圖1 復(fù)合式密封裝置
 
　　根據(jù)我們的測算，國內(nèi)運行中的各種規(guī)模的回轉(zhuǎn)窯，其窯頭和窯尾密封處總的漏風(fēng)量平均在15%左右。而我公司開發(fā)的復(fù)合式密封裝置，其漏風(fēng)量≤2%，當(dāng)回轉(zhuǎn)窯兩端密封均采用復(fù)合式密封時，總的漏風(fēng)量≤4%。雖然通過我們的努力，在全國已經(jīng)改造了400多條生產(chǎn)線，但據(jù)估計目前還有90%的生產(chǎn)線、大約2.8億噸的熟料生產(chǎn)能力并沒有應(yīng)用這一先進(jìn)的技術(shù)，依然采用的是傳統(tǒng)方式的密封。如果這些生產(chǎn)線全部改造成復(fù)合式密封，回轉(zhuǎn)窯系統(tǒng)的總漏風(fēng)量還可以下降11%。根據(jù)熱工計算結(jié)果，全國每年節(jié)省的標(biāo)準(zhǔn)煤為76.6萬噸，節(jié)省電耗3.07億kwh，每年創(chuàng)造的利潤總額在5億元以上。

　　回轉(zhuǎn)窯的規(guī)格——用較小的規(guī)格可以獲得更高的產(chǎn)量
　　我公司優(yōu)化后的設(shè)計方案，無論是對正在運行中的工廠，或是新建工程而言，可以用較小直徑和較短長度的回轉(zhuǎn)窯獲得更高的產(chǎn)量，對生產(chǎn)工藝、設(shè)備運行、節(jié)省投資費用等方面均有利，且筒體散熱量在熟料熱耗構(gòu)成中減小，熱耗降低。

　　回轉(zhuǎn)窯的直徑
　　要想挖掘新型干法窯的產(chǎn)量，我們只需分析出新型干法窯的發(fā)熱能力還有多大潛力，就可得出準(zhǔn)確結(jié)論。在衡量窯的發(fā)熱能力時，我們經(jīng)常引用的是燒成帶截面熱負(fù)荷這一參數(shù)，因為該參數(shù)僅與回轉(zhuǎn)窯有效直徑存在函數(shù)關(guān)系，簡單直觀。

　　目前正在運行中的絕大多數(shù)新型干法窯，其截面熱負(fù)荷與同規(guī)格的濕法窯、余熱發(fā)電窯、預(yù)熱器窯等燒成帶的截面熱負(fù)荷相比，反倒是明顯偏小的，因此提高窯的截面熱負(fù)荷，大幅度提高新型干法窯的產(chǎn)量是有很大空間的。對新建工程而言，當(dāng)生產(chǎn)線建設(shè)規(guī)模已經(jīng)確定后，回轉(zhuǎn)窯的直徑可以比傳統(tǒng)的設(shè)計方案小。產(chǎn)量提高的原理以及各種窯徑的回轉(zhuǎn)窯提產(chǎn)后的目標(biāo)產(chǎn)量可以參見筆者在《中國水泥》2004年第四期發(fā)表的有關(guān)文章。

　　用小規(guī)格的窯獲得高產(chǎn)量這一設(shè)計方案已在某些規(guī)格的窯徑上得以應(yīng)用，如我公司設(shè)計的SL水泥廠改造項目，φ3.0×48m回轉(zhuǎn)窯的月均熟料產(chǎn)量可達(dá)1380t/d，最高日產(chǎn)量可達(dá)1500t/d以上；又如我公司設(shè)計的FX水泥廠改造項目，φ2.5×43m回轉(zhuǎn)窯的月均熟料產(chǎn)量可以達(dá)到650t/d，最高日產(chǎn)量可達(dá)720t/d以上。

　　回轉(zhuǎn)窯的長度
　　雖然國內(nèi)長徑比在10～12.5之間的超短回轉(zhuǎn)窯應(yīng)用由來以久，但還很不普及。到目前為止投產(chǎn)的新型干法窯，絕大多數(shù)的長徑比依然較高，在14～16.5之間，支撐為三檔。

