論熟料燒成系統(tǒng)精準(zhǔn)平衡操作技術(shù)

郭紅軍　金加勝　沈衛(wèi)泉　萬 彬　莫海亮　劉振?！詈衩?/p>

1.淄博科邦熱工科技有限公司，山東 淄博 255086；2. 微山山水水泥有限公司，山東 濟(jì)寧 277600；3. 桐鄉(xiāng)南方水泥有限公司，浙江 桐鄉(xiāng) 314501；4. 中材甘肅水泥有限公司，甘肅 白銀 730900；5. 中寧賽馬水泥有限公司，寧夏 中衛(wèi) 755100；6. 山東聯(lián)合王晁水泥有限公司，山東 棗莊 277415

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論熟料燒成系統(tǒng)精準(zhǔn)平衡操作技術(shù)

郭紅軍1金加勝2沈衛(wèi)泉3萬 彬4莫海亮5劉振海6楊厚民1

1.淄博科邦熱工科技有限公司，山東 淄博 255086；2. 微山山水水泥有限公司，山東 濟(jì)寧 277600；
3. 桐鄉(xiāng)南方水泥有限公司，浙江 桐鄉(xiāng) 314501；4. 中材甘肅水泥有限公司，甘肅 白銀 730900；
5. 中寧賽馬水泥有限公司，寧夏 中衛(wèi) 755100；6. 山東聯(lián)合王晁水泥有限公司，山東 棗莊 277415

在充分發(fā)揮預(yù)分解技術(shù)原理，最大限度地提高分解爐的能力和技術(shù)性能，同時(shí)又充分發(fā)揮 “正?；鹧骒褵辈僮髦贫鹊膬?yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上研究出來的操作技術(shù)，建立在對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行精準(zhǔn)空氣平衡計(jì)算的基礎(chǔ)上，因此叫做“精準(zhǔn)平衡操作技術(shù)”。該技術(shù)首先是將三次風(fēng)管的閥門開度增大，然后通過合理調(diào)整窯頭噴煤管的四個(gè)風(fēng)速和各自風(fēng)量之間的合理匹配、合理篦冷機(jī)的操作，最終實(shí)現(xiàn)熟料燒成的高質(zhì)、高產(chǎn)、低消耗、低排放的目標(biāo)。其表征是：（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?；鹧骒褵贫取?。其特點(diǎn)是：以理論計(jì)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)）為重點(diǎn)；以采用“正常火焰煅燒制度”操作為原則；以窯頭罩的溫度、壓力兩個(gè)數(shù)據(jù)為主要控制參數(shù)；正確使用噴煤管。

正常火焰煅燒閥門開度噴煤管定位 空氣平衡用風(fēng) 溫度壓力

0　引言

預(yù)分解窯水泥生產(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)，但是多年來不少預(yù)分解窯水泥生產(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(diǎn)的充分發(fā)揮。

本次探討的“精準(zhǔn)平衡操作技術(shù)”，是建立在對(duì)近100條生產(chǎn)線熱工標(biāo)定結(jié)果的分析研究基礎(chǔ)上的。這些標(biāo)定結(jié)果真實(shí)地反映出正在運(yùn)行的燒成系統(tǒng)三次風(fēng)的實(shí)際風(fēng)量要比工況狀態(tài)下的理論值和實(shí)際用煤量所需空氣量要少20%～30%，而這也正是導(dǎo)致現(xiàn)在的分解爐越做越大的根本原因。世界上最有名的噴煤管在國內(nèi)水泥行業(yè)沒有推廣使用開來，而經(jīng)過采用“精準(zhǔn)平衡操作技術(shù)”調(diào)試之后，卻在萬噸生產(chǎn)線中發(fā)揮出優(yōu)異性能，解決了系統(tǒng)長期存在的工藝問題。

“精準(zhǔn)平衡操作技術(shù)”，是在充分發(fā)揮預(yù)分解技術(shù)原理，最大限度地提高了分解爐的能力和技術(shù)性能，同時(shí)又充分發(fā)揮“正?；鹧骒褵盵1]操作制度優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上研究出來的。這套操作技術(shù)的完善，是建立在對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行精準(zhǔn)的空氣平衡計(jì)算的基礎(chǔ)上的，故稱“精準(zhǔn)平衡操作技術(shù)”。這是科邦公司在推出燒成系統(tǒng)優(yōu)化升級(jí)技術(shù)的同時(shí)推出的專利技術(shù)，希望它與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作貢獻(xiàn)。

