水泥熟料燒成系統(tǒng)操作新技術(shù)
新型干法水泥生產(chǎn)技術(shù)是以懸浮預(yù)熱和窯外分解技術(shù)為核心的水泥熟料生產(chǎn)技術(shù)。但是多年來新型干法生產(chǎn)線的操作方法一直沿續(xù)了原來中空窯的操作方法。這種操作方法制約了新型干法生產(chǎn)技術(shù)特點的充分發(fā)揮。本文中介紹的這套新的操作技術(shù)，是建立在近100條生產(chǎn)線熱工標(biāo)定結(jié)果基礎(chǔ)上的。這些標(biāo)定結(jié)果真實的反映出正在運行的燒成系統(tǒng)，三次風(fēng)的實際風(fēng)量要比工況狀態(tài)下的理論值和實際用煤量所需空氣量要少20—30%。而這也正是預(yù)熱預(yù)分解系統(tǒng)的分解爐越做越大的根本原因。本文中介紹的這套操作技術(shù)，充分發(fā)揮新型干法生產(chǎn)技術(shù)原理，最大限度的提高了分解爐的能力和技術(shù)性能，同時又充分發(fā)揮了水泥工藝學(xué)中“正?；鹧骒褵辈僮髦贫鹊膬?yōu)點。這套操作技術(shù)的完善，是建立在對系統(tǒng)進行了精準(zhǔn)平衡的計算的基礎(chǔ)上的，因此又叫精準(zhǔn)平衡操作技術(shù)。
前言
窯外分解技術(shù)在中國出現(xiàn)已經(jīng)四十多年了。技術(shù)已經(jīng)很成熟。以至于如果有人說這個系統(tǒng)還可以進行優(yōu)化時都很少有人相信。
然而自從窯外分解技術(shù)進入到中國以來，至今沒有提出一套完整的標(biāo)準(zhǔn)的能夠充分發(fā)揮分解爐性能的燒成系統(tǒng)操作的方法。按照任何技術(shù)都是在發(fā)展的觀點，這顯然是不正常的。窯外分解的基本理論是成熟的，大家也都在按照一些原則進行著操作。但是隨著國家對環(huán)保節(jié)能要求的提高，原有的操作技術(shù)已經(jīng)難以適應(yīng)。例如控制窯內(nèi)的過剩空氣系數(shù)在1.05的情況下進行正常煅燒就基本是不可能的（雖然有些標(biāo)定數(shù)據(jù)達到了這個結(jié)果）。淄博科邦公司在這些年的生產(chǎn)實踐中，在不斷為水泥廠解決生產(chǎn)難題的過程中，探討出了一些新的操作方法。并組合起來系統(tǒng)的使用，取得了不同于原來操作方法的效果。在知識產(chǎn)權(quán)專家的建議下，這項技術(shù)申請了發(fā)明專利：《水泥熟料燒成系統(tǒng)控制方法》。
這項操作技術(shù)的產(chǎn)生應(yīng)該追溯到1995年。那時候生產(chǎn)線的能力都不大，700t/d的就是大生產(chǎn)線了。當(dāng)時很多生產(chǎn)線的熟料冷卻都是采用的單筒冷卻機。在生產(chǎn)時，窯頭罩都是正壓或是微正壓。完全負(fù)壓的很少。有些工廠窯頭正壓到看火都需要拿著像盾牌一樣大的看火鏡。當(dāng)時大家都不明白產(chǎn)生正壓的原因，有些工廠甚至將高溫風(fēng)機的風(fēng)量加大了一倍，祈望將窯頭拉成負(fù)壓，但是沒有作用，反而使生產(chǎn)更不穩(wěn)定了。當(dāng)時就有一些文章探討單筒冷卻機的規(guī)格和回轉(zhuǎn)窯規(guī)格的匹配問題，希望通過匹配來解決窯頭正壓問題。也有一些工廠，對窯頭罩進行了改造，特別是窯頭冷煙室的尺寸。改造后確實有些效果，但隨之帶來的是產(chǎn)量降低和熱耗增加等一些其他方面的影響。
淄博科邦在研究了這種現(xiàn)象，并在一些在水泥廠工作的專家的啟發(fā)下，利用組合技術(shù)實現(xiàn)了窯頭罩的負(fù)壓工況。同時使旋窯的產(chǎn)量大幅度提高。實現(xiàn)了多種懸浮預(yù)熱器窯的達標(biāo)達產(chǎn)。在這種情況下逐漸認(rèn)識了系統(tǒng)空氣平衡的重要性以及其中的一些特殊關(guān)系。真正達到高峰的是利用這方面的技術(shù)解決了當(dāng)時被稱為水泥行業(yè)老大難問題的河北宣化水泥廠（今張家口金隅）700t/d生產(chǎn)線的達標(biāo)問題。在以系統(tǒng)空氣平衡為主要指導(dǎo)思想的基礎(chǔ)上，沒有對系統(tǒng)進行大的改動，只改了一些在他人看來無足輕重的若干細(xì)節(jié)部位，就使這個建廠10年沒有達標(biāo)的生產(chǎn)線，遠遠得超過了設(shè)計產(chǎn)量而達到了800t/d。
時至今日，科邦公司已經(jīng)完成了關(guān)于分解爐和篦冷機的優(yōu)化操作的研究，完成了燒煤燃燒器的合理使用的研究，同時完成了在10000t/d以下規(guī)模多條生產(chǎn)線應(yīng)用這項操作技術(shù)的原理進行操作的工作。并取得了顯著效果。
