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?水泥熟料煅燒技術(shù)是水泥生產(chǎn)的中心環(huán)節。預分解窯煅燒技術(shù)用于熟料生產(chǎn)，使回轉窯產(chǎn)量大大提高，窯襯的穩定性增強，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(shí)踐經(jīng)驗存在差異，加之系統設計的些許不合理，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(xiàn)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(fēng)、煤、料的配合。根據近幾年的生產(chǎn)運行實(shí)踐，筆者僅就窯內通風(fēng)量的控制提出一些看法與同行交流。
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一、 對預分解窯窯內通風(fēng)量的要求
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）在頭煤用量波動(dòng)范圍內始終有足量的O2供燃料燃燒，保證窯內不出現還原氣氛，而且使窯內O2適度偏大控制。眾所周知，長(cháng)期以來(lái)窯尾結皮一直是眾多預分解窯生產(chǎn)線(xiàn)的一大難題。為了緩解結皮，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。本文以國內普遍的硫過(guò)剩為例。硫的揮發(fā)系數隨窯內O2量增加而降低。窯內硫揮發(fā)量主要來(lái)自CaSO4的熱分解：
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CaSO4=CaO+SO2+1/2O2
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這是一個(gè)可逆反應。在溫度一定的條件下，當O2量增加時(shí)，反應利于向左進(jìn)行，CaO、SO2減少，CaSO4增加；否則反之。國外實(shí)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(diǎn)，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(jìn)一步增加，生料中SO2釋放量繼續下降。
窯內存在不完全燃燒時(shí)，部分煤粉落在料面上，硫酸鹽與C作用，生成SO2：
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? K2SO4+C→K2O+SO2+CO
? CaSO4+C→CaO+SO2+CO
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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(shí)間增加，SO2揮發(fā)量均會(huì )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(guò)高，致使結皮加劇，影響窯內通風(fēng)，還原氣氛更濃，SO2揮發(fā)更多。結果，系統陷入惡性循環(huán)之中，熟料產(chǎn)質(zhì)量也受到影響。窯內還原和還原─氧化反應在窯磚內產(chǎn)生體積效應（包括反復地收縮與膨脹相更迭的體積效應），磚的結構弱化，強度降低，窯磚易于損壞。
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?。?span>2）窯尾縮口等部位的風(fēng)速足以保證日常運行中不塌料，而分配給三次風(fēng)管的通風(fēng)量能滿(mǎn)足爐煤燃燒對新鮮空氣量的要求。
? 窯尾縮口等部位風(fēng)速不足從而引發(fā)塌料在生產(chǎn)中時(shí)有見(jiàn)聞。對于國內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(fēng)速如果不足以托住下錐體內高濃度、且分散并不十分均勻的熱生料，就會(huì )觀(guān)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(lái)提高火力以彌補預燒之不足。另外，塌料會(huì )破壞系統熱工制度，令系統失去穩定性。對于某些離線(xiàn)分解爐，三次風(fēng)自爐下錐體進(jìn)入，也存在風(fēng)速與熱生料濃度及其穩定性的匹配問(wèn)題。一旦塌料，熱生料進(jìn)入三次風(fēng)管，整個(gè)燒成系統會(huì )極度混亂，導致生產(chǎn)不能正常進(jìn)行。分解爐的新鮮空氣來(lái)自三次風(fēng)。若該風(fēng)量過(guò)大，容易燒垮爐襯；過(guò)小，爐的能力受削弱。三次風(fēng)的風(fēng)路與窯的風(fēng)路兩者并聯(lián)，彼此的風(fēng)量有“此少彼多”的相關(guān)關(guān)系，不可顧此失彼。
