新型干法回轉(zhuǎn)窯的設計與增產(chǎn)節(jié)能

PAGE2新型干法回轉(zhuǎn)窯的設計與增產(chǎn)節(jié)能2007-08-1014:43:37——從技術(shù)進步談回轉(zhuǎn)窯設計操作參數(shù)的合理選擇前言：從上世紀80年代我們研究新型干法（NSP）回轉(zhuǎn)窯產(chǎn)量和規(guī)格參數(shù)的合理選擇時，一般采用國內(nèi)外相關窯型的產(chǎn)量和規(guī)格參數(shù)進行數(shù)學回歸法或統(tǒng)計分析等方法，結(jié)合國情、廠情來比較選擇確定。早期在2000t/d窯外分解系統(tǒng)技術(shù)引進報價中，國外公司對窯規(guī)格、參數(shù)報價差異較大。（見表一）國內(nèi)外部分廠商日產(chǎn)2000t/d窯報價規(guī)格參數(shù)

表一廠商窯規(guī)格（m）L/D斜度（％）轉(zhuǎn)速（r/min）裝機功率（kw）計算單位有效容積產(chǎn)量（t/m3·D）備注

石川島（日）φ3.9×5814.94.00.6～3.01803.58

三菱（日）φ3.9×5814.94.00.6～3.52103.58

宇部（日）φ3.7×5815.73.50.3～3.02504.03

FLSφ3.95×5614.34.00.6～3.02253.61順昌FCBφ4.0×5814.54.01.8～2.61903.38云浮KHDφ3.8×4010.53.50.67～3.672505.50新疆KHDφ4.0×4210.53.50.54～3.262304.68魯南KHDφ4.2×4510.73.50.52～3.152003.92北京

TCφ4.0×60153.50.6～3.22×1253.27江西

0.4～3.953154.43～4.59

NCφ4.0×60154.00.6～4.073154.43～4.92

當時國產(chǎn)第一臺（江西）2000t/d水泥生產(chǎn)線，其窯的規(guī)格為φ4.0×60m，L/D＝15，斜度3.5％，最高轉(zhuǎn)速3.2r/min，單位有效容積產(chǎn)量3.27t/m3·D。經(jīng)過20多年的努力，至今我國窯外分解系統(tǒng)生產(chǎn)工藝技術(shù)裝備已趨于成熟，同規(guī)格窯系統(tǒng)產(chǎn)量不斷突破，目前φ4.0×60m窯保證產(chǎn)量為2500t/d，實際可達到2700～2800t/d，系統(tǒng)產(chǎn)量提高35～40％，單位有效容積產(chǎn)量達到4.59t/m3·D，相關的斜度、轉(zhuǎn)速、裝機功率及窯內(nèi)物料負荷率、物料在窯內(nèi)停留時間等設計參數(shù)均有較大變化，筆者在實踐－認識－再實踐的基礎上，對窯的合理設計、操作參數(shù)等作一些探討。1、回轉(zhuǎn)窯在新型干法燒成系統(tǒng)中的地位和作用首先，回轉(zhuǎn)窯是NSP燒成系統(tǒng)中的一個組成部分，它的作用是把在預熱器、分解爐內(nèi)已經(jīng)大部分分解的生料進行煅燒，生成合格的水泥熟料。從物理、化學反應來說：生料在窯尾預熱器、分解爐系統(tǒng)中完成預熱、脫水和絕大部分分解反應后進入回轉(zhuǎn)窯內(nèi)，在一定的高溫條件下完成形成各種熟料礦物的化學反應和物理化學反應（固相反應），并使晶體得到一定程度的發(fā)育生長，再稍經(jīng)冷卻后排出窯外。從傳熱學的角度來說，窯內(nèi)物料因入窯生料表觀分解率為90~95％，分解吸熱反應所需的熱量很少，公斤熟料約200~100千焦，物料升溫吸熱量約為450～500千焦，而熟料礦物形成是以放熱反應為主，設熟料中C2S占0.20，C3S占0.60，C3A占0.08，C4AF占0.10，反應過程放熱量約為655千焦?；诟G內(nèi)熟料形成熱基本是一個負值，所以可以認為窯內(nèi)傳熱已不是主要矛盾，而熟料礦物生成的晶格形成和晶體生長所需維持的高溫條件及在燒成帶的停留時間成為矛盾的主要方面。2、提高NSP窯系統(tǒng)產(chǎn)量是個系統(tǒng)工程穩(wěn)定回轉(zhuǎn)窯的熱工制度、提高窯速和快轉(zhuǎn)率，均衡穩(wěn)定、薄料快燒是實現(xiàn)高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、低消耗的重要工藝原則。而以穩(wěn)定回轉(zhuǎn)窯熱工制度為中心，需要以下多項先進技術(shù)的系統(tǒng)工程予以保證。（1）原料礦山合理開采、搭配進廠并加強進廠原、燃料的科學管理。（2）原、燃料預均化技術(shù)，為配料和煅燒創(chuàng)造條件。（3）電子計算機－熒光分析儀－電子配料系統(tǒng)，保證生料出磨成分的標準偏差。優(yōu)化配料方案。（4）生料氣力均化技術(shù)，保證入窯生料化學成分均衡穩(wěn)定。（5）采用成熟可靠高精度計量設備，保證入窯生料和燃煤的喂料量均衡穩(wěn)定。（6）加大窯尾預熱器、分解爐規(guī)格、完善系統(tǒng)性能，提高燃煤比，強化系統(tǒng)預燒能力，提高生料入窯分解率為95％，進一步提高燒成系統(tǒng)熱效率。（7）采用先進成熟的多通道煤粉燃燒器，以保證煤粉快速、完全燃燒，火焰調(diào)節(jié)靈活。（8）采用新型耐熱、耐磨材料，延長窯的安全運轉(zhuǎn)周期，減少系統(tǒng)熱損失。（9）采用電子計算機對生產(chǎn)過程實行自動調(diào)節(jié)和控制。（10）實行崗位技術(shù)培訓和強化生產(chǎn)過程質(zhì)量管理，充分發(fā)揮現(xiàn)代化技術(shù)和裝備的作用和效益等。φ4.0×60mNSP窯系統(tǒng)產(chǎn)量提高過程是以上系統(tǒng)工程技術(shù)進步的結(jié)果。3、關于物料在窯內(nèi)的停留時間T從操作上看，決定熟料產(chǎn)量和質(zhì)量的二個重要條件就是窯內(nèi)高溫條件和物料在燒成帶的停留足夠時間。物料在窯內(nèi)所需停留時間與窯的類型有關，前期統(tǒng)計資料介紹：懸浮預熱器窯為45～60min，預分解窯為25～30min。計算式如下：

