新型干法回转窑的设计与增产节能 2007-08-1014:43:37 ——从技术进步谈回转窑设计操作参数的合理选择
前言：
从上世纪80年代我们研究新型干法（NSP）回转窑产量和规格参数的合理选择时，一般采用国内外相关窑型的产量和规格参数进行数学回归法或统计分析等方法，结合国情、厂情来比较选择确定。
早期在2000t/d窑外分解系统技术引进报价中，国外公司对窑规格、参数报价差异较大。（见表一）
国内外部分厂商日产2000t/d窑报价规格参数????????????????????????表一
厂商
窑规格（m）
L/D
斜度（％）
转速（r/min）
装机功率（kw）
计算单位有效容积产量（t/m3·D）
备注?
石川岛（日）
φ3.9×58
14.9
4.0
0.6～3.0
180
3.58
?
三菱（日）
φ3.9×58
14.9
4.0
0.6～3.5
210
3.58
?
宇部（日）
φ3.7×58
15.7
3.5
0.3～3.0
250
4.03
?
FLS
φ3.95×56
14.3
4.0
0.6～3.0
225
3.61
顺昌
FCB
φ4.0×58
14.5
4.0
1.8～2.6
190
3.38
云浮
KHD
φ3.8×40
10.5
3.5
0.67～3.67
250
5.50
新疆
KHD
φ4.0×42
10.5
3.5
0.54～3.26
230
4.68
鲁南
KHD
φ4.2×45
10.7
3.5
0.52～3.15
200
3.92
北京
?
TC
φ4.0×60
15
3.5
0.6～3.2
2×125
3.27
江西
?
?
?
0.4～3.95
315
4.43～4.59
?
NC
φ4.0×60
15
4.0
0.6～4.07
315
4.43～4.92
?
当时国产第一台（江西）2000t/d水泥生产线，其窑的规格为φ4.0×60m，L/D＝15，斜度3.5％，最高转速3.2r/min，单位有效容积产量3.27t/m3·D。经过20多年的努力，至今我国窑外分解系统生产工艺技术装备已趋于成熟，同规格窑系统产量不断突破，目前φ4.0×60m窑保证产量为2500t/d，实际可达到2700～2800t/d，系统产量提高35～40％，单位有效容积产量达到4.59t/m3·D，相关的斜度、转速、装机功率及窑内物料负荷率、物料在窑内停留时间等设计参数均有较大变化，笔者在实践－认识－再实践的基础上，对窑的合理设计、操作参数等作一些探讨。
1、回转窑在新型干法烧成系统中的地位和作用
首先，回转窑是NSP烧成系统中的一个组成部分，它的作用是把在预热器、分解炉内已经大部分分解的生料进行煅烧，生成合格的水泥熟料。从物理、化学反应来说：生料在窑尾预热器、分解炉系统中完成预热、脱水和绝大部分分解反应后进入回转窑内，在一定的高温条件下完成形成各种熟料矿物的化学反应和物理化学反应（固相反应），并使晶体得到一定程度的发育生长，再稍经冷却后排出窑外。
从传热学的角度来说，窑内物料因入窑生料表观分解率为90~95％，分解吸热反应所需的热量很少，公斤熟料约200~100千焦，物料升温吸热量约为450～500千焦，而熟料矿物形成是以放热反应为主，设熟料中C2S占0.20，C3S占0.60，C3A占0.08，C4AF占0.10，反应过程放热量约为655千焦。基于窑内熟料形成热基本是一个负值，所以可以认为窑内传热已不是主要矛盾，而熟料矿物生成的晶格形成和晶体生长所需维持的高温条件及在烧成带的停留时间成为矛盾的主要方面。
2、提高NSP窑系统产量是个系统工程
