時(shí)紅霞

（北京凱盛建材工程有限公司，北京 100024）

1 前言

水泥生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展中最重要的發(fā)明是采用回轉(zhuǎn)窯來煅燒水泥熟料。回轉(zhuǎn)窯的預(yù)熱效果較差，因而出現(xiàn)了濕法窯時(shí)代的窯內(nèi)鏈條、格子式熱交換器、立波篦式預(yù)熱器等。經(jīng)過上百年的發(fā)展，新型干法水泥生產(chǎn)線，即帶預(yù)分解爐的旋風(fēng)預(yù)熱器窯已成為當(dāng)前水泥燒成的主流[1]。

阿塞拜疆奇茲達(dá)斯5000t/d熟料生產(chǎn)線是EPC交鑰匙工程，總承包方為中國建材國際工程有限公司，北京凱盛建材工程有限公司受中國建材國際工程有限公司委托，在本項(xiàng)目中作為主要執(zhí)行單位，承擔(dān)本項(xiàng)目的工程設(shè)計(jì)、設(shè)備供貨、人員培訓(xùn)、生產(chǎn)調(diào)試和達(dá)標(biāo)考核服務(wù)。該項(xiàng)目是由阿塞拜疆標(biāo)準(zhǔn)公司（NORM）投資建設(shè)的一條完整的新型干法熟料水泥生產(chǎn)線，是高加索地區(qū)最大的水泥廠。

該項(xiàng)目回轉(zhuǎn)窯規(guī)格是φ4.8×72m，采用RSP型雙系列預(yù)分解系統(tǒng)。以天然氣為熱源，生產(chǎn)規(guī)模為日產(chǎn)熟料5000噸，年產(chǎn)水泥200萬噸。阿塞拜疆熟料生產(chǎn)線位于阿塞拜疆首都巴庫以西60千米。

阿塞拜疆熟料生產(chǎn)線于2012年3月開始土建施工，2013年1月開始設(shè)備安裝，2014年10月開始生產(chǎn)，回轉(zhuǎn)窯一次性點(diǎn)火成功，各車間相繼通過考核，并于2015年10月簽署PAC證書，標(biāo)志該項(xiàng)目已達(dá)合同要求，業(yè)主同意驗(yàn)收。生產(chǎn)線平均產(chǎn)量達(dá)5400t/d以上，主要指標(biāo)達(dá)到國際先進(jìn)水平。人民日報(bào)稱“日產(chǎn)5000噸熟料水泥性能達(dá)世界先進(jìn)水平中企為阿塞拜疆建成最大水泥廠”。該廠被阿塞拜疆總統(tǒng)阿利耶夫稱作為其國內(nèi)“規(guī)模最大、現(xiàn)代化程度最高的水泥廠，其順利投產(chǎn)極大緩解了阿國內(nèi)水泥短缺的現(xiàn)狀”,他認(rèn)為該水泥廠將成為該國基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的基石。阿塞拜疆奇茲達(dá)斯5000t/d熟料生產(chǎn)線全景照片見圖1。

項(xiàng)目所在地四季多風(fēng)，秋季尤甚，夏季干旱少雨，降水集中到秋冬季，該項(xiàng)目靠近里海工藝設(shè)備易受環(huán)境咸濕的影響。因此，有必要對所有設(shè)備和儀器采取防護(hù)以避免這種影響。項(xiàng)目驗(yàn)收條件苛刻，罰款條款較多，因此工藝設(shè)計(jì)中要針對項(xiàng)目特點(diǎn)，解決這些特殊需求。

圖1 阿塞拜疆奇茲達(dá)斯5000t/d熟料生產(chǎn)線全景照片

回轉(zhuǎn)窯是新型干法水泥生產(chǎn)工藝燒成系統(tǒng)的主機(jī)設(shè)備，燒成系統(tǒng)是整個(gè)熟料生產(chǎn)線的核心，因此回轉(zhuǎn)窯對整個(gè)新型干法水泥生產(chǎn)的穩(wěn)定與否起著決定性作用，回轉(zhuǎn)窯車間的工藝設(shè)計(jì)尤其重要。作者進(jìn)行過國內(nèi)外多個(gè)項(xiàng)目的燒成窯中工藝設(shè)計(jì)，在此方面積累了一些經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合阿塞拜疆燒成窯中車間出現(xiàn)的問題，燒成窯中車間工藝設(shè)計(jì)中的幾點(diǎn)體會(huì)撰寫此文與大家分享。