　　1.2.2.1  長度較長的回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)工藝和設(shè)備運行特點
　　長度較長的新型干法窯，燒成帶距離窯頭端部較近，而其窯尾端部溫度一般在1000℃左右甚至更高，因此剛剛分解入窯后的CaO具有很高的活性，非常容易和SiO₂快速形成活性同樣很高的C₂S，而高活性的C2S和剩余的高活性的游離CaO如果此時能快速運動到燒成帶，在高溫的作用下非常容易形成優(yōu)質(zhì)的C₃S礦物。當(dāng)窯的長度較長時，物料需要在過渡帶運動較長時間到燒成帶，C₂S和游離CaO的活性降低很多，反到對C₃S的形成帶來不利影響，影響熟料質(zhì)量。

　　從設(shè)備運轉(zhuǎn)角度來看，三檔窯屬于靜不定結(jié)構(gòu)，無論如何調(diào)整托輪，也難以保證回轉(zhuǎn)窯在回轉(zhuǎn)過程中各輪帶與托輪受力均勻。三檔窯不易克服筒體彎曲、變形等對設(shè)備運轉(zhuǎn)帶來的不利影響，并且對耐火磚使用壽命影響也很大，且傳動裝置電機功率高。

　　從投資角度看，長徑比較高的回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)線，設(shè)備、三次風(fēng)管、耐火材料投資也較高。

　　1.2.2.2  逐步推廣短窯煅燒技術(shù)，節(jié)能降耗
　　由于與回轉(zhuǎn)窯相配套的預(yù)熱分解系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、燃燒系統(tǒng)、密封系統(tǒng)、計量和自動控制系統(tǒng)等技術(shù)水平的大幅度提高，科研、設(shè)計人員對系統(tǒng)進(jìn)行個性化設(shè)計水平的提高，生產(chǎn)人員對新型干法技術(shù)的不斷掌握和提高，我們已經(jīng)能靈活自如地控制入窯生料的分解率達(dá)到95%乃至更高，有能力在窯尾系統(tǒng)適當(dāng)提高生料的入窯溫度，因此我們認(rèn)為推廣短窯煅燒技術(shù)條件已經(jīng)成熟。

　　目前我公司正在承擔(dān)HY水泥廠的技改工程施工圖設(shè)計，回轉(zhuǎn)窯規(guī)格為φ2.8×35m，為兩檔支撐回轉(zhuǎn)窯，設(shè)計產(chǎn)量為900t/d，實際產(chǎn)量有望超過1000t/d。實踐效果如何，我們在試目以待。

　　1.2.3  優(yōu)化減小回轉(zhuǎn)窯規(guī)格的意義
　　用較小規(guī)格的回轉(zhuǎn)窯實現(xiàn)較高的產(chǎn)量，我們認(rèn)為有如下兩點意義：一是對于已經(jīng)投產(chǎn)的回轉(zhuǎn)窯，繼續(xù)挖掘生產(chǎn)潛力，提高產(chǎn)量，降低熱耗、電耗；二是對于新建工程，在滿足業(yè)主對建設(shè)規(guī)模要求的前提下，把回轉(zhuǎn)窯規(guī)格減小。例如對于日產(chǎn)10 000t熟料的生產(chǎn)線，目前的回轉(zhuǎn)窯規(guī)格是φ6.0×95m。通過我們對新型干法窯產(chǎn)量的推導(dǎo)，未來通過應(yīng)用新技術(shù)，可能采用φ5.2×60m的回轉(zhuǎn)窯就能實現(xiàn)，這樣一來從設(shè)備制作、運輸、安裝、系統(tǒng)造價、運轉(zhuǎn)率、能耗、電耗等方面都會帶來十分有利的一面。