1　傳統(tǒng)操作方法的特點(diǎn)與弊端

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(shí)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。而目前正在運(yùn)行的預(yù)分解窯熟料燒成生產(chǎn)線，多年來一直都延續(xù)一種基本相同的原則和方法來操作。這種方法在運(yùn)行中的表現(xiàn)特點(diǎn)為：

（1） 三次風(fēng)管的閥門開度控制在30%～50%，以加強(qiáng)窯內(nèi)通風(fēng)，同時(shí)還起著使噴煤管火焰順暢的作用。

（2）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(qiáng)火焰熱輻射和高溫?zé)釟鈱?duì)熟料的直接熱交換作用。

（3）把窯頭罩壓力控制在-50～0 Pa，以保證系統(tǒng)煤粉燃燒的空氣用量。

（4）回轉(zhuǎn)窯的轉(zhuǎn)速調(diào)整到最高（一般是4 r/min），提高熟料的熱交換次數(shù)和熱交換效率，實(shí)現(xiàn)薄料快燒。

隨著預(yù)分解窯生產(chǎn)技術(shù)的進(jìn)步和社會(huì)環(huán)境對(duì)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，這種傳統(tǒng)操作方法已經(jīng)不能適應(yīng)這些要求。例如：在分級(jí)燃燒技術(shù)中，需要盡量開大三次風(fēng)管的閥門，控制窯內(nèi)的工況在低過?？諝庀禂?shù)的況態(tài)下（α≤1.05），才可以減少窯內(nèi)高溫?zé)崃Φ纳闪?，才可以提高并穩(wěn)定分解爐分級(jí)燃燒工藝技術(shù)的效果。不少分級(jí)燃燒技術(shù)就是因?yàn)闊o法實(shí)現(xiàn)這一要求，而達(dá)不到減少NOx的效果；同時(shí)也發(fā)現(xiàn)，很多窯采用傳統(tǒng)方法操作，窯內(nèi)會(huì)出現(xiàn)還原氣氛，嚴(yán)重影響熟料質(zhì)量；還有，將噴煤管定位在第三限的位置（－X,－Y），很容易使煤粉落入熟料中去，形成熟料的還原氣氛......因此，我們需要研究出新的操作方法來適應(yīng)這些更多更高的要求。

2　精準(zhǔn)平衡操作技術(shù)的表征與特點(diǎn)

新的操作方法，就是今天要論述的精準(zhǔn)平衡操作技術(shù)。該技術(shù)就是在充分發(fā)揮預(yù)分解技術(shù)原理，最大限度地開大三次風(fēng)管的閥門，提高分解爐的能力和技術(shù)性能，同時(shí)又充分發(fā)揮 “正?；鹧骒褵辈僮髦贫鹊膬?yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上研究出來的。該操作技術(shù)的完善，是建立在對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行精準(zhǔn)空氣平衡計(jì)算的基礎(chǔ)上的，因此叫做“精準(zhǔn)平衡操作技術(shù)”。具體地講，精準(zhǔn)平衡操作技術(shù)是通過合理調(diào)整窯頭噴煤管的四個(gè)風(fēng)速和各自風(fēng)量之間的合理匹配、合理篦冷機(jī)的操作，最終實(shí)現(xiàn)熟料燒成的高質(zhì)、高產(chǎn)、低消耗、低排放的目標(biāo)。其表征是：（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?；鹧骒褵贫取?。

精準(zhǔn)平衡操作技術(shù)的特點(diǎn)如下：以理論計(jì)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)）為重點(diǎn)；以采用“正常火焰煅燒制度”操作為原則；以窯頭罩的溫度、壓力兩個(gè)數(shù)據(jù)為主要控制參數(shù)；正確使用噴煤管。

2.1以理論計(jì)算、數(shù)據(jù)分析為依據(jù)，以系統(tǒng)空氣平衡為前提

采用精準(zhǔn)平衡操作技術(shù)進(jìn)行操作之前，首先要進(jìn)行系統(tǒng)分析計(jì)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，計(jì)算好篦冷機(jī)內(nèi)“零壓點(diǎn)”的位置和對(duì)應(yīng)的風(fēng)機(jī)數(shù)量，制作簡單的平衡圖（見圖1），然后作為操作控制依據(jù)。