俗話說，三分技術(shù)七分操作（這個說法不一定準(zhǔn)確）。一個技術(shù)設(shè)計好的燒成系統(tǒng)，設(shè)計者如果不能同時設(shè)計出相對應(yīng)的合理的操作方法，那它就不會充分發(fā)揮出設(shè)計者期望的性能。所以科邦公司在推出燒成系統(tǒng)優(yōu)化技術(shù)的同時也推出了這項操作技術(shù)(專利)。希望它與淄博科邦公司推出的其他技術(shù)一起，為水泥熟料生產(chǎn)線再次降低熱耗，減少有害氣體的排放的技術(shù)進步做出一些貢獻。
一 技術(shù)的起源
水泥熟料燒成系統(tǒng)的操作，是直接關(guān)系到水泥質(zhì)量和成本的重要工作。同時還直接影響著系統(tǒng)NOx的產(chǎn)生量、SNCR脫硝系統(tǒng)的氨水用量。影響著熟料制造成本。因此，掌握先進的、正確合理的、精準(zhǔn)的、高水平的操作技術(shù)是水泥廠中控工作的最重要的任務(wù)。
新型干法水泥生產(chǎn)技術(shù)的核心是懸浮預(yù)熱和窯外分解技術(shù)。因此，采用窯外分解技術(shù)的燒成系統(tǒng)，首先需要保證窯尾預(yù)熱器系統(tǒng)特別是分解爐的正常、穩(wěn)定、高效的工作。并使其最大限度的發(fā)揮預(yù)熱預(yù)分解作用。而目前正在運行的新型干法熟料燒成生產(chǎn)線，多年以來一直都延續(xù)一種基本相同得原則和方法來操作。這種方法在運行中的表現(xiàn)特點為：
三次風(fēng)管的閥門開度控制在30---50%，以加強窯內(nèi)通風(fēng)；噴煤管的火焰調(diào)整為活潑有力，把噴煤管定位在第四象限，加強火焰對熟料的直接熱交換作用；把窯頭罩壓力控制在-50----0pa；窯轉(zhuǎn)速達到最高轉(zhuǎn)，實現(xiàn)薄料快燒。
隨著新型干法生產(chǎn)技術(shù)的進步和社會環(huán)境對節(jié)能減排和減少氮氧化物等有害氣體排放要求的不斷提高。這種舊有的操作方法已經(jīng)逐漸感到難以適應(yīng)這些要求。例如：分級燃燒技術(shù)，需要控制窯內(nèi)的工況在低過?？諝庀禂?shù)的況態(tài)下（α≦1.05）。這樣可以減少氮氧化物的生成量，提高并穩(wěn)定分解爐分級的效果，就是一個很典型的例子；不少分級燃燒技術(shù)就是因為無法使窯內(nèi)的過剩空氣系數(shù)實際達到要求數(shù)值，而達不到減少NOx的效果。很多窯如果這樣操作，就會出現(xiàn)熟料呈現(xiàn)還原氣氛的現(xiàn)象，嚴(yán)重影響熟料質(zhì)量。還有，將噴煤管定位在第四象限的位置，很容易使煤粉落入熟料中去，形成熟料的還原氣氛。
這項新的操作技術(shù)是建立在淄博科邦公司對燒成系統(tǒng)優(yōu)化理論的基礎(chǔ)上。其中科邦公司創(chuàng)始人郭紅軍先生《關(guān)于分解爐的優(yōu)化和操作》；《篦冷機的優(yōu)化和操作》；《燒煤燃燒器的合理使用》等系列講座中的理論解釋和對燒成系統(tǒng)的全面認(rèn)識和分析，為這種操作方法奠定了基礎(chǔ)。同時指導(dǎo)著這種種操作技術(shù)的合理應(yīng)用。
2 新的操作技術(shù)建立的基礎(chǔ)
以理論計算、數(shù)據(jù)分析為依據(jù)；以系統(tǒng)空氣平衡為操作前提；
以保證分解爐用風(fēng)（三次風(fēng)）和采用“正?；鹧骒褵贫取辈僮鳛橹攸c；
以窯頭罩的溫度、壓力兩個數(shù)據(jù)為主要控制參數(shù)；
通過合理調(diào)整窯頭噴煤管的四個風(fēng)速和風(fēng)量的匹配、合理篦冷機的操作，最終實現(xiàn)熟料燒成的高質(zhì)、高產(chǎn)、低消耗、低排放的目標(biāo)。
這項操作技術(shù)在系統(tǒng)運行參數(shù)中的表現(xiàn)特點為：
1 三次風(fēng)管的閥門開度在85--100%；
2 噴煤管定位在窯口中心線以上（0，10--50）；
3 采用“正常火焰煅燒制度”。
2.1 以理論計算、數(shù)據(jù)分析為依據(jù)，以系統(tǒng)空氣平衡為前提
采用這項技術(shù)進行操作之前,首先要進行系統(tǒng)分析計算。弄清楚系統(tǒng)中各部位的空氣來源和數(shù)量。弄清楚排出多余空氣的數(shù)量和能力以及排出煙氣的能力。清楚篦冷機內(nèi)零壓點的位置和對應(yīng)的風(fēng)機數(shù)量。制作簡單的平衡圖（見上），然后進行分析。