min……(1)式中：――物料停留時間（min）

；――分別為窯有效內(nèi)徑和長度（m）

――窯斜度（度）3.5%(2.0o)，4.0%(2.3o)，4.5％（2.58o）

――窯轉(zhuǎn)速（r/min）

――物料休止角（度），一般取35°物料在窯內(nèi)停留時間不足，使熟料“欠燒”影響產(chǎn)品質(zhì)量性能；停留時間過長，熟料易“過燒”，使熟料礦物晶體過大且結(jié)構(gòu)致密而影響熟料易磨性并使熱耗增大。在風、煤、料和窯速均衡穩(wěn)定配合和穩(wěn)定窯的熱工制度下的薄料快燒，對縮短生料在窯內(nèi)停留時間有利。目前通過提高產(chǎn)量的生產(chǎn)實踐證明：φ4.0×60m、斜度4.0%NSP窯、最高窯速3.9r/min、負荷率6.5％、物料在窯內(nèi)最短停留19.5min（見方案2），φ4.0×60m、斜度3.5%NSP窯、最高窯速3.9r/min、負荷率7.0％、物料在窯內(nèi)停留最短時間為22.4min（見方案1），φ3.3×51m、斜度3.5%NSP窯（改造）、最高窯速4.7r/min、負荷率5.2％、物料在窯內(nèi)停留最短時間僅為19.3min（見方案9），均可保證優(yōu)質(zhì)熟料的燒成，窯內(nèi)物料停留時間有縮短的趨勢。4、關于窯內(nèi)負荷率窯內(nèi)物料負荷為窯內(nèi)物料的容積與整個窯筒體有效容積的百分數(shù)，由于窯內(nèi)各帶物料運動速度不同，物料負荷率也不同，這里指的是平均負荷率的概念。據(jù)資料介紹，一般＝5～13％。窯內(nèi)物料負荷率與窯直徑、長徑比、斜度、喂料量和轉(zhuǎn)速相關，在生產(chǎn)中窯速要與喂料量同步增減調(diào)節(jié)，避免負荷率變化過大，這樣有利穩(wěn)定窯的熱工制度。預熱、預分解窯計算式如下：……（2）

式中：――窯內(nèi)物料平均負荷率（％）

T――物料在窯內(nèi)停留時間（min）

G熟料――窯小時熟料產(chǎn)量（t/h）

R――煅燒1Kg熟料所需窯內(nèi)物料量（Kg生料/Kg熟料）

Ks――料耗（Kg生料/Kg熟料）――入窯料表觀分解率（％）

Di；L――分別為窯有效內(nèi)徑和長度（m）

――窯內(nèi)物料平均容重（kg/m3）按日本水泥協(xié)會處理方法對SP、NSP窯：

“薄料快燒”是回轉(zhuǎn)窯實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)的一個重要操作手段。窯在最高產(chǎn)量時，窯的最高操作轉(zhuǎn)速除需保證物料在窯內(nèi)燒成所需最短停留時間外，物料負荷率必須在合理的薄料層范圍內(nèi)，以保證熟料燒成。不同參數(shù)窯型，有各自合理的負荷率（見表二）。5、窯內(nèi)物料負荷率、操作轉(zhuǎn)速對窯傳動功率的影響新型干法窯正常運行中機械摩擦消耗功率約占額定功率的10％，不良情況可達30％，因此窯內(nèi)物料翻轉(zhuǎn)和輸送的有用功率占額定功率的大部分，約占70～75％，窯內(nèi)物料量和運動狀態(tài)對回轉(zhuǎn)窯消耗功率起決定作用。窯內(nèi)物料量大，窯的消耗功率大。窯內(nèi)物料量可通過窯內(nèi)平均物料負荷率，查“圓截面內(nèi)弓形函數(shù)表”計算。（見水泥工廠設計手冊（下冊）中國建筑工業(yè)出版社）窯操作轉(zhuǎn)速對傳動功率的影響：窯轉(zhuǎn)速與窯需用功率成正比關系。簡易計算公式為：……（3）式中：N0――窯需用功率（kw）

Di；L――分別為窯有效內(nèi)徑和長度（m）

n――窯轉(zhuǎn)速（r/min）6、NSP窯型、參數(shù)方案比較

（詳見表二）

方案1：φ4.0×60m，L/D=15,斜度：3.5％

（1）2000t/d為早期低產(chǎn)量時運行參數(shù)，物料在窯內(nèi)停留時間過長(31min)。

（2）該窯系統(tǒng)工藝技術(shù)裝備成熟后，提速提產(chǎn)至2700~2800t/d，產(chǎn)量提高40%，窯速3.9r/min時負荷率為7.0%，物料在窯內(nèi)停留時間縮短至22.4min左右，熟料質(zhì)量良好，但單位熟料的物料運動功耗偏高約為1.68KWh。