圖1　篦冷機(jī)氣體平衡圖

（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(yùn)行中需要的空氣量也不一樣。以5 000 t/d的D-D爐窯尾系統(tǒng)為例：這種爐型其過剩空氣系數(shù)需要1.15（亦有過?？諝庀禂?shù)只需要0.95的分解爐），在產(chǎn)量達(dá)到5 700 t時(shí)，分解爐的用風(fēng)量為133 774.16 Nm3/h，進(jìn)入分解爐時(shí)的工況風(fēng)量為613 008 m3/h。按照此平衡數(shù)據(jù)計(jì)算，窯內(nèi)的工況煙氣量為516 952.68 m3/h，窯尾煙室縮口的實(shí)際風(fēng)速為32～33 m/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(shí)際通風(fēng)就更大了，所以縮口的風(fēng)速就會(huì)更高。這時(shí)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(huì)因?yàn)槿物L(fēng)風(fēng)速和風(fēng)量以及縮口的風(fēng)速脫離設(shè)計(jì)時(shí)的數(shù)值，使分解爐不能按照設(shè)計(jì)參數(shù)來發(fā)揮作用，使系統(tǒng)的能力受到限制。

（2）系統(tǒng)中采用的篦冷機(jī)在冷卻風(fēng)機(jī)的配套風(fēng)量上也不一樣。一般第三代篦冷機(jī)的冷卻風(fēng)量大約是2.3 nm3/kgcl，而第四代篦冷機(jī)的冷卻風(fēng)量僅有1.5～1.8 nm3/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(jī)的“零壓點(diǎn)”）也不一樣了。如果“零壓點(diǎn)”內(nèi)設(shè)置了取風(fēng)口，那么在操作時(shí)就很難保證系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)的燃燒空氣量。即使“零壓點(diǎn)”在抽取口之內(nèi)，如果冷卻風(fēng)機(jī)的實(shí)際供風(fēng)量（閥門開度或者電機(jī)的負(fù)荷率）不能達(dá)到設(shè)計(jì)要求，則“零壓點(diǎn)”就會(huì)向后移動(dòng)到取風(fēng)口的位置。而這時(shí)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(yùn)行。仍以5 000 t/d的燒成系統(tǒng)為例：在產(chǎn)量達(dá)到5 700 t時(shí)，熱耗105 kgce/t熟料時(shí)，需要用的空氣量為219 888 m3/h。一般情況下，篦冷機(jī)的一段篦床配套風(fēng)機(jī)有6～7臺(tái)，其總風(fēng)量基本正好滿足。但是在實(shí)際運(yùn)行中，很多風(fēng)機(jī)的進(jìn)風(fēng)口閥門開度只有70%～90%，或者是風(fēng)機(jī)電機(jī)的負(fù)荷率在85%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。在這種情況下，如果再繼續(xù)提高產(chǎn)量，可能會(huì)造成用煤量大幅增加的現(xiàn)象（有很多工廠的實(shí)際情況已經(jīng)驗(yàn)證了這一點(diǎn)），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(huì)因?yàn)槊悍鄄荒艹浞秩紵?，容易造成質(zhì)量不穩(wěn)定的狀況。所以，操作時(shí)就需要考慮如何用二段的風(fēng)機(jī)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。但這一點(diǎn)在實(shí)際操作時(shí)一般的操作人員很難做到，因此需要系統(tǒng)地采用降低熱耗的技術(shù)來解決。

（3）小窯頭罩結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)因其窯內(nèi)用風(fēng)和分解爐用風(fēng)是分別從篦冷機(jī)的不同位置引風(fēng)的，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(jī)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)的整體阻力就會(huì)增加，高溫風(fēng)機(jī)的實(shí)際風(fēng)量就會(huì)減少，電機(jī)的電流就會(huì)增大。

所以，一個(gè)設(shè)計(jì)合理的燒成系統(tǒng)除了預(yù)熱器、分解爐設(shè)計(jì)合理之外，還需要窯頭罩結(jié)構(gòu)、篦冷機(jī)的冷卻風(fēng)機(jī)、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(jì)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(shí)，使系統(tǒng)發(fā)揮出全部能力。以理論計(jì)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(jìn)行操作，就是讓操作者在進(jìn)行操作之前做到心中有數(shù)，可以使系統(tǒng)快速準(zhǔn)確地進(jìn)入到最佳狀態(tài)。