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2.1.1 懸浮預(yù)熱預(yù)分解系統(tǒng)的分解爐有三十幾種。這些分解爐由于結(jié)構(gòu)不同、規(guī)格不同或是結(jié)構(gòu)相同參數(shù)不同，以及配套的噴煤管不同，其性能是不一樣的。而且運行中需要的空氣量也不一樣。以5000t/d的D-D爐窯尾系統(tǒng)為例：這種爐型其過?？諝庀禂?shù)需要1.15（亦有過剩空氣系數(shù)只需要0.95的分解爐）。在產(chǎn)量達到5700噸時，分解爐的用風(fēng)量為132941m3/h。進入分解爐時的工況風(fēng)量為603576m3/h。按照此平衡數(shù)據(jù)計算，窯內(nèi)的煙氣量為526683m3/h（工況），窯尾煙室縮口的實際風(fēng)速為32--33m/s；如果在操作中將三次風(fēng)管的閥門關(guān)到很小，窯內(nèi)的實際通風(fēng)就更大了，所以縮口的風(fēng)速就會更高。這時如果窯尾煙室縮口的直徑不變的話，分解爐內(nèi)的氣體流場就會因為三次風(fēng)風(fēng)速和風(fēng)量脫離設(shè)計時的數(shù)值，使分解爐不能按照設(shè)計參數(shù)來發(fā)揮作用，使系統(tǒng)的能力受到了限制。
2.1.2 系統(tǒng)中采用的篦冷機在冷卻風(fēng)機的配套風(fēng)量上也不一樣；一般第三代篦冷機的冷卻風(fēng)量大約是2.3nm3/kgcl。而第四代篦冷機的冷卻風(fēng)量僅有1.5-1.8nm3/kgcl。這樣余風(fēng)抽取口和煤磨抽風(fēng)口的位置設(shè)置就應(yīng)該不一樣。燒成系統(tǒng)用風(fēng)量和余風(fēng)排風(fēng)量的分界線（也即人們常說的篦冷機的“零壓點”）就不一樣了。如果“零壓點”內(nèi)設(shè)置了取風(fēng)口，那么在操作時就很難保證系統(tǒng)運行時的燃燒空氣量。即使“零壓點”在抽取口之內(nèi)，如果冷卻風(fēng)機的實際供風(fēng)量（閥門開度或者轉(zhuǎn)速）不能達到設(shè)計要求，則“零壓點”就會向后移動到取風(fēng)口的位置。而這時仍然不容易保證系統(tǒng)用風(fēng)。或者是以高的用煤量來保證系統(tǒng)運行。仍以5000t/d的燒成系統(tǒng)為例：在產(chǎn)量達到5700噸時，熱耗105kgce/tcl時，需要用的空氣量為219888m3/h。一般情況下，篦冷機的一段篦床配套風(fēng)機有六臺，其總風(fēng)量基本正好滿足。但是在實際運行中，很多風(fēng)機的進風(fēng)口閥門開度只有70-90%，或者是變頻器的頻率調(diào)整在45Hz以下，這樣一來，一段的供風(fēng)量就不能滿足燃燒用空氣的要求了。在這種情況下，如果再繼續(xù)提高產(chǎn)量，將會造成用煤量大幅增加的現(xiàn)象（有很多工廠的實際情況已經(jīng)驗證了這一點），使熟料的熱耗急劇增加。形成產(chǎn)量越高，熱耗越高的現(xiàn)象。而且還會因為煤粉不能充分燃燒，容易造成質(zhì)量不穩(wěn)定的狀況。所以，操作時就需要考慮如何用二段的風(fēng)機來提供風(fēng)量的問題；或者是提高噴煤管的供風(fēng)量來保證空氣量。但這樣做在實際操作時一般的操作人員很難做到。
2.1.3 對于小窯頭罩結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)來說，由于其窯內(nèi)用風(fēng)和分解爐用風(fēng)是分別從篦冷機的不同位置引風(fēng)的。這樣就需要多考慮一種因素：如果窯頭罩的尺寸范圍內(nèi)的冷卻風(fēng)機供風(fēng)量不能滿足窯內(nèi)煤粉燃燒的需要，就需要調(diào)整三次風(fēng)管的取風(fēng)口的位置，或是調(diào)整三次風(fēng)取風(fēng)口的尺寸。再或是關(guān)小三次風(fēng)管閥門，控制三次風(fēng)管在此范圍內(nèi)的抽風(fēng)量。這樣一來，系統(tǒng)地整體阻力就會增加，高溫風(fēng)機的實際風(fēng)量就會減少，電機的電流就會增大了；
所以，一個設(shè)計合理的燒成系統(tǒng)除了預(yù)熱器、分解爐設(shè)計合理之外，還需要窯頭罩結(jié)構(gòu)、篦冷機的冷卻風(fēng)機、余風(fēng)排放口的位置、三次風(fēng)管直徑、送煤管道規(guī)格及布置等等細(xì)節(jié)設(shè)計合理。才能保證系統(tǒng)中各部件的能力充分匹配，才能使操作人員在采用合理的操作方法時，使系統(tǒng)發(fā)揮出全部能力。以理論計算、數(shù)據(jù)分析為依據(jù)，以系統(tǒng)空氣平衡為前提（包括窯的煙氣平衡）來進行操作，就是讓操作者在進行操作之前，就做到心中有數(shù)?？梢允瓜到y(tǒng)快速準(zhǔn)確的進入到最佳狀態(tài)。
2.2以保證分解爐用風(fēng)和窯內(nèi)“正?；鹧骒褵贫取睘橹攸c
新型干法水泥生產(chǎn)技術(shù)的核心是懸浮預(yù)熱和窯外分解技術(shù)。因此，采用窯外分解技術(shù)的燒成系統(tǒng)，首先需要保證窯尾預(yù)熱器系統(tǒng)特別是分解爐的正常穩(wěn)定工作。并使其最大限度的發(fā)揮作用。