（3）建議提高窯速，降低物料負荷率，生產(chǎn)能力可達3000t/d以上。

方案2：φ4.0×60m，L/D=15,斜度：4.0％（與方案1比較）

（1）規(guī)格、直徑及長徑比相同，但斜度為4.0%，當產(chǎn)量和窯速相同時，物料負荷率降低~0.6%

窯內(nèi)物料停留時間縮短至20min左右，實現(xiàn)了“薄料快燒”，生產(chǎn)能力達到3000t/d，生產(chǎn)實踐證明完全能滿足良好熟料的燒成要求。

（2）由于斜度大，窯內(nèi)物料運動速度加快，停留時間縮短了2.4min左右，窯內(nèi)物料量可減少3.8t左右，單位熟料的物料運動功耗降為1.48KWh。當產(chǎn)量為2900t/d時，每小時節(jié)電24.5度，每天節(jié)電588度。

方案3：φ4.0×64m，L/D=16,斜度：4.0％（與方案2比較）

（1）斜度相同，長徑比大，在保證物料停留時間的前提下，提高窯速后生產(chǎn)能力可略有提高。

（2）雖然物料負荷率相同，因窯長，窯內(nèi)物料量增加~1.4t，單位熟料的物料運動功耗為1.57度。當產(chǎn)量為2900t/d時，每小時多耗電10.8度，每天多耗電259.2度。

方案4：φ4.0×58m，L/D=14.5,斜度：4.0％（與方案2比較）

（1）斜度相同，長徑比小，為保證物料停留時間，最高操作窯速降低，物料負荷率相當時，生產(chǎn)能力略低，但是個節(jié)電的“經(jīng)濟產(chǎn)量”。

（2）物料負荷率降低0.1%，因窯短，窯內(nèi)物料量減少~1.4t，單位熟料的物料運動功耗降為1.42度，當產(chǎn)量為2900t/d時，每小時又可節(jié)電5.2度，每天節(jié)電125度。

方案5：φ4.0×43m，（二支承）L/D=10.75,斜度：3.5％（與方案1~4比較）

（1）窯操作轉(zhuǎn)速低，相對窯內(nèi)物料負荷率較高，屬中厚料層燒成法。窯增產(chǎn)潛力較小。

（2）長徑比小于12，短窯具有設備重量輕、二支承有利窯和托輪調(diào)整以及傳動磨擦功耗小等優(yōu)點，雖然窯內(nèi)物料負荷率較高，但因窯短，窯內(nèi)物料量還是最少，加上操作轉(zhuǎn)速低，窯運行實耗功率最小，對進一步節(jié)電有利。

方案6：φ3.8×64m，L/D=16.8,斜度：4.0％（與方案4比較）

窯有效容積相近，采用小直徑大長徑比方案，生產(chǎn)能力相當。因窯操作轉(zhuǎn)速提高和窯內(nèi)物料負荷率偏高，單位熟料的物料運動功耗偏高為1.65度，當產(chǎn)量為2800t/d時，每小時多耗電27.9度，每天多耗電670度。

方案7：φ3.8×57m，L/D=15,斜度：4.0％（與方案6比較）

（1）長徑比減小，窯操作轉(zhuǎn)速和負荷率降低，生產(chǎn)能力適度降低，但對窯安全運轉(zhuǎn)有利，是經(jīng)濟合理產(chǎn)量。

（2）窯速降低，窯內(nèi)物料量減少6.3t，單位熟料的物料運動功耗降為1.47度，當產(chǎn)量為2400t/d時，每小時又可節(jié)電18.0度，每天節(jié)電432度。

方案8：φ3.5×52m，L/D=14.9,斜度：4.0％（產(chǎn)量相同，窯操作轉(zhuǎn)速不同時的比較）

窯產(chǎn)量相同時，操作轉(zhuǎn)速高時，窯內(nèi)物料負荷率低，操作轉(zhuǎn)速低時，窯內(nèi)物料負荷率高，單位熟料的物料運動功耗基本相同。

方案9：φ3.3×51m，L/D=15.5,斜度：3.5％（高原型，NSP改造）

（1）窯提速增容改建后，產(chǎn)量由980t/d提高到平均1378t/d，實現(xiàn)提產(chǎn)40％，熟料28天平均抗壓強度由57.3提到63.1MPa.

（2）操作窯速由2.8提高到4.7r/min，窯內(nèi)物料停留時間由32.4min縮短至19.3min，負荷率僅為5.2％，實現(xiàn)了“薄料快燒”。當負荷率提高到5.7％時，產(chǎn)量可達1500t/D.