2 燒成窯中車間工藝流程圖

阿塞拜疆奇茲達(dá)斯5000t/d熟料生產(chǎn)線燒成窯中車間工藝流程圖見圖2。

阿塞拜疆奇茲達(dá)斯5000t/d熟料生產(chǎn)線窯尾采用RSP型雙系列預(yù)熱分解系統(tǒng)，該技術(shù)是北京凱盛建材工程有限公司的專有技術(shù)，生料經(jīng)計(jì)量倉卸出，通過窯尾鋼絲膠帶斗式提升機(jī)、電動(dòng)三通閥、空氣輸送斜槽分別喂入二級旋風(fēng)預(yù)熱器上升管道，隨風(fēng)進(jìn)入一級旋風(fēng)預(yù)熱器。經(jīng)過一級旋風(fēng)筒、二級旋風(fēng)筒、三級旋風(fēng)筒、四級旋風(fēng)筒與廢氣逐步熱交換后被加熱，進(jìn)入分解爐，在分解爐內(nèi)900℃左右溫度下，碳酸鹽礦物分解率達(dá)到約85%-95%后經(jīng)五級旋風(fēng)筒收集后入窯。而經(jīng)過氣料的熱交換，高溫氣體的溫度將降至約320-340℃后排出預(yù)熱器系統(tǒng)。一般情況下，入窯生料分解率在90-95%?；剞D(zhuǎn)窯和分解爐內(nèi)燃料燃燒及生料分解產(chǎn)生的氣體經(jīng)分解爐、混合室和五級旋風(fēng)筒，最后由窯尾高溫風(fēng)機(jī)排出。

圖2 阿塞拜疆奇茲達(dá)斯熟料生產(chǎn)線燒成窯中車間工藝流程圖

阿塞拜疆奇茲達(dá)斯5000t/d熟料生產(chǎn)線采用Φ4.8×72m回轉(zhuǎn)窯和CP ETA冷卻機(jī)進(jìn)行熟料的燒成和冷卻，系統(tǒng)產(chǎn)量為5000 t/d。預(yù)分解生料進(jìn)入回轉(zhuǎn)窯后隨著窯體的旋轉(zhuǎn)向窯頭方向移動(dòng)，被窯內(nèi)高溫氣體持續(xù)加熱，完成碳酸鹽礦物分解和固相反應(yīng)過程，生料液相在過渡帶出現(xiàn)，并形成了少量的顆粒，并在過渡帶形成了不十分穩(wěn)定的副窯皮。在回轉(zhuǎn)窯的燒成帶，在1600℃以上的高溫火焰下，物料的溫度被迅速地加熱到1350-1450℃，C2S與游離態(tài)的CaO反應(yīng)形成C3S，完成熟料的燒結(jié)過程。

出窯熟料從窯頭直接落入CP ETA冷卻機(jī)，此冷卻機(jī)一共有六個(gè)通道，運(yùn)行時(shí)，所有通道一起向物料前進(jìn)方向進(jìn)行運(yùn)行。向后的運(yùn)行分幾步進(jìn)行，首先通道1和4向后，接著通道2和5，最后通道3和6。

CP ETA冷卻機(jī)高溫廢氣一部分作為回轉(zhuǎn)窯用二次空氣；另一部分由三次風(fēng)管分兩處進(jìn)入分解爐作為燃燒空氣。

3 設(shè)備選型

表1 阿塞拜疆項(xiàng)目回轉(zhuǎn)窯車間設(shè)備參數(shù)表

首先根據(jù)窯的額定產(chǎn)量及工藝計(jì)算性能要求，確定窯的規(guī)格。預(yù)分解窯筒體呈傾斜狀態(tài)，有一定斜度，一般為3.0%-4.0%，以3.5%居多，近年有一些大型預(yù)分解窯的斜度為4.0%[2]。預(yù)分解窯有一定斜度，其主要作用是回轉(zhuǎn)窯旋轉(zhuǎn)時(shí)，物料可以從窯尾至窯頭運(yùn)動(dòng)；另一作用是防止生料在窯尾密封處漏料。一般來說，斜度大則物料運(yùn)動(dòng)速度快且不易漏料。國內(nèi)現(xiàn)有水泥廠的預(yù)熱器窯和分解爐窯的長徑比（L/D）一般為14-16。阿塞拜疆熟料生產(chǎn)線選用Φ4.8×72m三檔回轉(zhuǎn)窯。

