摘要：青海宏揚水泥公司4 000 t/d熟料預分解窯水泥生產線海拔高度3 315 m，設計時實施高海拔校正，該項目燒成系統熱耗比平原地區(qū)增加15%左右，海拔系統產量修正系數約為0.73。燒成系統設計采用了一套改進型雙列五級CDC二代預熱預分解系統、Φ4.8 m×72 m回轉窯和第四代S型篦式冷卻機等設備組成的窯外分解煅燒系統，日產熟料4 000 t，熟料燒成熱耗3 554.36 kJ/kg（850 kCal/kg）。本配置在平原地區(qū)，其熟料生產能力可達到5 500 t/d左右。建議業(yè)主在適當時機增設窯頭膜法富氧助燃節(jié)能裝置，但增氧方式值得認真論證，不可盲目照搬其他工業(yè)的成功經驗。

  0 引言

  青海宏揚水泥公司4000t/d熟料預分解窯水泥生產線位于青海省格爾木市以西、109國道K2796km處，距格爾木市區(qū)約50km，緊臨青藏公路（109國道）和青藏鐵路，地處青藏高原，場地海拔高度3315 m。該生產線日產硅酸鹽水泥熟料4000t，年產P·O 52.5級普通水泥、P·O42.5級普通水泥和P·C32.5級復合水泥共計165.78萬t，采用當地的優(yōu)質煙煤作為熟料燒成燃料。生產線于2012年11月投產后，系統運行穩(wěn)定，平均日產熟料4200t，最高4800 t，達到和超過了設計能力?，F將該項目燒成系統設計的成功經驗進行總結，以資借鑒。

  1 設計條件

  1.1 原燃料

  該項目采用石灰石、板巖、粉煤灰和鐵粉四組分原料配料，它們的品質指標符合預分解窯熟料生產的控制要求。

  擬建廠區(qū)地形較平坦，占地面積約20公頃，場地海拔高度3 315 m，場地高差約10 m。年平均氣溫4.3 ℃（最高35.0 ℃，最低-33.6 ℃），年平均相對濕度33%，年平均降雨量40.2 mm，平均風速3.1 m/s（最大風速40 m/s）。

  根據該項目的海拔高度（3 315 m）計算出的大氣參數如下：大氣壓力505×0.133 3 kPa（為0海拔大氣壓力的66.45%），空氣重度0.93 kg/m³，大氣溫度-1.55 ℃，氧氣的絕對量約為0海拔的74.81%左右。

  海拔高度升高、空氣氣壓降低，空氣變得稀薄，相同體積下的空氣質量降低，氧含量也就隨之減少。氧氣的絕對量變小，由此導致了相對缺氧。這些氣候特性對該項目的熱力設備系統、氣力輸送系統、液壓系統、風機、電動機、電氣柜等設計選型時均會產生較大的影響?？紤]不周就會影響設備能力的發(fā)揮，不能達標、達產；考慮過多又會增加項目的建設投資，降低企業(yè)的經濟效益。

  1.3 熟料生產能力

  熟料平均產量：設計保證值4 000 t/d。

  2 高海拔對燒成系統設計的影響

  高海拔地區(qū)空氣稀薄、高寒缺氧，對燒成系統的影響可以體現在燒成系統的各個方面，在設計中必須考慮大氣壓力對燒成系統的綜合影響。

  2.1 高海拔對碳酸鹽分解反應的影響

  根據該項目所處的海拔高度，經計算：碳酸鹽分解溫度為870 ℃，分解熱為380.3×4.18 kJ/kg，與標準大氣壓下的相應參數相比，分解溫度降低29 ℃左右，同時分解熱的提高很少，可忽略不計。這對于燒成系統，尤其是預熱預分解系統的工藝設計和設備選型來說，應當引起注意。

  2.2 高海拔對回轉窯的影響

  （1）對窯內風速的影響：高海拔地區(qū)大氣密度小，相應的單位體積中氧含量也減少，為滿足窯內煅燒的需要，所用的工況空氣量比低海拔地區(qū)的量大，廢氣量也增加，窯尾飛灰有所增多。飛灰增多對窯內的對流傳熱有利，但對回轉窯后續(xù)設備的運行有影響。

  （2）對窯內傳熱的影響：該項目CO2分壓P

  CO2和水蒸氣分壓PH2O絕對值在高海拔地區(qū)有一定程度的降低，故其黑度及輻射傳熱能力分別以0.333和0.8次方減少，結合兩者在廢氣中的體積含量，就能得到窯內CO2和水蒸氣的輻射傳熱情況。同時，由于窯內含有大量的懸浮粉塵，這部分組分的傳熱能力并沒有受到高海拔因素的太大影響。