　　2  冷卻機系統(tǒng)
　　2.1 復(fù)合式的冷卻系統(tǒng)——對老生產(chǎn)線單筒冷卻機改造的理想方案
　　我公司在國內(nèi)外首創(chuàng)的復(fù)合式冷卻機是在回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)線技術(shù)改造的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的最新熟料冷卻專利技術(shù)，目前該項技術(shù)在國內(nèi)五十多條生產(chǎn)線得以成功運用。對于采用單筒冷卻機的生產(chǎn)線，改造后可以提高入窯的二次風(fēng)溫，入爐的三次風(fēng)溫，降低熱耗。此外復(fù)合式冷卻機幾乎吸收了篦式冷卻機的各項優(yōu)點，但電耗只有篦式冷卻系統(tǒng)的50%左右。

圖2 SFL-FB型復(fù)合式冷卻機

 　　2.1.1  結(jié)構(gòu)型式
　　復(fù)合式冷卻機結(jié)合了篦式冷卻機和單筒冷卻機各自的優(yōu)點，主要結(jié)構(gòu)是采用一段錯流換熱篦床，通過復(fù)合式的密封裝置與單筒冷卻機連接，即復(fù)合式冷卻機是由篦冷機段和單冷機段兩部分組成。篦冷機段采用防漏料篦板、防紅河篦板、防雪人篦板、不漏料技術(shù)等全新的專利技術(shù)設(shè)計，以及與其它篦式冷卻機不同的設(shè)計思路，同時在單冷機段采用最新開發(fā)的新型單筒冷卻技術(shù)，主要特點是采用新型揚料板，通過對揚料板布置、筒體斜度、轉(zhuǎn)速等各種參數(shù)的合理設(shè)計，使復(fù)合式冷卻機達(dá)到換熱效率高、運轉(zhuǎn)率高、使用安全可靠的效果。

　　2.1.2  工藝原理
　　從工藝角度來看，篦式冷卻機的主要優(yōu)點體現(xiàn)在它的高溫區(qū)，該區(qū)熟料呈撒落和堆積態(tài)，冷空氣與高溫熟料之間的溫差大，換熱效率和速率均很高，篦床單位長度降溫梯度大，可以實現(xiàn)熟料的急冷，并對出窯熟料熱量進(jìn)行回收，提高二次風(fēng)和三次風(fēng)的溫度；篦冷機的主要缺點體現(xiàn)在它的中低溫區(qū)，雖然篦床面積遠(yuǎn)大于高溫區(qū)，但僅是用于熟料的冷卻，回收的熱量隨著空氣排出冷卻系統(tǒng)外，而且由于該區(qū)熟料表面溫度降低，與冷空氣之間的熱交換動力減弱，熟料完全呈堆積狀態(tài)，熟料內(nèi)部導(dǎo)熱過程主導(dǎo)冷卻速率，只有靠大量的冷空氣來冷卻才能保證出窯熟料溫度的降低，因此增加了冷卻機篦床面積、風(fēng)機和余風(fēng)排出設(shè)施的投資，并增加了電耗。

　　單筒冷卻機的主要優(yōu)點體現(xiàn)在它的中低溫區(qū)，該區(qū)不用砌筑耐火材料，通過采用新型揚料板結(jié)構(gòu)、合理的揚料板布置形式以及合理的筒體斜度、轉(zhuǎn)速，可以提高熟料的懸空率，延長熟料停留換熱時間，熟料內(nèi)部向外導(dǎo)熱時間充足，與單冷機出料端自然進(jìn)入（不需強制鼓入）的冷空氣進(jìn)行換熱的效率高，且經(jīng)此區(qū)加熱后的空氣繼續(xù)送往窯頭作二次風(fēng)和三次風(fēng)，而不是排出系統(tǒng)外，使得該區(qū)熱回收效率高于篦冷機；單冷機的主要缺點體現(xiàn)在高溫區(qū)，該區(qū)為不帶揚料板的耐火材料區(qū)，揚料效果差，熟料呈堆積態(tài)，由冷卻機熟料出料端進(jìn)入的冷風(fēng)到此區(qū)已經(jīng)過換熱升溫，與熟料溫差小，熱交換效率低，熱交換速率低，二次風(fēng)溫和三次風(fēng)溫低，不能實現(xiàn)熟料的急冷。復(fù)合式冷卻機則結(jié)合了篦式冷卻機和單筒冷卻機的各自優(yōu)勢，出窯高溫熟料首先落入篦冷機段，通過該段強制鼓入的冷空氣實現(xiàn)急冷，并回收大量的熱量來提高入窯二次風(fēng)溫和入爐三次風(fēng)溫。急冷后的熟料再落入單冷機段，在回轉(zhuǎn)的筒體內(nèi)以反復(fù)拋起、撒落的狀態(tài)與自然進(jìn)入的冷空氣進(jìn)行熱交換，進(jìn)而使復(fù)合式冷卻機的熱效率高于其它冷卻形式，而具有更好的節(jié)能效果。

