水泥熟料煅燒技術(shù)是水泥生產(chǎn)的中心環(huán)節(jié)。預分解窯煅燒技術(shù)用于熟料生產(chǎn)，使回轉(zhuǎn)窯產(chǎn)量大大提高，窯襯的穩(wěn)定性增強，熱耗降低，燃料選擇范圍加寬，大氣污染程度大大降低。在生產(chǎn)中，由于操作人員技術(shù)的理論水平和實踐經(jīng)驗存在差異，加之系統(tǒng)設(shè)計的些許不合理，預分解窯煅燒技術(shù)的優(yōu)勢不能充分發(fā)揮，這在一些新型干法水泥生產(chǎn)線上是常有的事情。預分解窯煅燒技術(shù)優(yōu)勢發(fā)揮的關(guān)鍵在于是否合理把握好風、煤、料的配合。根據(jù)近幾年的生產(chǎn)運行實踐，筆者僅就窯內(nèi)通風量的控制提出一些看法與同行交流。

　　1  對預分解窯窯內(nèi)通風量的要求

　?。?）在頭煤用量波動范圍內(nèi)始終有足量的O₂供燃料燃燒，保證窯內(nèi)不出現(xiàn)還原氣氛，而且使窯內(nèi)O₂適度偏大控制。

　　眾所周知，長期以來窯尾結(jié)皮一直是眾多預分解窯生產(chǎn)線的一大難題。為了緩解結(jié)皮，一方面要控制原燃料有害元素的帶入量，另一方面得減少有害元素在高溫帶的揮發(fā)以增加出窯熟料有害元素的帶出量。本文以國內(nèi)普遍的硫過剩為例。硫的揮發(fā)系數(shù)隨窯內(nèi)O₂量增加而降低。窯內(nèi)硫揮發(fā)量主要來自CaSO₄的熱分解：

　　CaSO₄=CaO+SO₂+1/2O₂

　　這是一個可逆反應(yīng)。在溫度一定的條件下，當O₂量增加時，反應(yīng)利于向左進行，CaO、SO₂減少，CaSO₄增加；否則反之。國外實驗室對不同O₂量的SO₂測定認為：O₂量4%左右是抑制熱生料中SO₂揮發(fā)的關(guān)鍵點，當O₂量大于4%左右后，生料中SO₂釋放量明顯地大幅下降 ；且隨O₂量的進一步增加，生料中SO₂釋放量繼續(xù)下降 [1]。

　　窯內(nèi)存在不完全燃燒時，部分煤粉落在料面上，硫酸鹽與C作用，生成SO2：

　　K₂SO₄+C→K₂O+SO₂+CO

　　CaSO₄+C→CaO+SO₂+CO

　　這是SO₂揮發(fā)量增加的又一途徑。

　　另外，燒成帶溫度提高及燒成帶物料停留時間增加，SO₂揮發(fā)量均會隨之增加。

　　以上情況的種種組合使熟料攜帶出窯的硫酸鹽含量變化范圍頗寬。而窯尾煙氣中SO₂濃度過高，致使結(jié)皮加劇，影響窯內(nèi)通風，還原氣氛更濃，SO₂揮發(fā)更多。結(jié)果，系統(tǒng)陷入惡性循環(huán)之中，熟料產(chǎn)質(zhì)量也受到影響。窯內(nèi)還原和還原─氧化反應(yīng)在窯磚內(nèi)產(chǎn)生體積效應(yīng)（包括反復地收縮與膨脹相更迭的體積效應(yīng)），磚的結(jié)構(gòu)弱化，強度降低，窯磚易于損壞。

　?。?）窯尾縮口等部位的風速足以保證日常運行中不塌料，而分配給三次風管的通風量能滿足爐煤燃燒對新鮮空氣量的要求。

　　窯尾縮口等部位風速不足從而引發(fā)塌料在生產(chǎn)中時有見聞。對于國內(nèi)近幾年最為流行的爐型，窯尾煙室上方即為爐的下錐體底部縮口，其風速如果不足以托住下錐體內(nèi)高濃度、且分散并不十分均勻的熱生料，就會觀察到部分生料一股股黑影般地下竄入窯。這些短路入窯生料的碳酸鹽分解率很低，給燒成帶增加了負擔，不得不加大頭煤用量來提高火力以彌補預燒之不足。另外，塌料會破壞系統(tǒng)熱工制度，令系統(tǒng)失去穩(wěn)定性。對于某些離線分解爐，三次風自爐下錐體進入，也存在風速與熱生料濃度及其穩(wěn)定性的匹配問題。一旦塌料，熱生料進入三次風管，整個燒成系統(tǒng)會極度混亂，導致生產(chǎn)不能正常進行。分解爐的新鮮空氣來自三次風。若該風量過大，容易燒垮爐襯；過小，爐的能力受削弱。三次風的風路與窯的風路兩者并聯(lián)，彼此的風量有“此少彼多”的相關(guān)關(guān)系，不可顧此失彼。