任何一個分解爐都是通過模擬試驗和工業(yè)試驗得出其性能地。同時在實際應(yīng)用到生產(chǎn)線中去的時候，都利用放大系數(shù)進行了修正。即使這樣，實際應(yīng)用中也會因為種種原因而與試驗數(shù)據(jù)有些差別。
三次風(fēng)大多數(shù)都是由窯頭罩的上方抽?。ㄒ灿袕捏骼錂C的殼體上抽取的）。當(dāng)高溫的二次風(fēng)經(jīng)過窯頭罩下部的煙室去往窯內(nèi)和分解爐的時候，回轉(zhuǎn)窯內(nèi)的氣體流速因為噴煤管的高速射流的作用，其阻力要小于三次風(fēng)管（窯皮過厚和結(jié)構(gòu)不合理除外）。因此窯內(nèi)的通風(fēng)比較容易保證。而分解爐就要難一些。所以為了保證預(yù)分解系統(tǒng)的作用，首先要保證分解爐的用風(fēng)，這樣，三次風(fēng)管的閥門就應(yīng)該盡可能的打開。但是，一般的燒成系統(tǒng)，如果打開的幅度超過50--60%，都會出現(xiàn)感覺窯內(nèi)通風(fēng)不足的現(xiàn)象。所以，在操作中就需要有另外的操作來進行相應(yīng)的配合。以實現(xiàn)這種首先保證分解爐性能的操作方法。
這樣操作的結(jié)果與以往相比，增加了分解爐的用風(fēng)量，保證了分解爐內(nèi)實際流場更加接近設(shè)計的流場，保證并提高了分解爐的性能。
三次風(fēng)管閥門開大，有五點明顯的好處：
1、保證了分解爐的用風(fēng)量;（以前由于檢測儀器的原因，三次風(fēng)的用量一直檢測不準(zhǔn)，現(xiàn)在有條件了，發(fā)現(xiàn)大多數(shù)工廠三次風(fēng)確實不足，一般少20-30%）
2、三次風(fēng)管的阻力小了，降低了從窯頭罩到分解爐出口處窯、爐兩個系列的平衡壓力；
3、 三次風(fēng)從窯頭罩到分解爐的輸送過程中，溫度降會減少，也就是進入分解爐時的溫度會提高；
4、 三次風(fēng)管閥門的磨損會減少；
5、 三次風(fēng)管內(nèi)的積灰減少,甚至沒有積灰。
這些效果，都是生產(chǎn)管理者希望而以前無法做到的。
從燃燒學(xué)中的煤粉燃燒原理和已經(jīng)有的實驗結(jié)果證明：分解爐的用風(fēng)量和溫度增加后，可以加快煤粉的燃燒。提高煤粉的燃盡率。而加快煤粉燃燒和燃盡率，就可以提高分解爐的性能。
最近幾年，國內(nèi)有一些積極追求燒成技術(shù)進步的知名企業(yè)，開始采用更先進的儀器來檢測三次風(fēng)的真實情況。已經(jīng)完成的近100條生產(chǎn)線的一些檢測發(fā)現(xiàn)，三次風(fēng)量少于理論風(fēng)量。因此更為這種操作方法的推廣提供了依據(jù)。
另外，當(dāng)減少了窯內(nèi)的用風(fēng)量后，怎樣可以不用采用拉大窯內(nèi)通風(fēng)來拉長噴煤管火焰的做法，使火焰的形狀受外界（窯內(nèi)通風(fēng)）的影響小。可以容易的調(diào)整火焰形狀，形成“正?；鹧骒褵贫取钡牟僮?。也是需要解決的問題。不解決這個問題，分解爐用風(fēng)量就不能增大。
研究水泥煅燒工藝的專家們發(fā)現(xiàn)，水泥熟料的煅燒過程中，在燒成帶形成恒定溫度煅燒時（在燒成帶的每一個橫街面上，火焰的溫度差很?。?，熟料的各項指標(biāo)是最好的。
“正常火焰煅燒制度”的操作，可以使火焰的形狀更加規(guī)整，使火焰在長度方向上的溫度差變小，可以接近恒溫度的工況，最終形成了接近恒溫煅燒的工藝狀況。而這種煅燒狀況，正是優(yōu)質(zhì)水泥熟料燒成所需要的。采用這種煅燒制度燒制出來的熟料，質(zhì)量穩(wěn)定，不容易出現(xiàn)游離鈣忽高忽低的大波動。同時由于燒成帶溫度穩(wěn)定，熟料結(jié)粒好于其他幾種燒成制度下生成的熟料。我們在生產(chǎn)實踐中發(fā)現(xiàn)，這種火焰和煅燒制度，可以做到不需要利用控制窯內(nèi)通風(fēng)大?。ㄈ物L(fēng)閥門開度）來控制火焰的形狀。
2.3以窯頭罩的溫度、壓力兩個數(shù)據(jù)為主要控制參數(shù)；
燒成系統(tǒng)在運行中，大約有100個左右的溫度和壓力數(shù)據(jù)（單雙系列不同，不同類型篦冷機時亦不同）。這些運行參數(shù)可以分為兩類：控制參數(shù)、狀態(tài)參數(shù)。
所有的控制參數(shù)都是需要在運行中進行控制的，并且有直接對應(yīng)的控制方法。象窯尾煙室的溫度，就是用窯頭噴煤管的加減煤量和風(fēng)速、位置的調(diào)節(jié)來直接控制的（當(dāng)然入窯生料的溫度高低，高溫風(fēng)機拉風(fēng)也會影響這個溫度的變化）。
分解爐出口的溫度，就是用分解爐的用煤量來控制的。一般情況下，加煤就可以提高溫度。但是，當(dāng)選用不同類型的噴煤管之后，通過調(diào)整噴煤管的位置，減煤也會使溫度升高。