2.2以保證分解爐用風(fēng)為重點(diǎn)，保證爐窯用風(fēng)平衡

預(yù)分解窯水泥生產(chǎn)技術(shù)的核心是懸浮預(yù)熱和窯外分解技術(shù)，操作窯外分解系統(tǒng)，首先就得保證窯尾預(yù)熱器系統(tǒng)特別是分解爐的正常穩(wěn)定工作，并使其最大限度地發(fā)揮作用。

我們知道，任何一個(gè)分解爐都是通過模擬試驗(yàn)和工業(yè)試驗(yàn)得出其性能的，且要用到實(shí)際中時(shí)又利用放大系數(shù)進(jìn)行了修正。即使這樣，實(shí)際應(yīng)用中也會(huì)因?yàn)榉N種原因而與試驗(yàn)數(shù)據(jù)有些差別。這種差別來自于系統(tǒng)的工藝參數(shù)的匹配，有的就來自于操作技術(shù)的使用水平。特別是分解爐的用風(fēng)量，直接影響著窯尾系統(tǒng)的性能。

三次風(fēng)大多數(shù)都是從窯頭罩的上方抽取，在小窯頭罩結(jié)構(gòu)時(shí)，是從篦冷機(jī)的殼體上抽取的。當(dāng)高溫的二次風(fēng)經(jīng)過窯頭罩和下部的煙室去往窯內(nèi)和分解爐的時(shí)候，回轉(zhuǎn)窯內(nèi)的氣體流速因?yàn)閲娒汗艿母咚偕淞鞯淖饔茫渥枇σ∮谌物L(fēng)管（窯皮過厚和結(jié)構(gòu)不合理除外），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)的性能，首先要保證分解爐的用風(fēng)，這樣，三次風(fēng)閥門就應(yīng)該盡可能地打開。但一般的燒成系統(tǒng)，如果打開的幅度超過50%～60%，就會(huì)出現(xiàn)窯內(nèi)通風(fēng)不足的現(xiàn)象。即使沒有出現(xiàn)這種現(xiàn)象，也不會(huì)有好的工況。因此，在操作中就需要有另外的操作來進(jìn)行相應(yīng)的配合，以增加分解爐的用風(fēng)量，保證分解爐內(nèi)實(shí)際流場更加接近設(shè)計(jì)的流場，保證并提高分解爐的性能。

三次風(fēng)管閥門開大，有五點(diǎn)明顯的好處：

（1）保證分解爐的用風(fēng)量（以前由于檢測(cè)儀器的原因，三次風(fēng)量一直檢測(cè)不準(zhǔn)，不少工廠用量一般少20%～30%）。

（2）降低從窯頭罩到分解爐出口處窯、爐兩個(gè)系列的平衡壓力。

（3）提高進(jìn)入分解爐三次風(fēng)的溫度。

（4）減輕三次風(fēng)管閥門的磨損。

（5）減少三次風(fēng)管內(nèi)的積灰，甚至沒有積灰。

從燃燒學(xué)中的煤粉燃燒原理和已經(jīng)有的實(shí)驗(yàn)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，從而提高分解爐的性能。

2.3以采用“正?；鹧骒褵贫取辈僮鳛樵瓌t

《水泥工藝學(xué)》將煅燒操作制度分為：正常火焰煅燒制度、短焰急燒、高溫長帶煅燒、低溫長帶煅燒。其對(duì)“正常火焰煅燒”是這樣描述的：回轉(zhuǎn)窯內(nèi)的煅燒溫度較高，火焰長度合適，火焰柔順有力，燃料燃燒完全，熟料在燒成帶的停留時(shí)間適宜，熟料結(jié)粒細(xì)小，均齊色澤正常，好燒不起塊。熟料的礦物晶體發(fā)育良好，晶形規(guī)則，大小較均齊，分布也較均勻，游離氧化鈣較低，熟料質(zhì)量較高。這種煅燒制度，燒成帶溫度雖較高，但不會(huì)燒壞窯皮及襯料，窯的產(chǎn)量、燃料消耗、耐火磚壽命等技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)均較好[1]。

而現(xiàn)在國內(nèi)外的水泥企業(yè)，大都以采用“短焰急燒”的燒成制度的比較多。這種燒成制度不太適合三次風(fēng)管全部打開的操作。

多條不同規(guī)模生產(chǎn)線的實(shí)踐，使我們深深地感覺到：“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，符合《水泥工藝學(xué)》中的描述。采用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。因此，三次風(fēng)管的閥門可以開大運(yùn)行。

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(dòng)。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。