（3）由于長徑比大和斜度小，窯內(nèi)物料量較多，單位熟料的物料運動功率為1.76度，電耗偏高。

方案10：φ3.2×52mL/D=16.3,斜度：3.5％（SP系統(tǒng)改造成NSP）

（1）窯提速改造后，產(chǎn)量由600t/d提高到1500t/d，提高2.5倍，增產(chǎn)效果顯著。

（2）由于長徑比大，斜度小，窯速4.5r/min，負荷率偏高，使單位熟料的物料運動功耗偏高為1.86度，電耗較高。

方案11：φ3.2×48m，L/D=15,斜度：4.0％（與方案10比較）

（1）斜度加大，窯速降低，物料負荷率明顯減小，雖然生產(chǎn)能力稍低，但是個“經(jīng)濟產(chǎn)量”，對安全運行也有利。

（2）由于低窯速和窯內(nèi)物料量減少~3.8t，單位熟料的物料運動功耗降為1.49度，當產(chǎn)量為1400t/d時，每小時節(jié)電21.8度，每天節(jié)電523度。

方案12：φ3.0×48m，L/D=16,斜度：3.5％（提速改造NSP）

（1）長徑比大，斜度小，窯經(jīng)提速改造后，物料負荷率提高，窯產(chǎn)量能顯著提高。

（2）窯操作轉(zhuǎn)速高和窯內(nèi)物料量相對較大，使單位熟料的物料運動功耗為1.84度，電耗較高。

方案15：φ4.8×74m，L/D=15.4,斜度：3.5％

（1）該窯目前產(chǎn)量約5500t/d，轉(zhuǎn)速3.8r/min，負荷率偏高，若能提速至4.0r/min，窯內(nèi)物料負荷率略降低，產(chǎn)量可達5700t/d。

（2）因斜度小，窯內(nèi)物料負荷率偏高，物料量較多，使單位熟料的物料運動功耗較高為1.62度，電耗偏高。

方案16：φ4.8×74m，L/D=15.4,斜度：4.0％（與方案15比較）

窯規(guī)格相同，斜度加大，當產(chǎn)量和操作轉(zhuǎn)速相同時，窯內(nèi)物料負荷率低~1.2%，物料量減少~14.2t，使單位熟料的物料運動功耗降低為1.41度，當產(chǎn)量為5500t/d時，每小時節(jié)電47.3度，每天可節(jié)電1135度。

方案17：φ4.8×72m，L/D=15,斜度：4.0％（與方案16比較）

建議窯長縮短2m，長徑比為15，窯內(nèi)物料量可進一步減少2.2t，單位熟料的物料運動功耗進一步降低為1.32度，當產(chǎn)量為5500t/d時，每小時又可節(jié)電16.9度，每天可節(jié)電405度，實現(xiàn)“經(jīng)濟產(chǎn)量”的理念。

方案18：φ6.0×95m，L/D=15.8,斜度：4.0％

該窯考核時產(chǎn)量達到11111t/d，轉(zhuǎn)速3.5r/min，計算窯內(nèi)物料負荷率7.4%，單位熟料的物料運動功耗為1.43度，單位有效容積產(chǎn)量4.9t/m3.D，系統(tǒng)裝備運行整合后，通過提高窯速到3.8r/min，物料負荷率不變，生產(chǎn)能力可達12000t/d。

方案19：φ6.0×90m，L/D=15,斜度：4.0％（與方案18比較）

建議該窯長縮短5m，長徑比為15，操作轉(zhuǎn)速和物料負荷率能維持原有水平，物料在窯內(nèi)停留時間能保證，而該窯內(nèi)物料進一步減少，降低物料運動功耗至1.35度，當產(chǎn)量為11000t/d時，窯每小時可節(jié)電36.6度，每天節(jié)電879度，單位有效容積產(chǎn)量進一步提高。當提高窯速到3.8r/min，物料負荷率不變時，生產(chǎn)能力可達12000t/d。7、對目前NSP窯合理設計及操作參數(shù)的探討（1）關于物料在窯內(nèi)停留時間T當前由于新型干法燒成系統(tǒng)工藝技術(shù)裝備趨于先進成熟，在窯尾預燒能力充分增強的條件下，生產(chǎn)實踐充分證明實現(xiàn)“薄料快燒”后物料在窯內(nèi)停留時間有明顯的縮短趨勢，因此建議設計時，窯內(nèi)物料停留時間取19～20分鐘（過去統(tǒng)計資料：NSP窯停留時間為25～30min），完全能保證優(yōu)質(zhì)熟料的燒成，如方案2和9（表二）。筆者認為可以作為設計和操作依據(jù)。（2）關于窯內(nèi)物料平均負荷率在保證物料窯內(nèi)停留時間的前提下，采用高窯速和小負荷率的“薄料快燒”，有利于實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)低消耗。在設計中，窯斜度與物料負荷率有直接關系：斜度大，物料負荷率??；斜度小，物料負荷率大。在生產(chǎn)操作中，產(chǎn)量一定時，窯速與負荷率成反比。因此要求喂料量盡量與窯速同步增減以保證窯內(nèi)物料負荷率不變，穩(wěn)定窯的熱工制度。據(jù)統(tǒng)計計算國內(nèi)部分φ3.0～φ6.0m，L/D＝13.5～16.5的（三支承）NSP窯，窯內(nèi)物料負荷率隨窯直徑加大而提高，＝5.7～9％（見表二）；而L/D<12的二支承短窯窯內(nèi)物料負荷率偏高，＝7.7～10.5％（見表二）。（3）關于窯的長徑比

L/D

長徑比在同窯速時，主要影響物料在窯內(nèi)停留時間，窯長停留時間長。在要求窯內(nèi)物料停留時間一定時，長徑比大則窯轉(zhuǎn)速高，長徑比小則可降低窯的操作轉(zhuǎn)速。目前國內(nèi)NSP窯長徑比統(tǒng)計為13.5～16.5。長徑比大，物料在窯內(nèi)停留時間長，窯提速增產(chǎn)潛力大，但電耗偏高。如方案3、10（見表二）。長徑比小的窯提速增產(chǎn)幅度相對較小，但窯內(nèi)物料量減少，因此電耗省。如方案4（見表二）。新建三支承窯推薦L/D為14～15。長徑比小于12的兩支承短窯磨擦功耗小，調(diào)整維修方便，操作窯速低，設備重量輕，窯內(nèi)物料量少，運行電耗低。（4）關于窯斜度