而狀態(tài)參數(shù)則不需要控制。它只是顯示了某一部位的工作狀態(tài)。比如旋風(fēng)筒錐體的壓力就是為了顯示這個部位是否發(fā)生了堵塞；而通過對比旋風(fēng)筒出口壓力和錐體壓力，則可以發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)漏風(fēng)的情況。這些參數(shù)的變化，雖然沒有直接的對應(yīng)措施來控制，但是可以通過其他的措施來解決。比如，錐體壓力從負(fù)值變?yōu)榱銐毫Φ臅r候，就可以用空氣炮吹堵，使其恢復(fù)到負(fù)壓值。
窯尾煙室的壓力參數(shù)就是一個狀態(tài)參數(shù)，其主要是用來判斷窯內(nèi)的通風(fēng)狀態(tài)和窯內(nèi)的某些工況。如果壓力的負(fù)壓值增大，就說明窯內(nèi)通風(fēng)阻力增大了，實際情況就有窯內(nèi)結(jié)圈，結(jié)蛋等工藝故障、
也有比較特殊的參數(shù)，即屬于控制又屬于狀態(tài)的參數(shù)，象C1出口溫度。有經(jīng)驗的人員都會知道，這個溫度的變化與幾個因素有關(guān)：
一是與預(yù)熱器的設(shè)計有關(guān)。當(dāng)預(yù)熱器的（五個旋風(fēng)筒及聯(lián)接管道）結(jié)構(gòu)確定之后，這個溫度也基本就確定了；
二是與喂料量有關(guān)；
三是與分解爐用煤量有關(guān)；
四是與窯頭噴煤管的使用和控制有關(guān)；
五是于原材料的特性有關(guān)。不同產(chǎn)地和不同礦層的石灰石或是不同類型的硅質(zhì)原料,都會使這個溫度發(fā)生變化。
實際生產(chǎn)中，這個溫度經(jīng)常會因為窯頭噴煤管的使用和調(diào)整發(fā)生變化。很多情況下（與分解爐結(jié)構(gòu)有關(guān)），當(dāng)頭煤加多了的時候，C1的溫度也會很快升高的；而有時候當(dāng)噴煤管的位置調(diào)整后，這個溫度又會下降。所以，其具有部分可控制成分。
對于在生產(chǎn)中，要控制好窯尾和分解爐的溫度的作法。是眾所周知的。這兩個溫度，不管是多大規(guī)模的生產(chǎn)線，均須控制在1050±50℃和880±10℃的范圍內(nèi)。
而對于窯頭罩的壓力和溫度（二次風(fēng)溫）的控制，則被大多數(shù)工廠放在了次要一些的位置上。特別是當(dāng)篦冷機的性能不是很好，或者是生料喂料量不穩(wěn)定，化學(xué)成分波動大的情況下，這兩個參數(shù)就更不被重視了。
但是，不管從理論上還是實際生產(chǎn)中，重視在窯頭罩上顯示出來的這兩個數(shù)據(jù)并進行有效控制，都具有非同一般的重要意義。
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前面講過，采用單筒冷卻機系統(tǒng)的新型干法生產(chǎn)線,大多數(shù)都比較難實現(xiàn)達標(biāo)達產(chǎn)。而且大多數(shù)無法消除窯頭罩的正壓現(xiàn)象。水泥行業(yè)的專家一直沒有對這種現(xiàn)象形成共同的認(rèn)識?？瓢罟驹?7年時解釋并解決了這個問題。并以此理論為基礎(chǔ)，解決了多個工廠的達標(biāo)超產(chǎn)問題。
我們首先把這個點（窯頭罩）設(shè)為整個燒成運行時煤粉燃燒用空氣的平衡點。因為燒成系統(tǒng)煤粉燃燒所需要的空氣，大約93%都要通過窯頭罩（其余的通過噴煤管風(fēng)機供給）。當(dāng)窯頭罩壓力數(shù)據(jù)穩(wěn)定在0----－30pa時（要真實數(shù)據(jù)。并與窯頭罩大小有關(guān)），就說明通過的空氣量是穩(wěn)定的。這樣煤粉燃燒的條件（過剩空氣系數(shù)）就能夠保證。
其次，當(dāng)這個位置的溫度數(shù)據(jù)高（最好的是大窯頭罩的時候≧1150℃，小窯頭罩的結(jié)構(gòu)時≧1200℃）并穩(wěn)定時，系統(tǒng)的用煤量就具備了減少的條件。
還有重要的一點是，這個溫度數(shù)據(jù)是篦冷機性能和熟料急冷效果的一個觀測點。當(dāng)二次風(fēng)溫≧1150℃（大窯頭罩）說明熟料的急冷效果可能是好的（合理檢測位置和合理的料層厚度）。反之則不夠好。
所以，只有這兩個數(shù)據(jù)穩(wěn)定，煤粉的燃燒條件和燃燒狀況才能夠穩(wěn)定（其它條件不變時）。系統(tǒng)的穩(wěn)定運行才會有保障。反之則很難穩(wěn)定系統(tǒng)的其他運行參數(shù)。并容易使系統(tǒng)出現(xiàn)窯內(nèi)結(jié)圈、預(yù)熱器結(jié)皮堵塞等工藝故障。
中空操作人員穩(wěn)定這兩個參數(shù)的能力和水平，也是評判其操作篦冷機水平的一個重要依據(jù)。而篦冷機的篦速、篦床壓力，都應(yīng)該依此參數(shù)的穩(wěn)定、提高來進行調(diào)整。