2.4以窯頭罩的溫度、壓力數(shù)據(jù)為主要控制參數(shù)

燒成系統(tǒng)運(yùn)行中，大約有100個(gè)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(jī)亦不同）。這些運(yùn)行參數(shù)可以分為控制參數(shù)和狀態(tài)參數(shù)。

所有的控制參數(shù)都是需要在運(yùn)行中進(jìn)行控制的，并且有直接對(duì)應(yīng)的控制方法。比如窯尾煙室的溫度，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(jī)拉風(fēng)也會(huì)影響這個(gè)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，少用煤也可保持較高的燒成帶溫度。

窯尾煙室的壓力參數(shù)就是一個(gè)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，有可能窯內(nèi)結(jié)圈、結(jié)蛋等工藝故障發(fā)生了。

也有比較特殊的參數(shù)，既屬于控制又屬于狀態(tài)的參數(shù)，象C1出口溫度。有經(jīng)驗(yàn)的人員都會(huì)知道，這個(gè)溫度的變化與幾個(gè)因素有關(guān)：一是與預(yù)熱器的設(shè)計(jì)有關(guān)（當(dāng)預(yù)熱器的五個(gè)旋風(fēng)筒及聯(lián)接管道結(jié)構(gòu)確定之后，這個(gè)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)；五是與原材料的特性有關(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(huì)使這個(gè)溫度發(fā)生明顯變化）。

實(shí)際生產(chǎn)中，這個(gè)溫度經(jīng)常會(huì)因?yàn)楦G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(shí)候，C1的溫度也會(huì)很快升高，而有時(shí)候當(dāng)噴煤管的位置調(diào)整后，這個(gè)溫度又會(huì)下降。所以，其具有部分可控制成分。

生產(chǎn)中，要控制好窯尾和分解爐的溫度，這是眾所周知的。這兩個(gè)溫度，不管是多大規(guī)模的生產(chǎn)線，一般情況下均控制在1 050 ℃±50 ℃和880 ℃±10 ℃的范圍內(nèi)。

對(duì)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(jī)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(dòng)大的情況下，這兩個(gè)參數(shù)就更不被重視了。事實(shí)上，不管從理論上還是實(shí)際生產(chǎn)中，重視在窯頭罩上顯示出來的這兩個(gè)數(shù)據(jù)并進(jìn)行有效控制，都具有非同一般的重要意義。

我們首先把這個(gè)點(diǎn)（窯頭罩）設(shè)為整個(gè)燒成系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)煤粉燃燒用空氣的平衡點(diǎn)，因?yàn)闊上到y(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(jī)供給）。當(dāng)窯頭罩壓力數(shù)據(jù)穩(wěn)定在0～-30Pa時(shí)（數(shù)據(jù)要真實(shí)，并與窯頭罩大小有關(guān)），通過的空氣量則是穩(wěn)定的。這樣煤粉燃燒的條件（過?？諝庀禂?shù)）就能夠保證。

其次，當(dāng)這個(gè)位置的溫度高（最好的是大窯頭罩≥1 150 ℃，小窯頭罩≥1 200 ℃）并穩(wěn)定時(shí)，系統(tǒng)就具備了減少用煤量的條件。

這個(gè)溫度也是篦冷機(jī)性能和熟料急冷效果的一個(gè)觀測(cè)點(diǎn)。當(dāng)二次風(fēng)溫≥1 150 ℃（篦冷機(jī)零壓點(diǎn)內(nèi)的風(fēng)機(jī)負(fù)荷率要達(dá)到95%，鼓入的空氣滿足燃煤所需要的風(fēng)量時(shí)），熟料的急冷效果可能是好的（合理檢測(cè)位置和合理的料層厚度），反之則不夠好。

所以，只有這兩個(gè)參數(shù)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），系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行才會(huì)有保障。反之則很難穩(wěn)定系統(tǒng)的其他運(yùn)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。

中控操作人員穩(wěn)定這兩個(gè)參數(shù)的能力和水平，也是評(píng)判其操作篦冷機(jī)水平的一個(gè)重要依據(jù)。而篦冷機(jī)的篦速、篦床壓力，都應(yīng)該依此參數(shù)的穩(wěn)定、變化來進(jìn)行調(diào)整。