　?。?）燒成系統(tǒng)低能耗運行。

　　在三次風支路加大通風阻力來加強窯內(nèi)支路的通風量時，窯內(nèi)支路的通風阻力也將上升。結(jié)果，可能使系統(tǒng)的總阻力上升，拉風電耗增大。因此，窯內(nèi)通風量并不是越大越好，只要適度偏大即可。適度偏大的窯內(nèi)通風會緩減結(jié)皮，減少通風阻力。但風速上升以及由此引起的揚塵量增加，均會使動壓頭損失增大，而動壓頭與風速的平方成正比。因此窯支路降低通風阻力的要求依然存在。另外，要在盡量低控C1筒出口空氣過剩系數(shù)的前提下搞好二、三次風風量的精細分配。一些生產(chǎn)線在窯內(nèi)通風不足而三次風又偏大的情況下自覺或不自覺地靠加大C1筒出口抽力的辦法來解決窯內(nèi)通風量低的問題，則電耗熱耗均上升，很不經(jīng)濟。

　　2  影響窯內(nèi)通風量的因素

　   有哪些因素影響窯內(nèi)通風量呢？

　　（1）C1 筒出口排風量改變，窯和三次風管內(nèi)的通風量都會發(fā)生同向調(diào)整。

　?。?) 調(diào)節(jié)三次風閘板閥的開度，三次風量和窯內(nèi)通風量將得到異向調(diào)整。

　?。?) 三次風管內(nèi)熟料小顆粒沉降堆積，對窯內(nèi)產(chǎn)生增加通風量的影響。[Page]

　?。?) 窯尾結(jié)皮、窯尾煙室斜坡結(jié)皮或物料堆積、窯內(nèi)結(jié)圈等，均增加了窯內(nèi)通風阻力，削減了窯內(nèi)風量。與此同時，三次風管的通風量上升，直至新的平衡建立。

　?。?） 窯內(nèi)填充率不同，影響通風截面積，進而影響到窯內(nèi)通風量。

　?。?) 窯頭罩負壓是風量收支平衡的一種反映。如果風的供給不足或窯頭排風機排風過大而出現(xiàn)窯頭罩負壓絕對值增加，則窯內(nèi)通風量將被削減。

　?。?）入窯風溫下降，其標況風量上升。

　?。?）漏風的情況比較復雜。如果漏風發(fā)生在窯和三次風管構(gòu)成的并聯(lián)風路之后（即下游），則削弱了兩并聯(lián)支路的抽力，窯內(nèi)通風量下降。如果窯尾密封部位漏風，則窯內(nèi)通風抽力被搶，引起窯通風量下降。這是窯支路漏風的情況。如果三次風管支路漏風，如風管磨穿或閘板閥密封差，則在削減三次風熱風抽取量的同時削減了窯支路的通風量。如果窯頭罩漏風，則使二、三次風的標況風量增加。強調(diào)指出，漏風將使系統(tǒng)熱耗上升，用煤量增大，系統(tǒng)對窯內(nèi)風量的需求增加。

　?。?）熟料生燒、飛砂料、高窯速運轉(zhuǎn)或窯內(nèi)襯料粘結(jié)物不平整及圓周分布的不勻稱等使粉料揚起量增加，均使含塵煙氣密度增加而削減窯內(nèi)的通風能力。同理，增加窯喂料量也影響到窯內(nèi)通風量。

　　（10）熟料變得耐火，或者因種種原因分解爐能力下降，燒成要加強火力，頭煤用量比例提高，窯內(nèi)O2需求量發(fā)生了變化。另外，煤質(zhì)變劣，須提高燃燒用過剩空氣系數(shù)。

　?。?1）操作中注重增加爐煤比例，減少了窯內(nèi)通風量的需求。

　　（12）設(shè)計因素 （略）。

　　顯然，面對這個復雜多變的局面，在窯尾設(shè)置氣體分析儀是明智的選擇。

　　3  控制窯內(nèi)通風量手段的沿革

　　讓我們回顧一下20世紀80年代初伯力鳩斯公司對三次風管取舍的意見。

　　當時伯力鳩斯公司認為：當產(chǎn)量在2000～3000 t/d時，采用AT（Air Through）型分解爐窯比較合適；當產(chǎn)量＞3 000 t/d時，采用AS（Air Separate）型分解爐窯比之AT型的具有窯襯使用壽命長久的巨大優(yōu)勢，綜合經(jīng)濟性優(yōu)勢明顯[2]。

