阿塞拜疆5000t/d熟料生產線燒成窯中車間工藝設計中的幾點體會

時紅霞

（北京凱盛建材工程有限公司，北京 100024）

1 前言

水泥生產技術發展中最重要的發明是采用回轉窯來煅燒水泥熟料。回轉窯的預熱效果較差，因而出現了濕法窯時代的窯內鏈條、格子式熱交換器、立波篦式預熱器等。經過上百年的發展，新型干法水泥生產線，即帶預分解爐的旋風預熱器窯已成為當前水泥燒成的主流[1]。

阿塞拜疆奇茲達斯5000t/d熟料生產線是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，在本項目中作為主要執行單位，承擔本項目的工程設計、設備供貨、人員培訓、生產調試和達標考核服務。該項目是由阿塞拜疆標準公司（NORM）投資建設的一條完整的新型干法熟料水泥生產線，是高加索地區最大的水泥廠。

該項目回轉窯規格是φ4.8×72m，采用RSP型雙系列預分解系統。以天然氣為熱源，生產規模為日產熟料5000噸，年產水泥200萬噸。阿塞拜疆熟料生產線位于阿塞拜疆首都巴庫以西60千米。

阿塞拜疆熟料生產線于2012年3月開始土建施工，2013年1月開始設備安裝，2014年10月開始生產，回轉窯一次性點火成功，各車間相繼通過考核，并于2015年10月簽署PAC證書，標志該項目已達合同要求，業主同意驗收。生產線平均產量達5400t/d以上，主要指標達到國際先進水平。人民日報稱“日產5000噸熟料水泥性能達世界先進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阿利耶夫稱作為其國內“規模最大、現代化程度最高的水泥廠，其順利投產極大緩解了阿國內水泥短缺的現狀”,他認為該水泥廠將成為該國基礎設施建設的基石。阿塞拜疆奇茲達斯5000t/d熟料生產線全景照片見圖1。

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

圖1 阿塞拜疆奇茲達斯5000t/d熟料生產線全景照片

回轉窯是新型干法水泥生產工藝燒成系統的主機設備，燒成系統是整個熟料生產線的核心，因此回轉窯對整個新型干法水泥生產的穩定與否起著決定性作用，回轉窯車間的工藝設計尤其重要。作者進行過國內外多個項目的燒成窯中工藝設計，在此方面積累了一些經驗，結合阿塞拜疆燒成窯中車間出現的問題，燒成窯中車間工藝設計中的幾點體會撰寫此文與大家分享。

2 燒成窯中車間工藝流程圖

阿塞拜疆奇茲達斯5000t/d熟料生產線燒成窯中車間工藝流程圖見圖2。

阿塞拜疆奇茲達斯5000t/d熟料生產線窯尾采用RSP型雙系列預熱分解系統，該技術是北京凱盛建材工程有限公司的專有技術，生料經計量倉卸出，通過窯尾鋼絲膠帶斗式提升機、電動三通閥、空氣輸送斜槽分別喂入二級旋風預熱器上升管道，隨風進入一級旋風預熱器。經過一級旋風筒、二級旋風筒、三級旋風筒、四級旋風筒與廢氣逐步熱交換后被加熱，進入分解爐，在分解爐內900℃左右溫度下，碳酸鹽礦物分解率達到約85%-95%后經五級旋風筒收集后入窯。而經過氣料的熱交換，高溫氣體的溫度將降至約320-340℃后排出預熱器系統。一般情況下，入窯生料分解率在90-95%。回轉窯和分解爐內燃料燃燒及生料分解產生的氣體經分解爐、混合室和五級旋風筒，最后由窯尾高溫風機排出。

圖2 阿塞拜疆奇茲達斯熟料生產線燒成窯中車間工藝流程圖

阿塞拜疆奇茲達斯5000t/d熟料生產線采用Φ4.8×72m回轉窯和CP ETA冷卻機進行熟料的燒成和冷卻，系統產量為5000 t/d。預分解生料進入回轉窯后隨著窯體的旋轉向窯頭方向移動，被窯內高溫氣體持續加熱，完成碳酸鹽礦物分解和固相反應過程，生料液相在過渡帶出現，并形成了少量的顆粒，并在過渡帶形成了不十分穩定的副窯皮。在回轉窯的燒成帶，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與游離態的CaO反應形成C3S，完成熟料的燒結過程。

出窯熟料從窯頭直接落入CP ETA冷卻機，此冷卻機一共有六個通道，運行時，所有通道一起向物料前進方向進行運行。向后的運行分幾步進行，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冷卻機高溫廢氣一部分作為回轉窯用二次空氣；另一部分由三次風管分兩處進入分解爐作為燃燒空氣。

3 設備選型

表1 阿塞拜疆項目回轉窯車間設備參數表

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

根據窯的規格確定主電機冷卻風機、筒體冷卻風機、窯頭密封風機、Ⅰ、Ⅱ檔支承裝置冷卻風機的規格，從窯頭至窯尾方向依次是Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ檔。阿塞拜疆項目主電機冷卻風機、筒體冷卻風機、窯頭密封風機、Ⅰ、Ⅱ檔支承裝置冷卻風機選型見表1。