%

窯斜度除了影響物料運動速度和停留時間外，更重要的是能直接影響窯內(nèi)物料負荷率（如方案1，2對比），斜度大物料負荷率減小，有利窯內(nèi)呈薄料層快燒狀態(tài)，物料量減少有利節(jié)能。當前新設計三支承窯建議斜度用4.0％，這樣對降低物料負荷率、減少窯內(nèi)物料量和降低窯運行電耗有利。對現(xiàn)有斜度3.5％窯通過系統(tǒng)改造后可通過提高窯速“薄料快燒”實現(xiàn)窯產(chǎn)量提高，但電耗略高。窯斜度大、長徑比小時窯最高操作轉(zhuǎn)速和負荷率可相對降低，這樣有利于降低設備重量、節(jié)電和安全運轉(zhuǎn)。（5）關于窯設計、操作最高轉(zhuǎn)速新設計窯從“薄料快燒”的要求出發(fā)，最高操作轉(zhuǎn)速建議應滿足窯內(nèi)物料最短停留時間19～20min為宜。另外，窯裝機最高轉(zhuǎn)速還應考慮電機傳動效率為90%左右或一般可留0.2~0.3r/min的富裕量。（6）關于NSP窯提高生產(chǎn)能力的探索提出NSP窯的熟料產(chǎn)量不是靠窯燒出來的，而是靠系統(tǒng)工程嚴格質(zhì)量控制和管理出來的觀點。從系統(tǒng)工程著手，以穩(wěn)定窯熱工制度為中心、保證熟料燒成為前提，探索縮短物料在窯內(nèi)的停留時間，實現(xiàn)“薄料快燒”。探索高產(chǎn)條件下窯速與負荷率的優(yōu)化配制是NSP窯系統(tǒng)優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、節(jié)能的途徑之一。表二中所列多規(guī)格NSP窯的生產(chǎn)能力均達到國外同類窯型先進水平，也是我們通過努力可以達到的先進水平，它為我們今后的系統(tǒng)技改工作提出了努力的方向。(7)

窯設計參數(shù)與節(jié)能NSP從以上技術(shù)方案比較結(jié)果的啟示，窯的設計參數(shù)合理選擇對節(jié)能有直接的影響，其中影響最大的是窯的斜度，其次是長徑比。斜度大，窯內(nèi)物料負荷率和物料量減少，并帶來操作窯速的降低，能顯著降低窯的運行電耗。窯長度縮短直接減輕了設備和窯內(nèi)物料的重量，同樣達到降低窯運行電耗的目的。下面對不同斜度、長徑比的窯型參數(shù)和節(jié)能進行比較（見表三）。從表三可見，在保證窯內(nèi)物料停留時間的前提下，采用“大斜度小長徑比”的技術(shù)方案，如斜度4.5％、長徑比14，可使窯的操作轉(zhuǎn)速保持在中速狀態(tài)2.9～3.2r/min，窯內(nèi)物料負荷率維持在6.3％左右的薄料層范圍，能有效減少窯內(nèi)物料量約7.9t，有效降低窯內(nèi)物料運動功耗，與方案1相比，達到節(jié)電46.2kwh/h或1109kwh/D，取得節(jié)電近26.6％的顯著效果，單位熟料的物料運動功耗降到1.23kwh/t.cl的先進水平。因此在當前節(jié)能是建材工業(yè)發(fā)展的重中之重的要求下，筆者進一步對NSP窯提出“大斜度小長徑比”的節(jié)能新窯型技術(shù)方案，供行業(yè)專家、同仁共探討。

結(jié)語：

本文在目前國內(nèi)新型干法窯外分解水泥熟料生產(chǎn)工藝、技術(shù)裝備趨于成熟、窯系統(tǒng)產(chǎn)量大幅度提高的情況下，采集一些最新實際生產(chǎn)數(shù)據(jù)，用物料窯內(nèi)停留時間、“薄料快燒”以及系統(tǒng)工程的概念，重新對國內(nèi)NSP窯型和通過技術(shù)改造成NSP窯的系統(tǒng)，在提高窯的生產(chǎn)能力、“經(jīng)濟產(chǎn)量”（節(jié)電）及在各種產(chǎn)量情況下的設計、操作參數(shù)等方面作一次反求的新探索，以求提高認識，再指導實踐，并提出進一步節(jié)能的技術(shù)方案，供行業(yè)同仁共探討，希望能對新型干法燒成生產(chǎn)工藝、技術(shù)裝備系統(tǒng)在不斷追求技術(shù)進步的發(fā)展征途上起一個拋磚引玉的作用。國內(nèi)部分NSP窯型生產(chǎn)能力、操作參數(shù)統(tǒng)計及計算結(jié)果比較表

表二方案項目參數(shù)

方案生產(chǎn)能力操作轉(zhuǎn)速r/min*停留時間min*物料負荷率％窯內(nèi)物料量t物料運動功耗KWh/h單位熟料物料耗功KWh/t計算窯襯厚mm單位有效容積產(chǎn)量t/m3·D計算簡式t/dt/h1φ4.0×60m斜度：3.5％L/D=1520002500280030003100831041171251292.83.43.94.24.531.225.722.420.819.46.97.17.06.96.745.146.946.445.144.4▲139.6176.3200.0209.4220.81.681.691.711.681.712003.284.104.594.925.072