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?。?span>3）燒成系統低能耗運行。
在三次風(fēng)支路加大通風(fēng)阻力來(lái)加強窯內支路的通風(fēng)量時(shí)，窯內支路的通風(fēng)阻力也將上升。結果，可能使系統的總阻力上升，拉風(fēng)電耗增大。因此，窯內通風(fēng)量并不是越大越好，只要適度偏大即可。適度偏大的窯內通風(fēng)會(huì )緩減結皮，減少通風(fēng)阻力。但風(fēng)速上升以及由此引起的揚塵量增加，均會(huì )使動(dòng)壓頭損失增大，而動(dòng)壓頭與風(fēng)速的平方成正比。因此窯支路降低通風(fēng)阻力的要求依然存在。另外，要在盡量低控C1筒出口空氣過(guò)剩系數的前提下搞好二、三次風(fēng)風(fēng)量的精細分配。一些生產(chǎn)線(xiàn)在窯內通風(fēng)不足而三次風(fēng)又偏大的情況下自覺(jué)或不自覺(jué)地靠加大C1筒出口抽力的辦法來(lái)解決窯內通風(fēng)量低的問(wèn)題，則電耗熱耗均上升，很不經(jīng)濟。
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二、 影響窯內通風(fēng)量的因素
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有哪些因素影響窯內通風(fēng)量呢？
1.C1 筒出口排風(fēng)量改變，窯和三次風(fēng)管內的通風(fēng)量都會(huì )發(fā)生同向調整。
2. 調節三次風(fēng)閘板閥的開(kāi)度，三次風(fēng)量和窯內通風(fēng)量將得到異向調整。
3.三次風(fēng)管內熟料小顆粒沉降堆積，對窯內產(chǎn)生增加通風(fēng)量的影響。
? 4.窯尾結皮、窯尾煙室斜坡結皮或物料堆積、窯內結圈等，均增加了窯內通風(fēng)阻力，削減了窯內風(fēng)量。與此同時(shí)，三次風(fēng)管的通風(fēng)量上升，直至新的平衡建立。
5.窯內填充率不同，影響通風(fēng)截面積，進(jìn)而影響到窯內通風(fēng)量。
6.窯頭罩負壓是風(fēng)量收支平衡的一種反映。如果風(fēng)的供給不足或窯頭排風(fēng)機排風(fēng)過(guò)大而出現窯頭罩負壓絕對值增加，則窯內通風(fēng)量將被削減。
7.入窯風(fēng)溫下降，其標況風(fēng)量上升。
8.漏風(fēng)的情況比較復雜。如果漏風(fēng)發(fā)生在窯和三次風(fēng)管構成的并聯(lián)風(fēng)路之后（即下游），則削弱了兩并聯(lián)支路的抽力，窯內通風(fēng)量下降。如果窯尾密封部位漏風(fēng)，則窯內通風(fēng)抽力被搶?zhuān)鸶G通風(fēng)量下降。這是窯支路漏風(fēng)的情況。如果三次風(fēng)管支路漏風(fēng)，如風(fēng)管磨穿或閘板閥密封差，則在削減三次風(fēng)熱風(fēng)抽取量的同時(shí)削減了窯支路的通風(fēng)量。如果窯頭罩漏風(fēng)，則使二、三次風(fēng)的標況風(fēng)量增加。強調指出，漏風(fēng)將使系統熱耗上升，用煤量增大，系統對窯內風(fēng)量的需求增加。
9.熟料生燒、飛砂料、高窯速運轉或窯內襯料粘結物不平整及圓周分布的不勻稱(chēng)等使粉料揚起量增加，均使含塵煙氣密度增加而削減窯內的通風(fēng)能力。同理，增加窯喂料量也影響到窯內通風(fēng)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O2需求量發(fā)生了變化。另外，煤質(zhì)變劣，須提高燃燒用過(guò)?？諝庀禂?。
? 11.操作中注重增加爐煤比例，減少了窯內通風(fēng)量的需求。
? 12.設計因素 （略）。
顯然，面對這個(gè)復雜多變的局面，在窯尾設置氣體分析儀是明智的選擇。
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三、 控制窯內通風(fēng)量手段的沿革
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? 讓我們回顧一下20世紀80年代初伯力鳩斯公司對三次風(fēng)管取舍的意見(jiàn)。