　　自從有了三次風管之后，二、三次風的分配比例及手段經(jīng)歷了巨大變化。起先，為了保證三次風量足夠大，在窯支路的窯尾部位設(shè)置了閘板閥以備必要時壓低窯內(nèi)通風量來確保三次風風量，體現(xiàn)出給爐提供新鮮空氣特別優(yōu)先的設(shè)計思想。其實，在生產(chǎn)中有的生產(chǎn)線一次都未曾關(guān)小過。與此同時，將三次風管有效內(nèi)徑設(shè)計得大大的，以至運行中熟料小顆粒沉積嚴重，有的甚至達五分之二有效內(nèi)徑的沉積高度。幾年后，窯尾閘板閥被拋棄，三次風路增設(shè)了閘板閥且有效內(nèi)徑縮小。但三次風閘板閥存在明顯的先天不足（下文將細述）?，F(xiàn)在眾多生產(chǎn)線該閘板閥名存實亡，紛紛采用往里扔廢磚頭的土辦法。其缺點是調(diào)風粗放，且偏流嚴重。于是，產(chǎn)生了在管道內(nèi)以抗磨耐火磚砌筑縮口的辦法。

　　筆者觀察認為：在預分解技術(shù)發(fā)展的早期階段，有三次風管取舍之爭，主張設(shè)置三次風管的則偏重于優(yōu)先保證三次風擁有很大的風量；中期階段，在三次風管內(nèi)局部阻力系數(shù)可調(diào)，使兩個并聯(lián)支路中阻力相對于生產(chǎn)需求而言偏小的三次風管風量得到粗放的控制；現(xiàn)階段，預分解技術(shù)已經(jīng)相當成熟，但二、三次風風量的比例優(yōu)化問題明顯落后。要解決認識問題，要落實風量比例分配的手段優(yōu)化。有人主張“三次風閘板閥以‘某某開度為最優(yōu)’”；也有人不顧“障礙物”的形狀尺寸、統(tǒng)統(tǒng)以“某某通風面積為最佳”。甚至都認為其主張是“放之四海而皆準”的。筆者認為：如前面所述，情況復雜多變，這種以“不變應(yīng)萬變”是脫離實際的，理論上也講不通。

　　4   三次風管改筑縮口的嘗試

　　J廠預分解窯生產(chǎn)線對窯內(nèi)O₂富余量十分敏感。雖然原燃料硫堿比一般尚可，但只要窯內(nèi)通風量因種種原因有點緊張時，窯尾煙室物料就發(fā)粘，結(jié)皮明顯加劇，尤其在熟料SO₃達0.90以上時。遇到此類情況，一方面加強窯尾結(jié)皮清理，另一方面減產(chǎn)而不減設(shè)備C1筒出口的抽力，通常效果尚算明顯。這證明窯內(nèi)通風量富余過小，未能適應(yīng)窯內(nèi)通風量日常的需求波動。該生產(chǎn)線三次風閘板閥早就被熟料細粒磨蝕到盡頭，代之以在熱態(tài)中扔廢磚。扔廢磚不花錢，但磚堆高度常因高處的磚被風吹跑而難保穩(wěn)定；況且即使高度相同，這個障礙物的幾何形狀和尺寸也難保相同，導致局部阻力系數(shù)差異較大；另外，與閘板一樣，偏流嚴重，常致殼體磨穿燒穿。閘板閥備有密封風機，既使閥體襯料遭受熱震，又鼓入冷風，加上閘板閥漏風和殼體破損漏風，冷風摻入取代了窯頭罩的部分熱風，使三次風溫低至750 ℃左右。如果恢復閘板閥，則價格高，更換費時費力，而使用周期不到一年（質(zhì)量一般的，幾個月就報廢）。因此在長期對該窯進行運行觀察的經(jīng)驗基礎(chǔ)上，基于前述的思想，決定對有效內(nèi)徑Ф1800管道內(nèi)筑Ф900×1000的縮口，同時把閘板閥升降口用澆注料封死。改后偏流消失，漏風徹底獲得解決，三次風溫上升了200 ℃。另外，窯內(nèi)通風量上升使爐下部錐體縮口風速上升，塌料現(xiàn)象得以根除。凡此，都為減少頭煤用量創(chuàng)造了條件，也有利于熟料質(zhì)量的提高及延長窯襯和三次風管襯料的使用壽命。

　　在三種不同條件下運行，扔廢磚和筑縮口兩種狀態(tài)下爐出口負壓與三次風負壓的關(guān)系在數(shù)值范圍方面大體相當，而去縮口狀態(tài)則負壓明顯偏低。這同去縮口狀態(tài)時喂料量一直偏低有關(guān)，但主要還是去縮口狀態(tài)三次風管內(nèi)“障礙物”去除后阻力很小之故?？涨暗牡妥枇κ谷物L暢行無阻而風量大增，窯內(nèi)通風則大為削弱，兩個并聯(lián)支路的總阻力變小使出爐負壓明顯降低。運行表明，去縮口狀態(tài)下窯后半部嚴重結(jié)圈持續(xù)半個來月，窯內(nèi)還原氣氛始終難以避免，產(chǎn)量低，熟料質(zhì)量差，單位熟料的熱耗電耗居高不下，窯尾結(jié)皮明顯增加，生產(chǎn)陷入空前的被動局面。筑縮口狀態(tài)則恰恰相反，其實踐發(fā)現(xiàn)有如下特點：[Page]