φ4.0×60m斜度：4.0％L/D=15

2500270029003000

104113121125

3.33.63.83.94.023.021.120.019.519.06.46.46.56.56.342.442.443.143.141.7152.7166.6178.7183.4182.01.471.471.481.471.462004.10

4.754.92

3

φ4.0×64m斜度：4.0％L/D=16

25002900300032001041211251333.33.83.94.223.821.320.819.36.46.56.56.442.444.544.542.4162.0189.5194.5206.21.561.571.561.552003.844.454.614.924φ4.0×58m斜度：4.0％L/D=14.5240025002700280029001001041131171213.13.33.63.73.823.722.220.419.819.36.56.46.46.46.542.041.041.041.042.0141.5147.7161.1165.6173.51.421.421.431.421.432004.074.244.584.754.925φ4.0×43m斜度：3.5％L/D=10.75(二支承)20002200

8392

2.52.73.225.023.219.87.78.06.736.638.031.899.9112.0111.11.201.221.212004.575.02

6φ3.8×64m斜度：4.0％L/D=16.822002500270028002900921041131171213.43.84.14.24.525.222.620.920.419.06.56.66.66.76.541.041.741.742.241.0152.2173.0186.6193.5201.41.651.661.651.651.662003.794.304.654.824.927φ3.8×57m斜度：4.0％L/D=15200022002400250083921001043.13.43.73.924.622.520.619.66.46.56.56.435.936.536.535.9121.3135.3147.2152.61.461.471.471.462003.864.254.634.838φ3.5×52m斜度：4.0％L/D=14.915001700

1800

62.571

75

3.13.53.13.73.124.321.524.320.424.36.26.27.06.27.427.127.130.627.132.391.7103.5103.5109.4109.21.471.461.461.461.461803.724.22

4.47

9φ3.3×51m斜度：3.5％L/D=15.5(高原型NSP改造)98012001378150041505762.52.83.94.74.732.423.319.319.36.35.55.25.723.720.719.521.472.488.1100.0109.71.771.761.751.761802.93.504.04.510

φ3.2×52m斜度：3.5％L/D=16.3(改造NSP)600120014001500

25505862.5

2.03.64.24.54.847.926.622.821.320.05.96.66.66.66.221.123.623.623.622.246.192.8108.3116.0116.41.841.861.871.861.861801.823.654.264.56

方案項目參數(shù)

方案生產(chǎn)能力操作轉(zhuǎn)速r/min*停留時間min*物料負荷率％窯內(nèi)物料量t物料運動功耗KWh/h單位熟料物料功耗KWh/t計算窯襯厚mm單位有效容積產(chǎn)量t/(m3·D)計算簡式t/dt/h11φ3.2×48m斜度：4.0％L/D=151100120014004650583.23.54.024.022.019.25.95.96.019.419.419.867.874.286.51.471.481.491803.63.94.612

φ3.0×48m斜度：3.5％L/D=16(改造NSP)700100011001200294246503.03.94.34.631.724.422.120.75.76.46.36.416.318.218.018.253.477.584.591.41.841.851.841.831802.73.84.24.613

φ3.0×45m斜度：3.5％L/D=15(改造NSP)9001000110037.542463.53.94.425.522.920.36.36.46.216.817.116.660.869.074.51.621.641.621803.74.14.514φ5.0×55m斜度：3.5％L/D=11(二支承)(臺灣花蓮)5000

5200208

217

2.5正常2.6

25.4

24.410.5

10.5101.4

101.4276.6

287.7

1.33

1.33

2305.6

5.915φ4.8×74m斜度：3.5％L/D=15.4500052005500570060002082172292382503.53.63.84.04.525.524.823.522.319.87.98.08.07.97.493.895.095.093.887.9337.5351.6371.1385.7406.61.621.621.621.621.632304.64.75.05.25.516φ4.8×74m斜度：4.0％L/D=15.450005200550057002082172292383.53.73.94.022.221.019.919.46.86.86.86.980.880.880.880.8290.7307.3323.9332.21.401.421.411.402304.64.75.05.217φ4.8×72m斜度：4.0％L/D=15.0500055002082293.43.822.219.96.96.878.678.6274.7307.01.321.342304.75.218φ6.0×95m斜度：4.0％L/D=15.8100001111112000125004174635005213.23.53.83.924.422.120.520.07.37.47.37.4181.4183.9181.4183.9596.7661.6708.6737.21.431.431.421.412304.44.95.25.519φ6.0×90m斜度：4.0％L/D=151000011000120004174585003.13.43.723.921.820.07.57.57.5176.5176.5176.5562.4616.8671.31.351.351.342304.65.15.520φ5.2×70m斜度：3.5％L/D=13.5(二支承)(新廣州KHD)6000

6683

250

278.5

3.0

3.2

3.825.8

24.2

20.38.5

8.9

7.5113.9

119.3

100.5372.8

416.5

416.71.49

1.50

1.502304.9

5.4

注：1、*計算式摘自“水泥生產(chǎn)工藝計算手冊”（王君偉，李祖尚編著）2、▲摘自“新型干法燒成水泥熟料設備”設計、制造、安裝與使用（熊合思編著）3、劃橫線為實際生產(chǎn)已達到的數(shù)據(jù)。

4、黑體數(shù)據(jù)為保證產(chǎn)量值。新型干法回轉(zhuǎn)窯的設計與增產(chǎn)節(jié)能--附錄二2007-08-1014:47:23直徑?4.0mNSP窯不同設計參數(shù)及節(jié)能比較

表三

項目參數(shù)