穩(wěn)定這個參數(shù)的操作，也將篦冷機供風(fēng)風(fēng)機的開度和頭排風(fēng)機的操作關(guān)聯(lián)起來。將煤磨的開停機關(guān)聯(lián)起來。使窯頭部分的所有風(fēng)機全部納入了一個完整的系統(tǒng)，來保證系統(tǒng)空氣用量的精準(zhǔn)穩(wěn)定。改變了人們原來為了發(fā)電而隨意調(diào)整頭排風(fēng)機的錯誤做法。也使人們在開停煤磨時要注意增加供風(fēng)量。
在評價一個中空操作人員的水平時，能否穩(wěn)定這兩個數(shù)據(jù)，并提高二次風(fēng)溫也是一個重要依據(jù)。
2.4關(guān)于噴煤管的調(diào)整
噴煤管的調(diào)整使用,是操作技術(shù)中必不可少的內(nèi)容。
我們經(jīng)過對一百八十多種不同類型、不同結(jié)構(gòu)、不同規(guī)格噴煤管的使用情況的分析和驗算，總結(jié)出了采用數(shù)據(jù)分析方法判斷噴煤管性能方法，以及進行調(diào)節(jié)的經(jīng)驗。同時也提出了很多有重要意義的理念。
2.4.1噴煤管的性能是由噴煤管的四個風(fēng)速和風(fēng)量的合理匹配來實現(xiàn)的。單一的高風(fēng)速，并不能實現(xiàn)火焰在實際使用中的大推力、不能使火焰剛性增強；
2.4.2不同結(jié)構(gòu)的噴煤管調(diào)節(jié)使用和定位的方法不同；
2.4.3高性能的噴煤管，一定要配置長徑比合理的攏焰罩；
2.4.4噴煤管的內(nèi)、外凈風(fēng)和煤風(fēng)的截面積，一定要能夠在使用中進行調(diào)節(jié)。而不能通過調(diào)節(jié)供風(fēng)量來調(diào)節(jié)風(fēng)速；凈風(fēng)機變頻，通過改變風(fēng)量來調(diào)節(jié)風(fēng)速是不斷變化過剩空氣系數(shù)的不合理方法；
2.4.5名義上的低氮燃燒器（僅一次風(fēng)量≦6%），在凈風(fēng)壓力很＞36kpa時，非常容易產(chǎn)生高的氮氧化物（短焰急燒、窯前亮度高）；
2.4.6長而均勻的火焰形狀，符合“正常火焰煅燒制度”的原理，可以實現(xiàn)恒溫度煅燒。降低NOx的生成量。并可以形成厚薄均勻，堅固結(jié)實的窯皮?？梢源蠓妊娱L耐火磚的壽命；
2.4.7調(diào)整好并定位合理的噴煤管，可以在生料成分波動比較大，合格率比較低時，控制熟料的合格率達到比較高的水平。
2.4.8低氮燃燒器不能僅僅是一次風(fēng)量低，最主要風(fēng)道布置合理；
2.4.9任何一種噴煤管在用煤量多時，都會減少NOx。而減少用煤量時，都會增加NOx。
所以，在使用噴煤管之前詳細(xì)了解噴煤管的結(jié)構(gòu)，并進行測量、計算；弄清楚凈風(fēng)機和煤風(fēng)機的參數(shù)和管道直徑并經(jīng)行計算。進行噴煤管性能的分析，才能合理的調(diào)整噴煤管個風(fēng)速的匹配。使噴煤管的性能發(fā)揮到更好。
3 噴煤管定位在窯口中心線以上的理論依據(jù)
這是采用了兩種理論來論證后確定的：
3.1 回轉(zhuǎn)窯內(nèi)傳熱有三種熱交換方式------傳導(dǎo)、對流、輻射的原理；
3.2 回轉(zhuǎn)窯的長度直徑比在10--12（短窯）時，熟料質(zhì)量比較好的原理。
回轉(zhuǎn)窯內(nèi)，窯皮是起著儲存熱量和保護窯內(nèi)耐火磚兩種作用的物質(zhì)。窯皮溫度要比熟料的溫度高。在熟料和其接觸后，窯皮會把熱量傳遞給熟料，使熟料升溫。在旋窯轉(zhuǎn)動的過程中，呈堆積狀的熟料的上表面的那部分，一直是在滑動的，所以被輻射和對流熱交換的過程是一直在變化的。特別是當(dāng)被壓倒熟料里面去后，基本就無法吸收熱量了（熟料溫度基本相同）。而堆積在料層最底面與窯皮接觸的部分，一是一直不動的；二是一直被窯皮釋放的熱量進行著加熱，因而長時間進行著換熱效率比較高的熱傳導(dǎo)。
將噴煤管定位在窯口中心線以上后，一是可以最大限度的利用火焰燃燒的熱氣流，對窯皮進行加熱。在高溫窯皮轉(zhuǎn)到下方，熟料堆積在上面與窯皮接觸沒有相對移動的過程中時，充分進行熱交換，提高熱交換效率；二是避免了火焰離熟料太近，煤灰容易落入熟料中形成還原氣氛的工況；三是火焰的前部熱氣流吹向了入窯生料的上方，而不是正對著向前移動得物料，這樣入窯后的物料向前移動得速度提高了。
根據(jù)國內(nèi)外近些年對窯內(nèi)煅燒技術(shù)的研究：對于碳酸鈣已經(jīng)分解了95%的生料來說,在窯內(nèi)分解帶停留2min就可安全分解；而在主要礦物C3S穩(wěn)定形成之前，從窯尾到燒成帶的速度快了，升溫速度也就會快。升溫速度快CaO 的吸收速度也越快，越有利于C3S的形成。CaO等新生態(tài)氧化物的活化能和反應(yīng)活性得到充分而及時的利用，在這種情況下所形成的熟料礦物結(jié)粒好，多呈微晶和微孔結(jié)構(gòu)。不僅可以穩(wěn)定提高熟料質(zhì)量和28d強度，而且易磨性獲得改善。反之，如果物料在過渡帶停留時間過久，會過早形成大晶柱C2S，容易起飛沙、結(jié)圈、起大塊等現(xiàn)象。而且C2S在高溫下停留時間過長，結(jié)構(gòu)致密，不利于到燒成帶再吸收CaO形成C3S礦物，熟料的易磨性也會降低。