根據(jù)窯的規(guī)格確定主電機(jī)冷卻風(fēng)機(jī)、筒體冷卻風(fēng)機(jī)、窯頭密封風(fēng)機(jī)、Ⅰ、Ⅱ檔支承裝置冷卻風(fēng)機(jī)的規(guī)格，從窯頭至窯尾方向依次是Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ檔。阿塞拜疆項(xiàng)目主電機(jī)冷卻風(fēng)機(jī)、筒體冷卻風(fēng)機(jī)、窯頭密封風(fēng)機(jī)、Ⅰ、Ⅱ檔支承裝置冷卻風(fēng)機(jī)選型見表1。

4 工藝設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問題

在燒成窯中車間工藝設(shè)計(jì)中應(yīng)充分考慮工廠規(guī)模、原、燃料條件、預(yù)熱器型式、級數(shù)、分解爐的爐型、規(guī)模和配置的冷卻機(jī)型式、規(guī)格等距離情況。本文結(jié)合阿塞拜疆項(xiàng)目燒成窯中車間出現(xiàn)的問題，介紹在窯中車間工藝設(shè)計(jì)的幾點(diǎn)注意事項(xiàng)。

4.1 回轉(zhuǎn)窯

圖3 阿塞拜疆窯中車間布置簡圖

回轉(zhuǎn)窯的中心高度可根據(jù)窯頭冷卻機(jī)的布置標(biāo)高來確定，但當(dāng)回轉(zhuǎn)窯中心高度太高時(shí)，可將窯頭、窯尾標(biāo)高綜合考慮，可采用將冷卻機(jī)布置在地面或地坑解決。篦式冷卻機(jī)的中心線，應(yīng)偏在窯內(nèi)中心線物料升起的一側(cè)。從窯頭向窯尾看回轉(zhuǎn)窯一般逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，小齒輪把大齒圈托起來，通過小齒輪帶動(dòng)大齒圈，因此從窯頭向窯尾看回轉(zhuǎn)窯傳動(dòng)在回轉(zhuǎn)窯右側(cè)?；剞D(zhuǎn)窯Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ檔中心距雖然為小數(shù)，但窯尾車間和窯頭車間柱網(wǎng)間距一般設(shè)置為整數(shù)。見圖3 阿塞拜疆項(xiàng)目窯中車間布置簡圖。

4.2 窯中車間冷卻風(fēng)機(jī)

阿塞拜疆項(xiàng)目窯筒體冷卻用軸流風(fēng)機(jī)數(shù)量較少，項(xiàng)目運(yùn)行前期回轉(zhuǎn)窯Ⅱ檔后也需要風(fēng)機(jī)降溫，由于當(dāng)?shù)貦C(jī)械行業(yè)落后，風(fēng)機(jī)需要在國內(nèi)補(bǔ)貨，運(yùn)輸成本較高。因此在國外工程燒成窯中車間冷卻風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)中，窯筒體冷卻用軸流風(fēng)機(jī)應(yīng)布置12-14臺(tái)。風(fēng)機(jī)應(yīng)配置軌道，風(fēng)機(jī)進(jìn)口配置防護(hù)網(wǎng)。見圖4 阿塞拜疆項(xiàng)目筒體冷卻軸流風(fēng)機(jī)現(xiàn)場照片。

回轉(zhuǎn)窯主電機(jī)冷卻風(fēng)機(jī)、輪帶冷卻風(fēng)機(jī)、窯口冷卻風(fēng)機(jī)進(jìn)口均需配置防護(hù)網(wǎng)以防異物進(jìn)入。

4.3 回轉(zhuǎn)窯傳動(dòng)隔熱棚

根據(jù)阿塞拜疆項(xiàng)目氣候條件，回轉(zhuǎn)窯主電機(jī)設(shè)置防雨隔熱棚，防雨隔熱棚頂部采用填充保溫棉的雙層彩鋼板。在燒成窯中回轉(zhuǎn)窯傳動(dòng)設(shè)計(jì)中，回轉(zhuǎn)窯主傳動(dòng)應(yīng)設(shè)置防雨隔熱棚。對于多雨區(qū)域，可以考慮窯中上方設(shè)防雨棚，以避免斷電時(shí)雷雨對窯的傷害。見圖5 阿塞拜疆項(xiàng)目回轉(zhuǎn)窯傳動(dòng)隔熱棚現(xiàn)場照片。

圖4 筒體冷卻軸流風(fēng)機(jī)

