摘要:
國家建材局新型干法水泥企業(yè)達標達產直協調領導小組顧問組
當前我國新型干法窯技術已取得長足進展，主要表現在產量不斷提高、熱耗不斷降低，不少生產線的技術指標已達到國際先進水平。回顧發(fā)展過程，生產水平的提高是得力于以下幾個方面：
1、設備制造質量提高，提高了其運行可靠性，為系統長期連續(xù)運行提供基礎；
2、系統各單元：熟料煅燒、預熱預分解、熟料冷卻熱回收裝置的性能改善，功能匹配趨于合理，尤其是分解爐和冷卻機技術有新的突破；
3、生產經驗的積累，制定了較合理的運行參數；
4、自動控制手段完善，使系統能及時跟蹤設定的參數，經常處于穩(wěn)定狀態(tài)下運行。
但仍有相當部分生產線運行情況不如人意，其原因主要是系統匹配欠佳和運行參數未能得到優(yōu)化。
一、生產能力
新型干法窯的懸浮預熱器有很強、高效的傳熱功能。懸浮預熱器內物料是充分分散懸浮在氣流中，有很大的傳熱面積，傳熱速度很快，在正常作業(yè)狀態(tài)（物料高度分散，預熱器內無燃料燃燒現象）下，在每一級預熱器內很快達到熱平衡狀態(tài)，氣流溫度和物料溫度幾乎一致，其出口溫度僅相差10～20℃。預熱器出口廢氣溫度遠低于中空干法窯，熱量已得到充分利用，做到高產低熱耗。
新型干法窯預熱預分解系統有一個很重要特征是，分解爐或入窯一級預熱器出口氣流溫度總是保持在一定范圍之內，一般為870℃左右。通常的解釋是在分解爐內燃料料燒放出的熱量與物料吸收的熱量達到平衡所致，但這并未回答為什么總是穩(wěn)定在870℃左右，而不是其他溫度，為什么SP窯的入窯一級出口溫度也在這個范圍而且與窯尾溫度高低無關。這尚需從碳酸鹽分解的特性上來說明。碳酸鹽的大量、快速分解NSP窯是始于分解爐，SP窯是始于入窯一級預熱器（所以該級又稱分解級）。碳酸鹽分解是一個化學反應相變過程，屬于氧固相平衡，根據相律僅有一個變量，其分解物料溫度與二氧化碳分壓Pco2互為函數關系，（T為分解絕對溫度K），當Pco2一定時分解溫度即為定值，在穩(wěn)定條件下分解爐或分解級內Pco2是穩(wěn)定的，則分解溫度也應穩(wěn)定（NSP窯在線型分解爐和SP窯分解級內Pco2約為0.38atm左右，其分解溫度為850℃，NSP窯離線型分解爐內Pco2約為0.45atm左右，其分解溫度為860℃）當Pco2不變時，碳酸鹽分解是等溫過程，由于分解爐或預熱器內物料是充分分散在氣流之中，物料與氣流溫差很小，故其氣流溫度也穩(wěn)定在一固定值。誠然，要保持溫度穩(wěn)定尚有賴于其很強的傳熱功能，使氣流中熱量及時傳給物料。需要提出的是，當碳酸鹽完全分解后，CaCO3固相消失，不再存在等溫過程，其溫度將超出分解溫度而失控導至預熱系統熱工制紊亂，這是控制分解率在100%以下的原因。由于入窯一級預熱器出口氣流溫度的穩(wěn)定為預熱系統熱工制度穩(wěn)定提供了條件，只要預熱器級數相同，不管是SP窯還是NSP窯，不管窯的規(guī)格大小或產量波動，均能保持預熱器出口廢氣溫度穩(wěn)定，這是新型干法窯的又一個特征。
一般地說，制約水泥窯生產能力的因素為發(fā)熱和傳熱能力。由于新型干法窯預熱系統有足夠的傳熱能力，因此其發(fā)熱能力是其制約因素，要求高的生產能力，關鍵在于充分發(fā)揮其發(fā)熱能力。系統的發(fā)熱能力與規(guī)格有關，對于一定規(guī)格的窯存在一個合理的高限值。
回轉窯是一個理想的燃燒裝置，燃燒溫度高，燃燒速度快，由于兼有熟料燒結及部分傳熱任務并要求控制一定的窯尾煙氣溫度，必須具備一定的長度，其燃燒空間是綽綽有余，其制約發(fā)熱能力的因素是耐火磚壽命即燃燒帶的熱力強度，熱力強度有截面熱力強度和燃燒區(qū)容積熱力強度，從統計資料來看單位截面強度并不是一個定值，而是隨窯的直徑增大而增大。燃燒區(qū)熱力強度（單位容積發(fā)熱量）是普遍適用于各種燃燒爐。回轉窯的燃燒帶長度是正比于窯的直徑，則回轉窯的發(fā)熱量Q（kcla/h）正比于有效內徑的三次方Q=aD3。根據統計系數a值相當穩(wěn)定，其合理值為1.08～1.18×106kcal/m3·h。對于小直徑的窯，由于窯皮容易保護材料壽命長，允許較高的熱力強度，即a值可取高值。應該指出的是窯的發(fā)熱量是包括燃料燃燒熱Qr和助燃空氣（二次風）帶入的顯熱Qk,Q=Qr+Qk。因此新型干法窯二次風溫顯著高于中空干法窯和濕法窯，其燃料量則應相對低些。在確定燃料量時應計入二次風顯熱的因素。
分解爐是其另一發(fā)熱裝置。其燃燒溫度受碳酸鹽分解溫度制約，燃燒速度遠低于回轉窯內的燃燒速度是其控制因素。其發(fā)熱能力同樣正比于爐的容積，其單位容積發(fā)熱量低于回轉窯的燃燒區(qū)。由于各種爐型結構及燃燒氣氛（氧含量）不同，其單位容積發(fā)熱量必然有差異，一般地說，離線型分解爐由于氧氣濃度較高，其燃燒性能要優(yōu)于在線型分解爐，帶預燃爐的分解爐及物料在初燃區(qū)后加入時，因不受碳酸鹽分解溫度制約，有可能適當提高其溫度，有助于燃燒速度，其單位容積發(fā)熱量則可相應提高。
窯與分解爐的燃料比是一重要參數。一般地都力求提高分解爐的燃料比提高總的發(fā)熱量來提高生產能力，然而，分解爐是窯的發(fā)熱能力的補充，其燃料比是由其與窯的匹配所決定的，因此所謂“合理”的燃料比并非絕對的，而且相對于窯型而言的。例如窯較短，窯尾煙氣提供的熱量較多，由于入窯物料分解率存在一個高限，則爐的燃料量必須受到限制，雖然爐的燃料比較小，卻是合理的。
由于人們對物的認識是逐步深化的，早期建成的生產線分解爐普遍偏小，分解爐用煤量受到限制，如強求高的分解爐燃料比，只能是降低窯的用煤量來滿足燃料比的指標，其結果是總的用煤量降低，影響生產能力的發(fā)揮。因此在生產中總的掌握原則是，首先用足窯的發(fā)熱能力，在分解爐內充分燃燒（至少在與分解爐連結的一級預熱器內達到完全燃燒）和控制入窯物料分解率的情況下，盡可能地提高分解爐的燃料量，以求允許最大的燃燒總用量，以提高生產能力。