在我們不可能將現(xiàn)在以有的長徑比在15的回轉(zhuǎn)窯改造成長徑比11的短窯的時候，采用這種定位方法,可以減少噴煤管的高速熱氣流對物料移動的阻擋作用，加快生料在過渡帶的移動速度，因此從工藝上來說，相當(dāng)于部分起到了短窯的作用。改善了熟料質(zhì)量，并降低了熱耗。
經(jīng)過大量的研究和實踐工作，我們還得到了兩個重要證明：
1 不是所有的噴煤管都能夠定位在中心線以上使用，只有能夠形成水泥工藝學(xué)中定義的“正?；鹧骒褵贫取钡幕鹧娴膰娒汗?，才能夠在這樣的工況下穩(wěn)定使用而不出現(xiàn)掃窯皮的現(xiàn)象，從而實現(xiàn)熟料質(zhì)量的提高；
2 三次風(fēng)管的閥門能否全部打開，還與分解爐結(jié)構(gòu)有關(guān)。分解爐內(nèi)的氣體流場越合理、穩(wěn)定，三次風(fēng)管的閥門越可以全部打開（在現(xiàn)有三次風(fēng)管尺寸的情況下）。原來不能打開操作的分解爐，在對三次風(fēng)管的入爐結(jié)構(gòu)進行改造后，完全可以打開操作。
通過在一些水泥廠的應(yīng)用中不斷完善，這項操作技術(shù)已在不同類型分解爐系統(tǒng)和不同規(guī)格的生產(chǎn)線中應(yīng)用，同時在白水泥、油井水泥、膨脹水泥等特種水泥生產(chǎn)線中成功應(yīng)用。均取得了提高和穩(wěn)定熟料質(zhì)量（游離鈣合格率和強度）、降低熱耗、提高分解爐能力和運行穩(wěn)定性、降低系統(tǒng)阻力、提高三次風(fēng)溫、消除三次風(fēng)管積灰，提高三次風(fēng)管閥門壽命，穩(wěn)定系統(tǒng)運行工況，減少NOx排放的預(yù)期效果。
采用精準(zhǔn)平衡操作技術(shù)的案例之一
公司名稱:南方水泥集團 HS南方水泥
生產(chǎn)規(guī)模：2500t/d
生產(chǎn)條件：4*60m回轉(zhuǎn)窯；雙系列預(yù)熱器；分解爐雙進風(fēng)，第三代篦冷機；采用一次風(fēng)量<6%的低氮燃燒器；帶余熱發(fā)電。無自有礦山。有圓形石灰石預(yù)均化堆場。無原煤均化。
由于工廠沒有礦山，并且進場原材料的狀況沒法自己控制（集團統(tǒng)一采購），因此導(dǎo)致入窯生料的產(chǎn)地以及質(zhì)量波動很大，從而導(dǎo)致熟料也不停的波動。最明顯的是當(dāng)游離鈣超標(biāo)的時候，會一連幾個都高，只能減料才能控制。熟料的3d強度28--29Mpa； 28d強度57--58Mpa。三次風(fēng)管的閥門采用預(yù)燒型結(jié)構(gòu)，每平均1---2年換一次。三次風(fēng)管的直徑1900mm。正常情況下，三次風(fēng)管內(nèi)的積灰厚度600--700mm。靠近窯頭罩處有1000---1200mm。
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采用新的操作方法后改變的情況：
1游離鈣的變化幅度小了，合格率提高。平均值降低了0.5，在1.3以下。
2產(chǎn)量提高了200t/d左右，在達到3300t/h時，窯頭的用煤量減少了0.4t/h；
3熟料強度提高到：3d 強度31--32Mpa； 28d強度60--62Mpa；
4氮氧化物降低80--100mg/m3；
5分解爐出口壓力降低400pa；
6 三次風(fēng)溫提高了80--100℃；
7窯皮堅固、光滑、平整。提高了耐火磚壽命。燒成帶筒體經(jīng)?？梢圆挥蔑L(fēng)機冷卻；
8 系統(tǒng)運行穩(wěn)定，可以幾天不用進行大的操作。
9 三次風(fēng)管閥門基本無磨損；
10 三次風(fēng)管的直徑加大到2400mm后，管內(nèi)基本無積灰；
其他技術(shù)狀況：見照片
窯皮情況
雙進風(fēng)方形水平段 三次風(fēng)管
采用精準(zhǔn)平衡操作技術(shù)的案例之二
公司名稱: 中材ZCGS水泥
生產(chǎn)規(guī)模：5000t/d
生產(chǎn)條件：4.8*72m回轉(zhuǎn)窯；雙系列預(yù)熱器；分解爐雙進風(fēng)，第三代篦冷機；采用設(shè)計院推薦的低氮燃燒器；無余熱發(fā)電。無自有礦山。有圓形石灰石預(yù)均化堆場。無原煤均化。