方案生產(chǎn)能力操作轉(zhuǎn)速r/min*停留時間min*物料負荷率％窯內(nèi)物料量t物料運動功耗KWh/h單位熟料物料耗功KWh/t單位有效容積產(chǎn)量t/m3·D節(jié)電比較kwh/h

kwh/D

％t/dt/h1φ4.0×60m斜度：3.5％L/D=152500280030003100

104117125129

3.43.94.14.2

25.722.421.320.8

7.17.07.17.2

46.946.346.947.7

174.0203.2210.1218.6

1.671.681.681.67

4.104.594.925.07

——

——

100

2

φ4.0×60m斜度：4.0％L/D=1525003000

104125

3.33.94.023.019.519.06.46.56.342.443.141.7152.7183.4182.01.471.471.464.104.92

-21.3

-511

87.8

3

φ4.0×58m斜度：4.0％L/D=14.5

2500280029001041171213.33.73.822.219.819.36.46.46.541.041.042.0147.7165.6173.51.421.421.434.244.754.92-26.7

-641

84.5

4φ4.0×60m斜度：4.5％L/D=152500270029001041131213.13.33.521.820.519.36.16.26.240.441.141.1136.7148.0157.01.311.311.304.104.434.75-37.3

-895

78.6

5φ4.0×56m斜度：4.5％L/D=14

2400250027001001041132.93.03.321.821.019.16.26.36.238.439.038.4121.6127.8138.41.221.231.224.214.394.74

-46.2

-1109

73.4

6φ4.0×54m斜度：4.5％L/D=13.5

2400250026001001041082.93.03.121.020.319.66.26.36.337.037.637.6117.1123.1127.21.171.181.184.364.554.73-50.9

-1222

70.7談談中、小型回轉(zhuǎn)窯燒成系統(tǒng)技術(shù)改造問題2007-08-1015:07:50

在國家“發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟，建設節(jié)約型社會”的總要求下，建材工業(yè)作為國民經(jīng)濟支柱產(chǎn)業(yè)的三大任務之一，是“發(fā)展節(jié)約型建材工業(yè)、改造傳統(tǒng)建材工業(yè)”。回顧“十·五計劃”：2000年水泥總產(chǎn)量5.97億噸，其中新型干法水泥0.56億噸，占9.4%，落后生產(chǎn)工藝水泥5.4億噸，占90.6%；而2005年水泥總產(chǎn)量為10.64億噸，其中新型干法水泥4.2億噸，占40%，落后生產(chǎn)工藝水泥6.4億噸，占60%。水泥總產(chǎn)量增長了1.9倍，占世界水泥總產(chǎn)量的48%。新型干法水泥總產(chǎn)量所占比例由9.4%提高到40%，在產(chǎn)業(yè)發(fā)展和結(jié)構(gòu)調(diào)整中，取得了舉世矚目的成就。但是，還應清醒地看到：尚有6.4億噸占60%的落后生產(chǎn)工藝水泥，特別是小型企業(yè)各項技術(shù)經(jīng)濟指標與國際先進水平存在巨大差距，有待我們以科學發(fā)展觀與時俱進地繼續(xù)完成建材工業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、資源整合、科技創(chuàng)新、產(chǎn)業(yè)升級的歷史重任。對企業(yè)而言，用科技創(chuàng)新的精神去挖掘生產(chǎn)設備的潛力，節(jié)能降耗，提高勞動生產(chǎn)率，降低生產(chǎn)成本，提高企業(yè)經(jīng)濟效益和市場競爭力。

本文主要討論國內(nèi)現(xiàn)有幾種中、小型回轉(zhuǎn)窯燒成系統(tǒng)的技術(shù)改造問題。一、中、小型干法回轉(zhuǎn)窯燒成系統(tǒng)基本狀況

1．中空回轉(zhuǎn)窯（一般指中空干法短窯）作為熟料的煅燒設備從生料進窯到熟料燒成出窯，窯內(nèi)生料經(jīng)歷預熱（水份蒸發(fā)、粘土脫水）（吸熱反應）、分解（碳酸鈣等分解）（強吸熱反應）、燒成（多種熟料礦物的生成）（放熱反應）和熟料冷卻的過程。從傳熱學角度，窯內(nèi)物料與燃燒氣體按逆流原理進行傳熱，由于物料與熱氣體不密切接觸，特別是預熱和分解低溫帶主要靠氣體與物料溫差進行對流傳熱和窯襯與生料的傳導傳熱，效率較低，窯內(nèi)預熱、分解帶占窯長2/3以上，壓縮了放熱反應和燒成帶，影響燒成能力的發(fā)揮，窯的單位有效容積產(chǎn)量僅為26~36kg/m3·h，產(chǎn)量低熱耗高，窯系統(tǒng)熱效率僅為20%左右。

2．立筒預熱器窯：

針對以上低溫帶傳熱效率低的弊端，該窯型低溫預熱帶和部分分解帶用立筒式懸浮預熱器裝置替代，使生料粉在熱氣流中懸浮換熱，因而接觸面積大，傳熱速度快，熱效率高。立筒預熱器屬“逆流傳熱”，本應傳熱效率高，但由于立筒內(nèi)缽與缽之間物料凝聚往往成股塌落，分散度差，造成換熱效果并不理想，從國內(nèi)運行情況看，一般入窯生料表現(xiàn)分解率僅為30%左右，由于減輕窯的熱負荷，窯產(chǎn)量有所提高，單位有效容積產(chǎn)量為35~61kg/m3·h，窯系統(tǒng)熱效率僅為35%~42%左右。