　　2.2 不漏料篦式冷卻系統(tǒng)——比第三代篦冷機更加節(jié)能節(jié)電的冷卻系統(tǒng)
　　我公司開發(fā)成功了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的不漏料篦式冷卻系統(tǒng)。這種冷卻機的特點是全部篦板為固定式，在冷卻機運轉(zhuǎn)過程中不運動，只負(fù)責(zé)向熟料供應(yīng)冷卻用風(fēng)，而推動熟料運動的任務(wù)則全部由埋入熟料中的若干個棒式推動部件完成。由于篦冷機內(nèi)沒有活動篦板，因此不會產(chǎn)生越磨越大的間隙，造成熟料的泄漏，大大簡化了篦下的結(jié)構(gòu)形式。從生產(chǎn)效果來看，這種冷卻機明顯提高了熟料冷卻效率，降低了熟料熱耗，降低了冷卻風(fēng)機和排風(fēng)機的電耗，運轉(zhuǎn)率高，維護(hù)量少，節(jié)能效果顯著。
該種冷卻機還有一個顯著的特點，就是可以很方便地實現(xiàn)篦床面積的擴大，因此當(dāng)已經(jīng)投產(chǎn)后的生產(chǎn)線，想通過技術(shù)手段使熟料產(chǎn)量提高時，或想進(jìn)一步降低熟料出料溫度時，改造起來非常容易。此外，由于該種篦冷機布置高差低，無灰斗、鎖風(fēng)閥、拉鏈機等，對第三代篦冷機的改造也非常地方便，可以在基本不用改動原有篦冷機的前提下，在出料端增加一小段不漏料的篦冷機，并適當(dāng)改造鼓風(fēng)和余風(fēng)排出系統(tǒng)。

　　目前我公司開發(fā)的不漏料式篦冷機，已在HJS、JQ、HL、XL等四個工廠的冷卻機改造中成功投產(chǎn)運用，規(guī)模為600t/d～1 500t/d，并正在為HY廠制造一臺1 000t/d完整的不漏料式冷卻機。

                                圖3  不漏料篦式冷卻機

　　3  預(yù)熱分解系統(tǒng)
　　預(yù)熱分解系統(tǒng)是個懸浮換熱系統(tǒng)，不同工廠原燃材料、地理條件、氣候條件均不相同，因此要求預(yù)熱分解系統(tǒng)必須要進(jìn)行個性化設(shè)計，不能盲目地照搬照抄圖紙。

　　3.1  對適應(yīng)生料放粗進(jìn)行針對性設(shè)計
　　我公司開發(fā)的預(yù)熱器系統(tǒng)，可以針對生料放粗進(jìn)行針對性設(shè)計。同時我們根據(jù)放粗后的生料粒度分布情況，確定預(yù)熱器各部位的合理風(fēng)速，然后再確定各部位的有效尺寸。優(yōu)化后的個性化預(yù)熱器可以取得如下效果：

　　（1）生料放粗后，生料粉磨系統(tǒng)產(chǎn)量提高，電耗下降；

　?。?）針對生料放粗后的粒度分布，確定上升管道的合理結(jié)構(gòu)，使生料粉在上升管道中有效分級，粗的生料粉運動減緩，生料換熱充分，熱耗降低；

　?。?）根據(jù)生料放粗后的物理性質(zhì)，團(tuán)聚效應(yīng)減少，灰花數(shù)量減少，使生料在上升管道中更易分散、懸浮，和熱煙氣接觸面積大，熱耗降低；