　　（1）窯尾結(jié)皮大大減少，通風阻力不高、且相對穩(wěn)定，窯尾排風的單位產(chǎn)量電耗下降。

　?。?）燒成帶窯皮伸長3 m左右，總長接近20 m，且相當穩(wěn)定。

　?。?）分解爐下錐塌料入窯的現(xiàn)象消失，窯頭用煤量穩(wěn)定。這就為提高爐煤比例提供了客觀條件，使頭煤在總用煤量中的比例下降至32%左右，為提產(chǎn)奠定了基礎(chǔ)。

　　以上窯內(nèi)通風量正反實踐的結(jié)論與前述國外實驗在趨勢上完全吻合，以生產(chǎn)運行的事實支持了窯內(nèi)O₂應(yīng)適度富?？刂频挠^點。

　　理論與實踐告訴我們，高風速區(qū)降風速對減少風阻特別有效。應(yīng)該減少入爐生料量的瞬間波動，提高撒料均勻性，避免產(chǎn)生一股股強有力的下沖料來降低爐下錐體縮口風速的要求值，謀求以相對的低風速降低阻力，并避免塌料發(fā)生。另外，窯和窯尾煙室的交接處縮口通風面積特低，可以對斜坡斜對面的澆注料懸拱進行倒角以擴大通風面積。改善澆注料的抗結(jié)皮性能，最大程度地減少窯尾結(jié)皮，改善結(jié)皮和堆積物的清掃等等，依然是減少并穩(wěn)定窯支路通風阻力的重要手段。

　　另外，縮口的一個缺點是筑后不能調(diào)節(jié)風量。將筑縮口與縮口內(nèi)少量堆磚結(jié)合起來，可提高風量調(diào)節(jié)的靈活性。

　　5  結(jié)束語

　?。?）窯內(nèi)通風量適度偏高控制首先針對窯內(nèi)燃燒用O₂。窯內(nèi)O₂量適度富裕對改善我國當前眾多預分解窯的運行應(yīng)該有重大的意義。

　?。?）隨生料和燃料入窯的硫堿比例失調(diào)容易導致窯尾結(jié)皮。但把結(jié)皮原因都歸結(jié)為硫堿比失調(diào)并不合理。硫堿比失調(diào)時窯內(nèi)出現(xiàn)的還原氣氛對結(jié)皮有推波助瀾的作用，而此時如果窯內(nèi)O₂量適度富裕會使結(jié)皮有所緩解。硫堿比在正常范圍內(nèi)而窯內(nèi)還原氣氛嚴重照樣會嚴重結(jié)皮（這正是許多生產(chǎn)線熱工不穩(wěn)的主因）。我們應(yīng)該更多關(guān)注窯尾各部位有害元素富集凝聚的機理，不能老是止步于入窯硫堿比，而長期無視有害元素在燃燒帶的揮發(fā)率高低差異帶來的重大影響。

　　（3）窯內(nèi)通風量適度偏高控制要從供給和需求兩方面去努力。根據(jù)C1筒出口氣體成分合理調(diào)整系統(tǒng)總抽力并對二、三次風量分配比例進行優(yōu)化是一方面，設(shè)法減少并穩(wěn)定頭煤用量是十分重要的另一方面。

　　（4）要嚴格控制漏風對窯內(nèi)通風量和預熱分解區(qū)域O₂控制的干擾。

　?。?）定量地了解窯內(nèi)通風量是否完全滿足減少SO₃在高溫帶揮發(fā)的需求，目前最理想的手段還是窯尾煙室煙氣的氣體成分分析，由O₂、CO含量來判斷。

　?。?）窯內(nèi)通風量要求滿足多方面的需要。以三次風管縮口作控制手段，縮口的形狀尺寸取決于滿足方方面面正當要求后窯內(nèi)通風量的最低值。隨著三次風和窯內(nèi)二次風風量分配比例的精細優(yōu)化，與閘板閥、堆廢磚相比，筑縮口（輔之以少量堆磚）具有明顯的優(yōu)勢。

　　參考文獻

　　[1] 陳友德，沈序輝， 倪祥平等. 硫含量較高的低揮發(fā)風煤在預分解窯系統(tǒng)內(nèi)的煅燒[J]. 水泥，2007 (2):4-7.

　　[2] 熊會思，熊然. 新型干法水泥設(shè)備選型使用手冊[M].  北京:中國建材工業(yè)出版社，2007.