  當窯氣在質量、流量不變的情況下，空氣稀薄使窯內傳熱效果較低海拔地區(qū)差。同時，溫度對輻射傳熱強度的影響比CO2分壓和水蒸氣分壓更為顯著，所以選擇性能優(yōu)良的燃燒器和高效篦冷機對于高海拔地區(qū)煤粉的燃燒至關重要，適當提高火焰燃燒溫度能有效改善窯內的輻射傳熱能力。

  （3）對窯內煤粉火焰燃燒的影響：在高海拔地區(qū)，由于空氣稀薄、缺氧，會降低窯內煤粉燃燒的反應速率和燃燒溫度。燃燒溫度的降低對燃燒速度產生很大的影響，因此必須強化燃燒強度來提高燃燒溫度。在設計中，可以采取如下措施：一是采用性能先進的燃燒器和高壓風機，使燃燒器噴出的氣流有足夠大的動能；二是采用先進的篦冷機，盡可能提高助燃空氣的溫度，改善煤粉的燃燒環(huán)境。

  因此，該項目采用高效大推力燃燒器和第四代S型高效篦冷機等設備，同時提高煤粉細度，能有效改善窯內的燃燒溫度和燃燒速率，并確保入窯二次風溫度，從而有效提高窯內的燒成溫度。

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  2.3 高海拔對分解爐的影響

  高海拔對爐內的對流傳熱和輻射傳熱都是有影響的。因此，針對該項目的需要，在分解爐的設計中，重點考慮了滿足爐內煤粉的完全燃燒，即要求分解爐內有較高的燃燒溫度和較強的燃燒強度，保證有足夠的三次風量。在分解爐的結構設計上，考慮彌補空氣稀薄對爐內煤粉燃燒速度和燃燒溫度的影響，要求形成良好的噴—旋結合的流場，以保證爐內有足夠的煤粉燃燒時間和物料停留時間。

  2.4 高海拔對預熱器的影響

  該項目設計的旋風筒連接風管，已能滿足所需的熱交換時間，所以從傳熱的角度考慮，如高海拔地區(qū)系統內的工況風速能較低海拔地區(qū)適當提高，將不會影響系統的傳熱效果，適當高的風速也可避免設備規(guī)格過大增加。

  但是高海拔會引起整個燒成系統工況風量有較大幅度的增加，從而導致系統內的工況料粉濃度有較大幅度的減少。在一定的料粉濃度范圍內，旋風筒的分離效率會隨著系統內的工況料粉濃度降低而降低，所以從料粉濃度的角度來看，高海拔旋風筒的分離效率有一定幅度的減少，這一點在設計過程中已適度進行了考慮。

  2.5 高海拔對篦冷機的影響

  在高海拔地區(qū)，篦式冷卻機工作氣壓下降，氣體體積增加。在該項目設計時，我們適當加大篦冷機規(guī)格，保持氣流通過篦床的流體阻力不變。

  在設計時，如維持篦冷機規(guī)格與低海拔時不變，這時需保持通過單位篦板面積的空氣質量、流量不變，氣體流速和密度將隨氣壓的下降而下降。同時，考慮到氣體流量的增加量，篦冷機下風機的功率增幅較大。綜合考慮，對于高海拔地區(qū)，篦冷機的設計應適當加大規(guī)格較為合適。

  如前文所述，通過高海拔校正，該項目燒成系統熱耗比平原地區(qū)增加15%左右，海拔系統產量修正系數約為0.73。依據這些分析的設計既滿足生產要求，又有合理的經濟性。

  3 燒成系統的設計和設備配置

  根據該項目的建設規(guī)模和地處高海拔地區(qū)這一特殊情況，熟料燒成系統設計采用了一套改進型雙列五級CDC二代預熱預分解系統、Φ4.8 m×72 m回轉窯和第四代S型篦式冷卻機等設備組成的窯外分解煅燒系統，日產熟料4 000 t，熟料燒成熱耗3 554.36 kJ/kg（850 kcal/kg）。本配置在平原地區(qū)其熟料生產能力可達到5 500 t/d左右。系統主要設備配置見表1。

  4 燒成系統的操作控制參數

  項目投產后，燒成系統的主要操作及控制參數見表2。

  從熟料燒成系統的運行參數看，產量能穩(wěn)定在4 200 t/d。

  5 結束語

  生產運行情況表明，該項目熟料燒成系統的設計是成功的，適應了高海拔的特殊氣候條件，達標時間短，技術指標較為先進，取得了良好的經濟效益。為了最大地發(fā)揮系統潛能，建議業(yè)主在適當時機增設窯頭膜法富氧助燃節(jié)能裝置，可將當地的空氣含氧量由15.65%增加到21%左右（達到0海拔的含氧量水平），進行窯頭燃燒器的增氧助燃，以彌補高海拔地區(qū)氧氣含量不足，解決煤粉燃燒不完全的問題，可進一步提高熟料產量。當然，增氧方式值得認真論證，不可盲目照搬其他工業(yè)的成功經驗。