　?。?）預(yù)熱器對粒度較粗的生料粉捕捉能力強，分離效率高，減少預(yù)熱器系統(tǒng)內(nèi)的內(nèi)循環(huán)量，減少頂級預(yù)熱器飛灰量，并使預(yù)熱分解好的生料盡快入窯，熱耗降低；

　　3.2  降低預(yù)熱器阻力的關(guān)鍵措施
　　預(yù)熱器阻力決定了窯尾高溫風(fēng)機的耗電量。影響預(yù)熱器阻力的因素很多，降阻的措施也很多，設(shè)計時是否要把預(yù)熱器變成各種降阻措施的“博覽會”，我們認(rèn)為要慎重，應(yīng)用不當(dāng)可能會適得其反。我們認(rèn)為降阻的關(guān)鍵是優(yōu)化預(yù)熱器系統(tǒng)的工藝參數(shù)，工藝參數(shù)的關(guān)鍵是蝸殼、內(nèi)筒結(jié)構(gòu)及尺寸的優(yōu)化。當(dāng)上述參數(shù)設(shè)計合理時，可不用過多地依賴其它部件，免得變形、損壞、脫落，影響生產(chǎn)。但對于改造工程而言，如果預(yù)熱器結(jié)構(gòu)形式很陳舊，且不能進(jìn)行大的改造時，應(yīng)用導(dǎo)流板、整流降阻器等是個很好的措施。我公司設(shè)計的預(yù)熱器系統(tǒng)的主要減阻措施是：

　　（1）以不過分減弱進(jìn)口旋轉(zhuǎn)動量矩為原則，降低進(jìn)口風(fēng)速和出口風(fēng)速；

　?。?）研究內(nèi)筒直徑對分離效率和阻力的影響，在分離效率不明顯降低時盡量擴大內(nèi)筒直徑；

　?。?）研究內(nèi)筒插入深度對分離效率和阻力影響，在分離效率不明顯降低時縮短內(nèi)筒插入深度。

　　3.3  提高分離效率的關(guān)鍵措施
　　預(yù)熱器分離效率的高低，對系統(tǒng)熱量回收，控制廢氣和飛灰?guī)ё邿崃坑忻黠@影響。影響預(yù)熱器分離效率的因素很多，我公司設(shè)計的預(yù)熱器系統(tǒng)提高分離效率的主要措施是：

　?。?）預(yù)熱器長徑比合理，避免旋轉(zhuǎn)氣流的尾渦引起分離后的生料粉二次飛揚；

　?。?）大包角、大偏心距的蝸殼結(jié)構(gòu)，合理增加蝸殼的回轉(zhuǎn)半徑，使進(jìn)口風(fēng)速降低后，仍能達(dá)到較高的旋轉(zhuǎn)動量矩，使低阻力和高效率得以兼顧；

　　（3）內(nèi)筒直徑、進(jìn)口風(fēng)速嚴(yán)格控制上限，減少生料粉短路的機會，減少生料粉的二次飛揚。

　　3.4  應(yīng)用小直徑高截面風(fēng)速預(yù)熱器
　　近幾年我公司設(shè)計的預(yù)熱器全部為高截面風(fēng)速設(shè)計，風(fēng)速值遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了傳統(tǒng)的設(shè)計參數(shù)，預(yù)熱器占地面積和體積均小，預(yù)熱器表面積減小，散熱量降低，熱耗降低。設(shè)備規(guī)格減小后，布置更加緊湊，土建建筑面積小，設(shè)備、耐火材料、土建投資都得以降低。

