減小回轉(zhuǎn)窯規(guī)格的意義
　　用較小規(guī)格的回轉(zhuǎn)窯實現(xiàn)較高的產(chǎn)量，我們認為有如下兩點意義：一是對于已經(jīng)投產(chǎn)的回轉(zhuǎn)窯，繼續(xù)挖掘生產(chǎn)潛力，提高產(chǎn)量，降低熱耗、電耗；二是對于新建工程，在滿足業(yè)主對建設(shè)規(guī)模要求的前提下，把回轉(zhuǎn)窯規(guī)格減小。例如對于日產(chǎn)10 000t熟料的生產(chǎn)線，目前的回轉(zhuǎn)窯規(guī)格是φ6.0×95m。通過我們對新型干法窯產(chǎn)量的推導(dǎo)，未來通過應(yīng)用新技術(shù)，可能采用φ5.2×60m的回轉(zhuǎn)窯就能實現(xiàn)，這樣一來從設(shè)備制作、運輸、安裝、系統(tǒng)造價、運轉(zhuǎn)率、能耗、電耗等方面都會帶來十分有利的一面。

　　2  冷卻機系統(tǒng)
　　2.1 復(fù)合式的冷卻系統(tǒng)——對老生產(chǎn)線單筒冷卻機改造的理想方案
　　我公司在國內(nèi)外首創(chuàng)的復(fù)合式冷卻機是在回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)線技術(shù)改造的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的最新熟料冷卻專利技術(shù)，目前該項技術(shù)在國內(nèi)五十多條生產(chǎn)線得以成功運用。對于采用單筒冷卻機的生產(chǎn)線，改造后可以提高入窯的二次風(fēng)溫，入爐的三次風(fēng)溫，降低熱耗。此外復(fù)合式冷卻機幾乎吸收了篦式冷卻機的各項優(yōu)點，但電耗只有篦式冷卻系統(tǒng)的50%左右。

圖2 SFL-FB型復(fù)合式冷卻機

 　　2.1.1  結(jié)構(gòu)型式
　　復(fù)合式冷卻機結(jié)合了篦式冷卻機和單筒冷卻機各自的優(yōu)點，主要結(jié)構(gòu)是采用一段錯流換熱篦床，通過復(fù)合式的密封裝置與單筒冷卻機連接，即復(fù)合式冷卻機是由篦冷機段和單冷機段兩部分組成。篦冷機段采用防漏料篦板、防紅河篦板、防雪人篦板、不漏料技術(shù)等全新的專利技術(shù)設(shè)計，以及與其它篦式冷卻機不同的設(shè)計思路，同時在單冷機段采用最新開發(fā)的新型單筒冷卻技術(shù)，主要特點是采用新型揚料板，通過對揚料板布置、筒體斜度、轉(zhuǎn)速等各種參數(shù)的合理設(shè)計，使復(fù)合式冷卻機達到換熱效率高、運轉(zhuǎn)率高、使用安全可靠的效果。

　　2.1.2  工藝原理
　　從工藝角度來看，篦式冷卻機的主要優(yōu)點體現(xiàn)在它的高溫區(qū)，該區(qū)熟料呈撒落和堆積態(tài)，冷空氣與高溫熟料之間的溫差大，換熱效率和速率均很高，篦床單位長度降溫梯度大，可以實現(xiàn)熟料的急冷，并對出窯熟料熱量進行回收，提高二次風(fēng)和三次風(fēng)的溫度；篦冷機的主要缺點體現(xiàn)在它的中低溫區(qū)，雖然篦床面積遠大于高溫區(qū)，但僅是用于熟料的冷卻，回收的熱量隨著空氣排出冷卻系統(tǒng)外，而且由于該區(qū)熟料表面溫度降低，與冷空氣之間的熱交換動力減弱，熟料完全呈堆積狀態(tài)，熟料內(nèi)部導(dǎo)熱過程主導(dǎo)冷卻速率，只有靠大量的冷空氣來冷卻才能保證出窯熟料溫度的降低，因此