稳定回转窑的热工制度、提高窑速和快转率，均衡稳定、薄料快烧是实现高产、优质、低消耗的重要工艺原则。而以稳定回转窑热工制度为中心，需要以下多项先进技术的系统工程予以保证。
（1）原料矿山合理开采、搭配进厂并加强进厂原、燃料的科学管理。
（2）原、燃料预均化技术，为配料和煅烧创造条件。
（3）电子计算机－荧光分析仪－电子配料系统，保证生料出磨成分的标准偏差。优化配料方案。
（4）生料气力均化技术，保证入窑生料化学成分均衡稳定。
（5）采用成熟可靠高精度计量设备，保证入窑生料和燃煤的喂料量均衡稳定。
（6）加大窑尾预热器、分解炉规格、完善系统性能，提高燃煤比，强化系统预烧能力，提高生料入窑分解率为95％，进一步提高烧成系统热效率。
（7）采用先进成熟的多通道煤粉燃烧器，以保证煤粉快速、完全燃烧，火焰调节灵活。
（8）采用新型耐热、耐磨材料，延长窑的安全运转周期，减少系统热损失。
（9）采用电子计算机对生产过程实行自动调节和控制。
（10）实行岗位技术培训和强化生产过程质量管理，充分发挥现代化技术和装备的作用和效益等。
φ4.0×60mNSP窑系统产量提高过程是以上系统工程技术进步的结果。
3、关于物料在窑内的停留时间T
从操作上看，决定熟料产量和质量的二个重要条件就是窑内高温条件和物料在烧成带的停留足够时间。物料在窑内所需停留时间与窑的类型有关，前期统计资料介绍：悬浮预热器窑为45～60min，预分解窑为25～30min。计算式如下：
?min……(1)
式中：――物料停留时间（min）
?????；――分别为窑有效内径和长度（m）
?????――窑斜度（度）3.5%(2.0o)，4.0%(2.3o)，4.5％（2.58o）
?????――窑转速（r/min）
?????――物料休止角（度），一般取35°
物料在窑内停留时间不足，使熟料“欠烧”影响产品质量性能；停留时间过长，熟料易“过烧”，使熟料矿物晶体过大且结构致密而影响熟料易磨性并使热耗增大。在风、煤、料和窑速均衡稳定配合和稳定窑的热工制度下的薄料快烧，对缩短生料在窑内停留时间有利。目前通过提高产量的生产实践证明：φ4.0×60m、斜度4.0%NSP窑、最高窑速3.9r/min、负荷率6.5％、物料在窑内最短停留19.5min（见方案2），φ4.0×60m、斜度3.5%NSP窑、最高窑速3.9r/min、负荷率7.0％、物料在窑内停留最短时间为22.4min（见方案1），φ3.3×51m、斜度3.5%NSP窑（改造）、最高窑速4.7r/min、负荷率5.2％、物料在窑内停留最短时间仅为19.3min（见方案9），均可保证优质熟料的烧成，窑内物料停留时间有缩短的趋势。
4、关于窑内负荷率
窑内物料负荷为窑内物料的容积与整个窑筒体有效容积的百分数，由于窑内各带物料运动速度不同，物料负荷率也不同，这里指的是平均负荷率的概念。据资料介绍，一般＝5～13％。
窑内物料负荷率与窑直径、长径比、斜度、喂料量和转速相关，在生产中窑速要与喂料量同步增减调节，避免负荷率变化过大，这样有利稳定窑的热工制度。预热、预分解窑计算式如下：
……（2）
????????????????????????
式中：――窑内物料平均负荷率（％）
?????T――物料在窑内停留时间（min）
?????G熟料――窑小时熟料产量（t/h）
?????R――煅烧1Kg熟料所需窑内物料量（Kg生料/Kg熟料）
?????Ks――料耗（Kg生料/Kg熟料）
――入窑料表观分解率（％）
?????Di；L――分别为窑有效内径和长度（m）
?????――窑内物料平均容重（kg/m3）
按日本水泥协会处理方法对SP、NSP窑：
?????