3．旋風預熱器窯：

NH型旋風預熱器窯是根據(jù)引進技術(shù)裝備經(jīng)消化吸收、技術(shù)反求工程而開發(fā)的中、小型技術(shù)裝備，在同規(guī)格窯型中各項技術(shù)指標亦居國內(nèi)先進水平。但由于規(guī)模的原因各項技術(shù)指標與大、中型窯外分解窯相比尚有較大差距。旋風預熱器中生料在受熱過程隨氣流同向運動屬“順流換熱”，由于各級旋風預熱器收塵效率高以及管道換熱過程中物料分散極佳，接觸面積大，傳熱速度快，熱效率高，運行實踐證明入窯生料表觀分解率可達42%以上，進一步減輕窯的熱負荷并有效提高了窯產(chǎn)量，單位有效容積達65~90kg/m3·h，窯系統(tǒng)熱效率達42%以上。

4．窯外分解窯：

這種生產(chǎn)方法是在窯和預熱器之間增設分解爐燒上第二把火，分解爐燃料比可達60%以上，以使入窯生料的表觀分解率進一步穩(wěn)定提高到90~95%，大大減輕窯的熱負荷，大幅度提高了窯產(chǎn)量，單位有效容積可達140~200kg/m3·h，熟料熱耗進一步降低，窯系統(tǒng)熱效率隨規(guī)模增大而提高，國際先進水平熱效率可達60%以上。預分解窯是當代水泥技術(shù)進步的先進標志，它把水泥工業(yè)帶進現(xiàn)代化大生產(chǎn)的新時期。二、技改采用新型干法燒成系統(tǒng)生產(chǎn)工藝主要技術(shù)特點

1．預分解窯技術(shù)在配套技術(shù)裝備已趨先進成熟的條件下，采用適度加大預熱器、分解爐規(guī)格，增加分解爐燃煤比例，強化窯尾預燒能力，與提高回轉(zhuǎn)窯操作轉(zhuǎn)速實行薄料層快速燒成，使窯外分解生產(chǎn)技術(shù)提高到一個新水平，實現(xiàn)了優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、節(jié)能的目的。

2．采用在線噴騰+旋流型分解爐，燃料在富氧旋流三次風中迅速點燃并與生料在旋流+噴騰態(tài)混合氣流中充分混合燃燒換熱。本分解爐爐型簡單，燃燒穩(wěn)定，易于控制，不易結(jié)皮堵塞，產(chǎn)生NOX含量較低，能適應無煙煤燃燒。

3．預熱器系統(tǒng)采用高效、低阻、防堵的新型預熱器，靈活、鎖風的翻板閥和特殊結(jié)構(gòu)的撒料裝置，保證系統(tǒng)內(nèi)氣、料有效分散，管道換熱充分和系統(tǒng)熱效率高。入窯生料表觀分解率達90~95%，有效降低了窯的熱負荷。

4．多通道煤粉燃燒器裝置，強化風煤混合，加速煤粉燃燒，火焰調(diào)節(jié)靈活，燃煤適應性強，用風量少，具有提高窯產(chǎn)量和降低熱耗的效果。

5．采用新一代空氣梁水平推動篦式冷卻機，熟料快速冷卻質(zhì)量好，提高二、三次風溫，有利于煤粉燃燒并節(jié)能。同時改善冷卻空氣在篦床上的分布，增加熱回收量。延長篦板壽命，降低維修費用和穩(wěn)定窯的操作，進而提高運轉(zhuǎn)率。

6．生料計量喂料系統(tǒng)采用以固體流量計，煤粉計量采用轉(zhuǎn)子秤，組成帶壓力傳感稱重器、稱重倉重量式計量喂料閉路調(diào)節(jié)系統(tǒng)，喂料均衡穩(wěn)定，是穩(wěn)定燒成熱工制度的重要環(huán)節(jié)。

7．煤磨利用窯頭篦冷機余熱進行烘干兼粉磨，工藝簡單，節(jié)省燃煤消耗，也減少環(huán)境污染。

8．窯尾和窯頭廢氣處理選用新型高效電收塵或新型布袋收塵器，粉塵排放達到國家環(huán)保排放標準的要求。三、介紹幾種燒成系統(tǒng)技改方案

▲φ2.7×42m

NH5－SP窯，建議改造成微增型管道分解窯。窯系統(tǒng)產(chǎn)量由300t/d提高到384t/d；熟料熱耗由980kcal/kg降低到940kcal/kg。

1．技改范圍：生料入窯、熟料燒成、廢氣處理、煤磨、熟料輸送入庫。工藝、土建、電氣、自動化等專業(yè)。

2．技改主要內(nèi)容：

（1）將原窯尾上升煙道改造成微型增管道分解爐，爐、窯燃料比為0.3：0.7。

（2）回轉(zhuǎn)窯作提速增容改造。

（3）單筒冷卻機酌情加空氣淬冷篦床為復式冷卻機。

（4）更換窯尾高溫風機。

（5）煤粉制備增加原煤細碎機。

（6）增加一套煤粉喂料計量輸送系統(tǒng)（分解爐用）。

（7）生料入窯系統(tǒng)、廢氣處理及熟料輸送等酌情局部改造。

技改后年新增熟料約2.6萬噸，節(jié)約標準煤680噸，企業(yè)勞動生產(chǎn)率提高約100噸/人·年左右，降低產(chǎn)品成本，提高經(jīng)濟效益，投資省，見效快。

3．技改建設投資：150~200萬元，折合新增熟料噸投資：60~80元。

4．技改投資回收期：≤2年。

5．技改停產(chǎn)周期：約2個月。

▲φ3.0m

立筒預熱器窯，建議改造成