當時(shí)伯力鳩斯公司認為：當產(chǎn)量在2000～3000 t/d時(shí)，采用AT（Air Through）型分解爐窯比較合適；當產(chǎn)量＞3 000 t/d時(shí)，采用AS（Air Separate）型分解爐窯比之AT型的具有窯襯使用壽命長(cháng)久的巨大優(yōu)勢，綜合經(jīng)濟性?xún)?yōu)勢明顯。
自從有了三次風(fēng)管之后，二、三次風(fēng)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(fēng)量足夠大，在窯支路的窯尾部位設置了閘板閥以備必要時(shí)壓低窯內通風(fēng)量來(lái)確保三次風(fēng)風(fēng)量，體現出給爐提供新鮮空氣特別優(yōu)先的設計思想。其實(shí)，在生產(chǎn)中有的生產(chǎn)線(xiàn)一次都未曾關(guān)小過(guò)。與此同時(shí)，將三次風(fēng)管有效內徑設計得大大的，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徑的沉積高度。幾年后，窯尾閘板閥被拋棄，三次風(fēng)路增設了閘板閥且有效內徑縮小。但三次風(fēng)閘板閥存在明顯的先天不足（下文將細述）?，F在眾多生產(chǎn)線(xiàn)該閘板閥名存實(shí)亡，紛紛采用往里扔廢磚頭的土辦法。其缺點(diǎn)是調風(fēng)粗放，且偏流嚴重。于是，產(chǎn)生了在管道內以抗磨耐火磚砌筑縮口的辦法。
筆者觀(guān)察認為：在預分解技術(shù)發(fā)展的早期階段，有三次風(fēng)管取舍之爭，主張設置三次風(fēng)管的則偏重于優(yōu)先保證三次風(fēng)擁有很大的風(fēng)量；中期階段，在三次風(fēng)管內局部阻力系數可調，使兩個(gè)并聯(lián)支路中阻力相對于生產(chǎn)需求而言偏小的三次風(fēng)管風(fēng)量得到粗放的控制；現階段，預分解技術(shù)已經(jīng)相當成熟，但二、三次風(fēng)風(fēng)量的比例優(yōu)化問(wèn)題明顯落后。要解決認識問(wèn)題，要落實(shí)風(fēng)量比例分配的手段優(yōu)化。有人主張“三次風(fēng)閘板閥以‘某某開(kāi)度為最優(yōu)’”；也有人不顧“障礙物”的形狀尺寸、統統以“某某通風(fēng)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“不變應萬(wàn)變”是脫離實(shí)際的，理論上也講不通。
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四、 三次風(fēng)管改筑縮口的嘗試
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J廠(chǎng)預分解窯生產(chǎn)線(xiàn)對窯內O2富余量十分敏感。雖然原燃料硫堿比一般尚可，但只要窯內通風(fēng)量因種種原因有點(diǎn)緊張時(shí)，窯尾煙室物料就發(fā)粘，結皮明顯加劇，尤其在熟料SO3達0.90以上時(shí)。遇到此類(lèi)情況，一方面加強窯尾結皮清理，另一方面減產(chǎn)而不減設備C1筒出口的抽力，通常效果尚算明顯。這證明窯內通風(fēng)量富余過(guò)小，未能適應窯內通風(fēng)量日常的需求波動(dòng)。該生產(chǎn)線(xiàn)三次風(fēng)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(qián)，但磚堆高度常因高處的磚被風(fēng)吹跑而難保穩定；況且即使高度相同，這個(gè)障礙物的幾何形狀和尺寸也難保相同，導致局部阻力系數差異較大；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(fēng)機，既使閥體襯料遭受熱震，又鼓入冷風(fēng)，加上閘板閥漏風(fēng)和殼體破損漏風(fēng)，冷風(fēng)摻入取代了窯頭罩的部分熱風(fēng)，使三次風(fēng)溫低至750 ℃左右。如果恢復閘板閥，則價(jià)格高，更換費時(shí)費力，而使用周期不到一年（質(zhì)量一般的，幾個(gè)月就報廢）。因此在長(cháng)期對該窯進(jìn)行運行觀(guān)察的經(jīng)驗基礎上，基于前述的思想，決定對有效內徑Ф1800管道內筑Ф900×1000的縮口，同時(shí)把閘板閥升降口用澆注料封死。改后偏流消失，漏風(fēng)徹底獲得解決，三次風(fēng)溫上升了200 ℃。另外，窯內通風(fēng)量上升使爐下部錐體縮口風(fēng)速上升，塌料現象得以根除。