穩(wěn)定這兩個(gè)參數(shù)的操作，也將篦冷機(jī)供風(fēng)風(fēng)機(jī)的開度和頭排風(fēng)機(jī)的操作以及煤磨的開停機(jī)關(guān)聯(lián)起來，使窯頭部分的所有風(fēng)機(jī)全部納入了一個(gè)完整的系統(tǒng)，來保證系統(tǒng)空氣用量的精準(zhǔn)穩(wěn)定。這改變了人們?cè)瓉頌榱税l(fā)電而隨意調(diào)整頭排風(fēng)機(jī)的錯(cuò)誤做法，也使人們?cè)陂_停煤磨時(shí)要注意調(diào)整供風(fēng)量。

2.5關(guān)于噴煤管的調(diào)整

噴煤管的選型和調(diào)整使用，是操作技術(shù)中最主要的內(nèi)容。

我們通過對(duì)180多種不同類型、不同結(jié)構(gòu)、不同規(guī)格噴煤管的操作使用和分析研究，總結(jié)出了采用計(jì)算數(shù)據(jù)來分析判斷噴煤管性能的方法，以及進(jìn)行調(diào)節(jié)的經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)也提出了很多有重要意義的理念。

（1）噴煤管的性能是由噴煤管的四個(gè)風(fēng)速和各自風(fēng)量與其他通道的風(fēng)速風(fēng)量合理匹配來實(shí)現(xiàn)的。單一的高風(fēng)速，并不能實(shí)現(xiàn)火焰在實(shí)際使用中的大推力和剛性增強(qiáng)。

（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。

（3）高性能的噴煤管，一定要配置長徑比合理的攏焰罩。

（4）噴煤管的內(nèi)、外凈風(fēng)和煤風(fēng)的截面積，一定要能在使用中進(jìn)行調(diào)節(jié)。

（5）名義上的低氮燃燒器（僅一次風(fēng)量≤6%），在凈風(fēng)壓力＞36 kPa時(shí)，常常產(chǎn)生更多的氮氧化物（短焰急燒、窯前亮度高）。

（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(shí)現(xiàn)恒溫煅燒，降低NOx的生成量，并可以形成厚薄均勻、堅(jiān)固結(jié)實(shí)的窯皮，可以大幅度延長耐火磚的壽命。

（7）調(diào)整好并定位合理的噴煤管，可以在生料成分波動(dòng)比較大、合格率比較低時(shí)，控制熟料的合格率達(dá)到比較高的水平。

（8）低氮燃燒器不能僅僅是一次風(fēng)量低，最主要風(fēng)道布置要合理。

（9）任何一種噴煤管在用煤量多、過?？諝馍贂r(shí)，都會(huì)減少NOx，而減少用煤量時(shí)，都會(huì)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(jìn)行測(cè)量、計(jì)算，弄清楚凈風(fēng)機(jī)和煤風(fēng)機(jī)的參數(shù)和管道直徑，進(jìn)行噴煤管性能的分析，才能合理地調(diào)整噴煤管各個(gè)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)及意義

在詳細(xì)闡述精準(zhǔn)平衡操作技術(shù)的特點(diǎn)后，有必要談?wù)剣娒汗芏ㄎ辉诟G口中心線以上的理論依據(jù)，即：回轉(zhuǎn)窯內(nèi)的傳熱方式和回轉(zhuǎn)窯的長徑比。

首先，回轉(zhuǎn)窯內(nèi)燒成帶的熟料從四個(gè)方面獲得熱量[2]。熟料接受的傳熱是以輻射傳熱為主，當(dāng)然也有對(duì)流和傳導(dǎo)傳熱。其中受到的輻射包括高溫火焰的輻射和窯皮的輻射。對(duì)處于料層表面的熟料顆粒來說，隨著回轉(zhuǎn)窯的高速旋轉(zhuǎn)，處于物料堆的上表面的受熱情況是：

（1）在上表面時(shí)接受氣體以輻射和對(duì)流為主的傳熱，同時(shí)還有窯皮的輻射熱，但是在這個(gè)過程中，熟料顆粒一直是在運(yùn)動(dòng)中，受熱過程是不穩(wěn)定的[2]。

（2）在被埋到熟料里面去的時(shí)候是不再受到傳熱的，因?yàn)槠錅囟雀哂谄渌炝?，而出現(xiàn)把自身的高溫傳導(dǎo)給其他熟料的現(xiàn)象。