由于工廠沒有礦山，進場原材料的狀況可以部分控制，因此導(dǎo)致入窯生料的質(zhì)量波動很大，從而導(dǎo)致熟料也不停的波動。投產(chǎn)三年以來最明顯的是基本沒有連續(xù)兩個班游離鈣全部合格的記錄。游離鈣在1.5—2%之間。系統(tǒng)運行中預(yù)熱器經(jīng)常堵塞，窯內(nèi)窯皮一直不好，燒成帶前面約8米長一段，經(jīng)常沒有窯皮，耐火磚的壽命5個月左右；系統(tǒng)運轉(zhuǎn)率常年在55%左右。分解爐控制難度較大，只要溫度波動，則需要加減03—1t/h煤的用量才能控制住。操作人員的勞動強度非常大；
熟料的3d強度29-30Mpa； 28d強度48--51Mpa。三次風(fēng)管的開度在30%，由于采用了小窯頭罩結(jié)構(gòu)，三次風(fēng)管圓柱型部分沒有積灰，但是分支風(fēng)管的水平段積灰。三次風(fēng)管閥門在5個月時間能磨損去約500mm。
系統(tǒng)優(yōu)化并采用新的操作方法后改變的情況：
1游離鈣合格率提高到80%以上。游離鈣降低到1.5%以下；
2產(chǎn)量提高了100t/d左右，在二次風(fēng)溫下降的情況下，分解爐用煤量降低3t/h多；
3熟料的3d強度30--31Mpa； 28d強度51--52Mpa；
4分解爐出口壓力降低400pa；
5三次風(fēng)溫提高了50-80℃
6窯皮光滑、平整。8m長內(nèi)窯皮厚度增加；
7系統(tǒng)運行穩(wěn)定，可以幾天不用進行大的操作。
8三次風(fēng)管閥門基本無磨損；
9三次風(fēng)管的閥門開度短側(cè)85%，長側(cè)100%。水平管內(nèi)無積灰；
10 分解爐溫度控制靈敏，加減0.1t/h的用量，就可以穩(wěn)定穩(wěn)定控制。
采用精準(zhǔn)平衡操作技術(shù)的案例之三
這個工廠部分采用了精準(zhǔn)平衡操作技術(shù)來解決生產(chǎn)問題。
公司名稱: 江蘇PG水泥
生產(chǎn)規(guī)模：5000t/d 實際產(chǎn)量5800t/h
生產(chǎn)條件：4.8*72m回轉(zhuǎn)窯；雙系列預(yù)熱器；分解爐雙進風(fēng)，第三代篦冷機；采用國外進口噴煤管；有余熱發(fā)電。有自有礦山。有石灰石預(yù)均化堆場。無原煤均化。石灰石中氧化鎂含量偏高，配料后熟料中的氧化鎂≥2%
采用大窯頭罩結(jié)構(gòu)。
投產(chǎn)八年以來一直出現(xiàn)窯內(nèi)工況波動大，熟料的質(zhì)況不穩(wěn)定、強度低的現(xiàn)象。窯尾煙室的溫度必須控制在1150℃以上才能保證窯內(nèi)煅燒；二次風(fēng)溫只能達到1050℃以下；熟料中的大塊很多，出料溫度在200℃左右。窯內(nèi)窯皮一直不好，燒成帶只有19米長，在21m處經(jīng)常結(jié)圈，并長期處理不掉。
目前不敢再加料增產(chǎn)，提產(chǎn)后熟料游離鈣大幅度增加，升重下降。
熟料的3d 強度30Mpa； 28d強度50--52Mpa。三次風(fēng)管的閥門開度為短側(cè)38%，長側(cè)80%。
篦冷機采用厚料層操作。經(jīng)常出現(xiàn)設(shè)備故障。
采用精準(zhǔn)平衡操作方法中的部分基本原則后改變的情況：
1、熟料結(jié)粒均勻，外表面光滑，色澤合理，沒有了大塊和包層現(xiàn)象；
2、出料溫度大幅度降低了70℃左右，達到了100℃～110℃；
3、窯尾煙室的溫度可以控制在1050℃左右運行。原來一增加投料量，煙室溫度就增加的現(xiàn)象沒有了；
4、窯內(nèi)21米處有一段比較頑固的結(jié)圈，已經(jīng)很長時間處理不掉。在調(diào)整后，兩天就開始消除。
5、窯皮從原來的19m增加到24m；
6、從通體掃描儀中觀察,燒成帶的窯皮平整、均勻了；
7、三次風(fēng)管閥門開大到85%和100%之后，窯內(nèi)經(jīng)常出現(xiàn)還原氣氛的現(xiàn)象沒有了；
8、生料投料量由原來的380t/h增加到390t/h，頭、尾煤的用量沒有增加。質(zhì)量穩(wěn)定提高；
9、熟料的3d、28d強度分別增加了1.5～3Mpa。
10、二次風(fēng)溫提高到1150℃以上；
11、余熱發(fā)電量增加了300---400kw；
12、按照科邦公司提出的調(diào)整原則，對噴煤管的內(nèi)外凈風(fēng)面積重新進行了匹陪調(diào)整后，火焰剛性提高，黑火頭變短。操作人員感覺控制窯內(nèi)的工況穩(wěn)定，控制容易了。
命名為“精準(zhǔn)平衡操作技術(shù)”的燒成系統(tǒng)操作新技術(shù)，是科邦公司進行旋窯改造技術(shù)的主要內(nèi)容之一。在科邦公司經(jīng)歷過的10000t/d以下的生產(chǎn)線中，部分采用和全部采用的的案例有50多條。基本產(chǎn)生了相同的效果。這足以證明，這項新的操作技術(shù)是可以實現(xiàn)提高熟料產(chǎn)量，降低用煤量，減少NOx產(chǎn)生量，穩(wěn)定系統(tǒng)運行工況，提高燒成帶耐火磚壽命得多項進步作用的。
編輯：陳宗勤
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