　　理論研究和實踐均得到相同的結(jié)論，通過對蝸殼和內(nèi)筒的結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化后，高截面風(fēng)速的預(yù)熱器同樣可以達(dá)到低阻力高分離效率的效果。還以我公司設(shè)計的SL水泥廠改造項目為例，φ3.0×48m回轉(zhuǎn)窯的月均熟料產(chǎn)量達(dá)到1 380t/d，最高時達(dá)到1 500t/d，但其二、三、四、五級預(yù)熱器的有效直徑與國內(nèi)某些700t/d的新型干法窯預(yù)熱器規(guī)格相當(dāng)。

　　3.5  加強系統(tǒng)的密閉堵漏
　　預(yù)分解系統(tǒng)的漏風(fēng)主要有外漏風(fēng)和內(nèi)漏風(fēng)。外漏風(fēng)會帶來系統(tǒng)熱耗的增加，以及高溫排風(fēng)機電耗的增加。外漏風(fēng)主要部位是檢查門、捅料孔、法蘭、熱工檢測孔等處的漏風(fēng)。內(nèi)漏風(fēng)主要是由于鎖風(fēng)閥型式簡單、或生產(chǎn)中變形損壞，動作不靈，使下級熱風(fēng)經(jīng)下料管直接竄入上級預(yù)熱器。當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)漏風(fēng)比較嚴(yán)重時，預(yù)熱器系統(tǒng)的分離效率顯著降低，生料粉會隨氣流由內(nèi)筒和上升管道回到上一級預(yù)熱器，物料內(nèi)循環(huán)量大，預(yù)熱器出口煙氣溫度升高，熱耗加大。加強密閉堵漏的主要技術(shù)措施有：

　　（1）采用鎖風(fēng)效果好的卸料鎖風(fēng)閥
　　我公司開發(fā)了兩種效果好的卸料鎖風(fēng)閥，分別是：①、無缺口料管鎖風(fēng)單板閥，軸板采用箱外無滾珠滑動軸承，具有密封性能好、使用壽命長、自動卸料靈活等特點；②、具有熱脹補償結(jié)構(gòu)的雙翻板閃動閥，防止由于受熱變形及膨脹導(dǎo)致鎖風(fēng)閥的工作失靈的特點。

     圖4 單翻板鎖風(fēng)卸料閥                         

圖5 雙翻板鎖風(fēng)卸料閥

 　?。?）設(shè)計中應(yīng)盡可能將法蘭聯(lián)接方式改為焊接方式，生產(chǎn)中確有必要進(jìn)行更換時，采用一次割除再一次性焊死的聯(lián)接方法很方便，可以避免因長期漏風(fēng)對系統(tǒng)工藝的影響，其長期效益非常大；設(shè)計中還要認(rèn)真設(shè)計各種檢修門、捅料孔等設(shè)備開孔的位置和數(shù)量，位置應(yīng)合理有效，盡可能兼顧更廣的檢修和處理范圍，以減少開孔的數(shù)量；此外設(shè)計中在可能需要開孔的部位可以進(jìn)行預(yù)留，在生產(chǎn)實踐中證實確有必要時再開孔；

　　（3）安裝和砌筑：應(yīng)嚴(yán)格按照安裝、砌筑等規(guī)范進(jìn)行施工。重點檢查是否存在漏焊或焊接質(zhì)量缺陷，聯(lián)接部位的密封能否保證氣密性，耐火澆注料灌注孔是否封閉，耐火材料砌筑質(zhì)量是否合格等。

　?。?）生產(chǎn)：要注意對各種密閉鎖風(fēng)設(shè)備的檢查和維護(hù)，保證設(shè)備經(jīng)常處于良好狀態(tài)，發(fā)揮有效作用；生產(chǎn)中要避免在設(shè)備和聯(lián)接管道上隨意開孔，例如一些工廠因粘結(jié)堵塞等問題而先后在預(yù)熱器、分解爐等設(shè)備上開設(shè)大量檢查門、捅料孔等，這種“頭疼醫(yī)頭、腳疼醫(yī)腳”的作法，會漏入系統(tǒng)更多的冷風(fēng)，反倒使系統(tǒng)更易粘結(jié)堵塞，形成惡性循環(huán)，并影響各項生產(chǎn)技術(shù)指標(biāo)，尤其是熱耗和電耗。