（3）在被壓倒料層的底層與窯皮接觸的時(shí)候，是在接受窯皮以傳導(dǎo)和輻射的方式傳給的熱量。按照4 r/min的窯速來計(jì)算，這時(shí)熱傳導(dǎo)將穩(wěn)定持續(xù)約5 s，這比其在上表面接受的傳熱過程的時(shí)間要長，并且穩(wěn)定。

熟料在燒成帶接受的傳熱，在兩種狀態(tài)下，都接受了窯皮的傳熱。其中時(shí)間最長最穩(wěn)定的傳熱都來自于窯皮。在燒成帶，窯皮是儲(chǔ)存熱量的[2]，提高加熱窯皮的效果，就可以提高窯內(nèi)對(duì)熟料的傳熱效率。這也是為什么提高窯速實(shí)現(xiàn)薄料快燒就可以提高傳熱效率的根本原因。所以，將噴煤管定位在中心線以上，有利于火焰和高溫氣流對(duì)窯皮的傳熱。這里只需要解決噴煤管的火焰掃窯皮的問題就可以了。

其次，短粗窯的優(yōu)點(diǎn)。多年前，德國洪堡公司首先推出了長徑比在10左右的超短窯，他們的研究認(rèn)為，隨著入窯物料分解率的提高，對(duì)碳酸鈣已經(jīng)分解了95%的生料來說，在窯內(nèi)分解帶停留5 min就可完全分解[3]，不僅可以穩(wěn)定提高熟料質(zhì)量和28 d強(qiáng)度，而且易磨性獲得改善 。反之，若窯長度不減短，物料在過渡帶停留時(shí)間過久，而且C2S在高溫下停留時(shí)間過長，不利于到燒成帶再吸收CaO形成C3S礦物，熟料的易磨性也會(huì)降低[3]。

從入窯生料在燒成帶之后的分解和過渡帶的運(yùn)動(dòng)情況來看，其入窯后在向燒成帶的運(yùn)動(dòng)中，主要受到摩擦力、物料之間的物理力、窯內(nèi)氣流的阻力和噴煤管火焰頭部氣流的阻力，特別是在將噴煤管定位在第三象限的時(shí)候，火焰頭部的氣流直接吹在了移動(dòng)物料之中，使其移動(dòng)速度受到阻礙。

因此，在把噴煤管定位在中心線以上后，噴煤管的火焰就會(huì)遠(yuǎn)離入窯生料的正方向，對(duì)其阻礙作用就會(huì)減小。在調(diào)整到中心以上50 mm的時(shí)候，噴煤管的火焰中心線與窯軸線的夾角就比較小。這樣，生料入窯后可快速運(yùn)動(dòng)到燒成帶。

同時(shí)，將噴煤管抬高后，燒成帶的窯皮往往會(huì)延長，可以實(shí)現(xiàn)5D的長度，這樣生料到達(dá)燒成帶的距離也會(huì)縮短。從入窯時(shí)的850 ℃到達(dá)1 400～1 600 ℃的高溫度區(qū)的時(shí)間就短，升溫速度提高，這樣應(yīng)有利于生產(chǎn)高質(zhì)量的熟料。同時(shí)由于窯皮長了，儲(chǔ)存的熱量也會(huì)更多，熱交換效率提高，筒體的表面溫度會(huì)降低，散熱量減少，對(duì)降低能耗有明顯的效果。

將噴煤管定位在窯口中心線以上后，一是可以最大限度地利用火焰燃燒的熱氣流，對(duì)窯皮進(jìn)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(duì)移動(dòng)的過程中時(shí)，充分進(jìn)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(duì)著向前移動(dòng)的物料, 對(duì)窯內(nèi)物料向前運(yùn)動(dòng)的阻礙可能會(huì)變小。

將噴煤管定位到中心線以上后，還可以減少窯內(nèi)經(jīng)常出現(xiàn)的熟料的還原現(xiàn)象，這樣就更有利于分級(jí)燃燒技術(shù)效果的發(fā)揮了。

把噴煤管定位在中心線以上與把噴煤管定位在中心并與窯的中心線同軸時(shí)的工況相比，火焰的前端更不容易掃窯皮燒磚。從而更容易采用“正?；鹧骒褵贫取眮磉M(jìn)行操作。