圖5 回轉(zhuǎn)窯傳動(dòng)隔熱棚

4.4 回轉(zhuǎn)窯輪帶冷卻

阿塞拜疆項(xiàng)目輪帶冷卻風(fēng)管上設(shè)計(jì)了閥門，但未考慮鋼平臺(tái)，導(dǎo)致該閥門無法調(diào)整和檢修。因此在回轉(zhuǎn)窯輪帶冷卻設(shè)計(jì)中，窯輪帶冷卻風(fēng)管如果設(shè)計(jì)了閥門，就需考慮操作的通道和鋼平臺(tái)。根據(jù)現(xiàn)場經(jīng)驗(yàn)該閥門可以取消。見圖6 阿塞拜疆項(xiàng)目輪帶冷卻風(fēng)管現(xiàn)場照片。

圖6 輪帶冷卻風(fēng)管

圖7 三次風(fēng)管

4.5 三次風(fēng)管

阿塞拜疆項(xiàng)目三次風(fēng)管從窯頭罩取熱風(fēng)分兩處進(jìn)入分解爐，支撐在地面。三次風(fēng)可從篦冷機(jī)的上殼體或窯頭罩引出至窯尾分解爐。三次風(fēng)管建議布置成傾斜“一”字形，三次風(fēng)管可支撐在地面或回轉(zhuǎn)窯窯墩上。見圖7 阿塞拜疆項(xiàng)目三次風(fēng)管現(xiàn)場照片。

4.6 紅外線掃描測溫儀

阿塞拜疆項(xiàng)目紅外線掃描測溫儀獨(dú)立設(shè)置。工藝設(shè)計(jì)中要注意測溫儀布置，一般選用紅外線掃描測溫儀來檢測窯筒體溫度，測溫儀可安裝在窯中車間附近建筑物上或獨(dú)立設(shè)置。

4.7 通道及樓梯

阿塞拜疆當(dāng)?shù)仫L(fēng)大，巴庫被稱為“風(fēng)城”，因此本項(xiàng)目通道及樓梯要合理設(shè)置。阿塞拜疆項(xiàng)目窯中Ⅲ檔窯墩子至窯尾車間的鋼走道較陡，現(xiàn)場加焊了防滑鋼筋。在窯中設(shè)計(jì)中應(yīng)仔細(xì)核對建筑專業(yè)圖紙，如發(fā)現(xiàn)走道角度較大時(shí)應(yīng)提醒建筑專業(yè)采取防滑措施。在燒成窯中車間通道及樓梯設(shè)計(jì)中應(yīng)充分考慮交通便利性，布置一條平行于回轉(zhuǎn)窯的行走走道，該走道需連接至窯頭、窯尾框架?；剞D(zhuǎn)窯主傳動(dòng)所在窯墩子應(yīng)布置至地面的樓梯，便于巡檢。見圖8 阿塞拜疆項(xiàng)目窯中Ⅲ檔窯墩子至窯尾車間的鋼走道照片。

圖8 阿塞拜疆項(xiàng)目窯中Ⅲ檔窯墩子至窯尾車間的鋼走道

5 結(jié)語

回轉(zhuǎn)窯設(shè)計(jì)選型時(shí)，應(yīng)根據(jù)窯的額定產(chǎn)量及工藝計(jì)算性能要求，確定窯的規(guī)格。在阿塞拜疆項(xiàng)目燒成窯中車間工藝設(shè)計(jì)及實(shí)施過程中作者也遇到窯筒體冷卻軸流風(fēng)機(jī)數(shù)量較少，輪帶冷卻風(fēng)管上的閥門未設(shè)檢修平臺(tái)，室外傾斜鋼走道未設(shè)防滑措施等問題，為生產(chǎn)調(diào)試、運(yùn)行帶來了巨大的影響，希望作者在設(shè)計(jì)中的幾點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)?zāi)芄└魑蛔x者參考及借鑒。中國企業(yè)在國外水泥工程設(shè)計(jì)中也要注意充分了解當(dāng)?shù)卦牧?、氣候條件、道路交通狀況、執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)圖紙能用圖形表達(dá)盡量不用文字表達(dá)，以防止由于文字翻譯或圖紙轉(zhuǎn)化引起歧義，設(shè)計(jì)中充分考慮試運(yùn)行及生產(chǎn)中可能會(huì)出現(xiàn)的異常情況，不要遺漏設(shè)備，以免進(jìn)行后期補(bǔ)貨影響項(xiàng)目驗(yàn)收及增加項(xiàng)目成本。