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(cháng)窯襯和三次風(fēng)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?tīng)t出口負壓與三次風(fēng)負壓的關(guān)系在數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(shí)喂料量一直偏低有關(guān)，但主要還是去縮口狀態(tài)三次風(fēng)管內“障礙物”去除后阻力很小之故?？涨暗牡妥枇κ谷物L(fēng)暢行無(wú)阻而風(fēng)量大增，窯內通風(fēng)則大為削弱，兩個(gè)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)下窯后半部嚴重結圈持續半個(gè)來(lái)月，窯內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，窯尾結皮明顯增加，生產(chǎn)陷入空前的被動(dòng)局面。筑縮口狀態(tài)則恰恰相反，其實(shí)踐發(fā)現有如下特點(diǎn)：
??? 1. 窯尾結皮大大減少，通風(fēng)阻力不高、且相對穩定，窯尾排風(fēng)的單位產(chǎn)量電耗下降。
2. 燒成帶窯皮伸長(cháng)3 m左右，總長(cháng)接近20 m，且相當穩定。
3. 分解爐下錐塌料入窯的現象消失，窯頭用煤量穩定。這就為提高爐煤比例提供了客觀(guān)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。
以上窯內通風(fēng)量正反實(shí)踐的結論與前述國外實(shí)驗在趨勢上完全吻合，以生產(chǎn)運行的事實(shí)支持了窯內O2應適度富?？刂频挠^(guān)點(diǎn)。
理論與實(shí)踐告訴我們，高風(fēng)速區降風(fēng)速對減少風(fēng)阻特別有效。應該減少入爐生料量的瞬間波動(dòng)，提高撒料均勻性，避免產(chǎn)生一股股強有力的下沖料來(lái)降低爐下錐體縮口風(fēng)速的要求值，謀求以相對的低風(fēng)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(fēng)面積特低，可以對斜坡斜對面的澆注料懸拱進(jìn)行倒角以擴大通風(fēng)面積。改善澆注料的抗結皮性能，最大程度地減少窯尾結皮，改善結皮和堆積物的清掃等等，依然是減少并穩定窯支路通風(fēng)阻力的重要手段。
? 另外，縮口的一個(gè)缺點(diǎn)是筑后不能調節風(fēng)量。將筑縮口與縮口內少量堆磚結合起來(lái)，可提高風(fēng)量調節的靈活性。
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五、 結束語(yǔ)
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1.窯內通風(fēng)量適度偏高控制首先針對窯內燃燒用O2。窯內O2量適度富裕對改善我國當前眾多預分解窯的運行應該有重大的意義。
2.隨生料和燃料入窯的硫堿比例失調容易導致窯尾結皮。但把結皮原因都歸結為硫堿比失調并不合理。硫堿比失調時(shí)窯內出現的還原氣氛對結皮有推波助瀾的作用，而此時(shí)如果窯內O2量適度富裕會(huì )使結皮有所緩解。硫堿比在正常范圍內而窯內還原氣氛嚴重照樣會(huì )嚴重結皮（這正是許多生產(chǎn)線(xiàn)熱工不穩的主因）。我們應該更多關(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(cháng)期無(wú)視有害元素在燃燒帶的揮發(fā)率高低差異帶來(lái)的重大影響。
3.窯內通風(fēng)量適度偏高控制要從供給和需求兩方面去努力。根據C1筒出口氣體成分合理調整系統總抽力并對二、三次風(fēng)量分配比例進(jìn)行優(yōu)化是一方面，設法減少并穩定頭煤用量是十分重要的另一方面。
4.要嚴格控制漏風(fēng)對窯內通風(fēng)量和預熱分解區域O2控制的干擾。
5.定量地了解窯內通風(fēng)量是否完全滿(mǎn)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(lái)判斷。
6.窯內通風(fēng)量要求滿(mǎn)足多方面的需要。以三次風(fēng)管縮口作控制手段，縮口的形狀尺寸取決于滿(mǎn)足方方面面正當要求后窯內通風(fēng)量的最低值。隨著(zhù)三次風(fēng)和窯內二次風(fēng)風(fēng)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。