在我們不可能將現(xiàn)在已有的長徑比在15的回轉(zhuǎn)窯更換成長徑比為11的短窯的時(shí)候，采用這種定位方法，可以減少噴煤管的高速熱氣流對(duì)物料移動(dòng)的阻擋作用，加快生料在過渡帶的移動(dòng)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。實(shí)踐中也證實(shí)了這個(gè)觀點(diǎn)，采用這種操作技術(shù)對(duì)多條包括10 000 t/d生產(chǎn)線在內(nèi)的系統(tǒng)的噴煤管調(diào)整位置后，熟料的結(jié)粒狀態(tài)在2 h之后就出現(xiàn)了明顯的結(jié)粒均勻、大塊減少、二次風(fēng)溫升高的連鎖變化。

4　結(jié)束語

我們總結(jié)歸納的精準(zhǔn)平衡操作技術(shù)已經(jīng)申請(qǐng)了國家發(fā)明專利，專利名稱是“水泥熟料燒成系統(tǒng)控制方法”（專利號(hào) ZL2013 1 0526807.4）。經(jīng)過大量的研究和實(shí)踐工作，我們對(duì)精準(zhǔn)平衡操作技術(shù)有一些更深刻的認(rèn)識(shí)。

（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贫取盵1]的火焰的噴煤管，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(shí)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)有直接關(guān)系，特別是三次風(fēng)管入爐的結(jié)構(gòu)和形狀。分解爐下部的氣體流場越合理、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）。國內(nèi)常用的幾種爐型，如D-D、RSP、NSF、N-MFC以及采用“分級(jí)燃燒分解爐”和“分解爐三次風(fēng)管”兩項(xiàng)專利技術(shù)改造過管道式分解爐（或PR型管道式分解爐）都可以在三次風(fēng)管閥門全部打開的工況下穩(wěn)定運(yùn)行。

在最近投入正常運(yùn)行的一條改造過的設(shè)計(jì)規(guī)模為2 500 t/d 的生產(chǎn)線中，在產(chǎn)量超過原來產(chǎn)量200 t/d達(dá)到3 000 t/d時(shí)，原來設(shè)計(jì)直徑就比同類型系統(tǒng)大得多的三次風(fēng)管（有效2 430 mm），在將閥門打開到100%的時(shí)候，檢測(cè)窯尾煙室的三個(gè)點(diǎn)氧含量均在1.5%～3%。因此更用數(shù)據(jù)證明了在將三次風(fēng)管和窯尾煙室縮口的參數(shù)合理匹配后，再加上對(duì)噴煤管的合理的操作，三次風(fēng)管的閥門全部打開時(shí)，不會(huì)使窯內(nèi)的通風(fēng)不足。

（3）精準(zhǔn)平衡操作技術(shù)能夠再次提高現(xiàn)有分解爐的性能。一條設(shè)計(jì)規(guī)模2 500 t/d常年運(yùn)行在3 000 t/d的D-D型分解爐，在改造了分解爐噴煤管和三次風(fēng)進(jìn)口結(jié)構(gòu)，沒有擴(kuò)大容積的情況下，采用該操作技術(shù)穩(wěn)定達(dá)到了3 305 t/d（3天過磅平均值）。

（4）精準(zhǔn)平衡操作技術(shù)能夠充分發(fā)揮噴煤管的性能，特別是對(duì)進(jìn)行工業(yè)性試驗(yàn)，驗(yàn)證噴煤管的性能時(shí)，有很高的準(zhǔn)確性和完整性。

（5）精準(zhǔn)平衡操作技術(shù)使燒成操作變得更加穩(wěn)定、簡單。

精準(zhǔn)平衡操作技術(shù)已在D-D、RSP、NSF、N-MFC等多種類型分解爐系統(tǒng)和一條10 000 t/d線、多條5 000 t/d以及2 500 t/d的生產(chǎn)線中應(yīng)用，同時(shí)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(qiáng)度）、降低熱耗、提高分解爐能力和運(yùn)行穩(wěn)定性、降低系統(tǒng)阻力、提高三次風(fēng)溫，提高三次風(fēng)管閥門壽命，穩(wěn)定系統(tǒng)運(yùn)行工況，減少NOx排放的綜合效果。

[1] 沈威, 黃文熙, 閔盤榮.水泥工藝學(xué)[M].武漢: 武漢工業(yè)大學(xué)出版社,1991.

[2] 山東建材學(xué)院主編.水泥工業(yè)熱工過程及設(shè)備[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,1981.

[3] 張啟輝, 周履平,姚小朋,等.兩檔短窯在3 500 t/d熟料生產(chǎn)

TQ172.625.3

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1008-0473(2016)03-0022-07DOI編碼：10.16008/j.cnki.1008-0473.2016.03.004