4 工藝設計中應注意的問題

在燒成窯中車間工藝設計中應充分考慮工廠規模、原、燃料條件、預熱器型式、級數、分解爐的爐型、規模和配置的冷卻機型式、規格等距離情況。本文結合阿塞拜疆項目燒成窯中車間出現的問題，介紹在窯中車間工藝設計的幾點注意事項。

4.1 回轉窯

圖3 阿塞拜疆窯中車間布置簡圖

回轉窯的中心高度可根據窯頭冷卻機的布置標高來確定，但當回轉窯中心高度太高時，可將窯頭、窯尾標高綜合考慮，可采用將冷卻機布置在地面或地坑解決。篦式冷卻機的中心線，應偏在窯內中心線物料升起的一側。從窯頭向窯尾看回轉窯一般逆時針旋轉，小齒輪把大齒圈托起來，通過小齒輪帶動大齒圈，因此從窯頭向窯尾看回轉窯傳動在回轉窯右側。回轉窯Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ檔中心距雖然為小數，但窯尾車間和窯頭車間柱網間距一般設置為整數。見圖3 阿塞拜疆項目窯中車間布置簡圖。

4.2 窯中車間冷卻風機

阿塞拜疆項目窯筒體冷卻用軸流風機數量較少，項目運行前期回轉窯Ⅱ檔后也需要風機降溫，由于當地機械行業落后，風機需要在國內補貨，運輸成本較高。因此在國外工程燒成窯中車間冷卻風機設計中，窯筒體冷卻用軸流風機應布置12-14臺。風機應配置軌道，風機進口配置防護網。見圖4 阿塞拜疆項目筒體冷卻軸流風機現場照片。

回轉窯主電機冷卻風機、輪帶冷卻風機、窯口冷卻風機進口均需配置防護網以防異物進入。

4.3 回轉窯傳動隔熱棚

根據阿塞拜疆項目氣候條件，回轉窯主電機設置防雨隔熱棚，防雨隔熱棚頂部采用填充保溫棉的雙層彩鋼板。在燒成窯中回轉窯傳動設計中，回轉窯主傳動應設置防雨隔熱棚。對于多雨區域，可以考慮窯中上方設防雨棚，以避免斷電時雷雨對窯的傷害。見圖5 阿塞拜疆項目回轉窯傳動隔熱棚現場照片。

圖4 筒體冷卻軸流風機

圖5 回轉窯傳動隔熱棚

4.4 回轉窯輪帶冷卻

阿塞拜疆項目輪帶冷卻風管上設計了閥門，但未考慮鋼平臺，導致該閥門無法調整和檢修。因此在回轉窯輪帶冷卻設計中，窯輪帶冷卻風管如果設計了閥門，就需考慮操作的通道和鋼平臺。根據現場經驗該閥門可以取消。見圖6 阿塞拜疆項目輪帶冷卻風管現場照片。

圖6 輪帶冷卻風管

圖7 三次風管

4.5 三次風管

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

4.6 紅外線掃描測溫儀

阿塞拜疆項目紅外線掃描測溫儀獨立設置。工藝設計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立設置。

4.7 通道及樓梯

阿塞拜疆當地風大，巴庫被稱為“風城”，因此本項目通道及樓梯要合理設置。阿塞拜疆項目窯中Ⅲ檔窯墩子至窯尾車間的鋼走道較陡，現場加焊了防滑鋼筋。在窯中設計中應仔細核對建筑專業圖紙，如發現走道角度較大時應提醒建筑專業采取防滑措施。在燒成窯中車間通道及樓梯設計中應充分考慮交通便利性，布置一條平行于回轉窯的行走走道，該走道需連接至窯頭、窯尾框架。回轉窯主傳動所在窯墩子應布置至地面的樓梯，便于巡檢。見圖8 阿塞拜疆項目窯中Ⅲ檔窯墩子至窯尾車間的鋼走道照片。

圖8 阿塞拜疆項目窯中Ⅲ檔窯墩子至窯尾車間的鋼走道

5 結語

回轉窯設計選型時，應根據窯的額定產量及工藝計算性能要求，確定窯的規格。在阿塞拜疆項目燒成窯中車間工藝設計及實施過程中作者也遇到窯筒體冷卻軸流風機數量較少，輪帶冷卻風管上的閥門未設檢修平臺，室外傾斜鋼走道未設防滑措施等問題，為生產調試、運行帶來了巨大的影響，希望作者在設計中的幾點經驗能供各位讀者參考及借鑒。中國企業在國外水泥工程設計中也要注意充分了解當地原材料、氣候條件、道路交通狀況、執行標準，設計圖紙能用圖形表達盡量不用文字表達，以防止由于文字翻譯或圖紙轉化引起歧義，設計中充分考慮試運行及生產中可能會出現的異常情況，不要遺漏設備，以免進行后期補貨影響項目驗收及增加項目成本。