“薄料快烧”是回转窑实现优质、高产的一个重要操作手段。窑在最高产量时，窑的最高操作转速除需保证物料在窑内烧成所需最短停留时间外，物料负荷率必须在合理的薄料层范围内，以保证熟料烧成。不同参数窑型，有各自合理的负荷率（见表二）。
5、窑内物料负荷率、操作转速对窑传动功率的影响
新型干法窑正常运行中机械摩擦消耗功率约占额定功率的10％，不良情况可达30％，因此窑内物料翻转和输送的有用功率占额定功率的大部分，约占70～75％，窑内物料量和运动状态对回转窑消耗功率起决定作用。
窑内物料量大，窑的消耗功率大。窑内物料量可通过窑内平均物料负荷率，查“圆截面内弓形函数表”计算。（见水泥工厂设计手册（下册）中国建筑工业出版社）
窑操作转速对传动功率的影响：窑转速与窑需用功率成正比关系。简易计算公式为：
……（3）
式中：N0――窑需用功率（kw）
?????Di；L――分别为窑有效内径和长度（m）
?????n――窑转速（r/min）
6、NSP窑型、参数方案比较??（详见表二）
??方案1：φ4.0×60m，L/D=15,斜度：3.5％
?????????（1）2000t/d为早期低产量时运行参数，物料在窑内停留时间过长(31min)。
?????????（2）该窑系统工艺技术装备成熟后，提速提产至2700~2800t/d，产量提高40%，窑速3.9r/min时负荷率为7.0%，物料在窑内停留时间缩短至22.4min左右，熟料质量良好，但单位熟料的物料运动功耗偏高约为1.68KWh。
?????????（3）建议提高窑速，降低物料负荷率，生产能力可达3000t/d以上。
??方案2：φ4.0×60m，L/D=15,斜度：4.0％（与方案1比较）
?????????（1）规格、直径及长径比相同，但斜度为4.0%，当产量和窑速相同时，物料负荷率降低~0.6%
??????????????窑内物料停留时间缩短至20min左右，实现了“薄料快烧”，生产能力达到3000t/d，生产实践证明完全能满足良好熟料的烧成要求。
?????????（2）由于斜度大，窑内物料运动速度加快，停留时间缩短了2.4min左右，窑内物料量可减少3.8t左右，单位熟料的物料运动功耗降为1.48KWh。当产量为2900t/d时，每小时节电24.5度，每天节电588度。
??方案3：φ4.0×64m，L/D=16,斜度：4.0％（与方案2比较）
????????（1）斜度相同，长径比大，在保证物料停留时间的前提下，提高窑速后生产能力可略有提高。
?????????（2）虽然物料负荷率相同，因窑长，窑内物料量增加~1.4t，单位熟料的物料运动功耗为1.57度。当产量为2900t/d时，每小时多耗电10.8度，每天多耗电259.2度。
??方案4：φ4.0×58m，L/D=14.5,斜度：4.0％（与方案2比较）
????????（1）斜度相同，长径比小，为保证物料停留时间，最高操作窑速降低，物料负荷率相当时，生产能力略低，但是个节电的“经济产量”。
?????????（2）物料负荷率降低0.1%，因窑短，窑内物料量减少~1.4t，单位熟料的物料运动功耗降为1.42度，当产量为2900t/d时，每小时又可节电5.2度，每天节电125度。
??方案5：φ4.0×43m，（二支承）L/D=10.75,斜度：3.5％（与方案1~4比较）
????????（1）窑操作转速低，相对窑内物料负荷率较高，属中厚料层烧成法。窑增产潜力较小。
?????????（2）长径比小于12，短窑具有设备重量轻、二支承有利窑和托轮调整以及传动磨擦功耗小等优点，虽然窑内物料负荷率较高，但因窑短，窑内物料量还是最少，加上操作转速低，窑运行实耗功率最小，对进一步节电有利。
??方案6：φ3.8×64m，L/D=16.8,斜度：4.0％（与方案4比较）
????????窑有效容积相近，采用小直径大长径比方案，生产能力相当。因窑操作转速提高和窑内物料负荷率偏高，单位熟料的物料运动功耗偏高为1.65度，当产量为2800t/d时，每小时多耗电27.9度，每天多耗电670度。
??方案7：φ3.8×57m，L/D=15,斜度：4.0％（与方案6比较）
????????（1）长径比减小，窑操作转速和负荷率降低，生产能力适度降低，但对窑安全运转有利，是经济合理产量。
?????????（2）窑速降低，窑内物料量减少6.3t，单位熟料的物料运动功耗降为1.47度，当产量为2400t/d时，每小时又可节电18.0度，每天节电432度。
??方案8：φ3.5×52m，L/D=14.9,斜度：4.0％（产量相同，窑操作转速不同时的比较）
??????????窑产量相同时，操作转速高时，窑内物料负荷率低，操作转速低时，窑内物料负荷率高，单位熟料的物料运动功耗基本相同。?
方案9：φ3.3×51m，L/D=15.5,斜度：3.5％（高原型，NSP改造）
?????????（1）窑提速增容改建后，产量由980t/d提高到平均1378t/d，实现提产40％，熟料28天平均抗压强度由57.3提到63.1MPa.
?????????（2）操作窑速由2.8提高到4.7r/min，窑内物料停留时间由32.4min缩短至19.3min，负荷率仅为5.2％，实现了“薄料快烧”。当负荷率提高到5.7％时，产量可达1500t/D.
?????????（3）由于长径比大和斜度小，窑内物料量较多，单位熟料的物料运动功率为1.76度，电耗偏高。
?方案10：φ3.2×52mL/D=16.3,斜度：3.5％（SP系统改造成NSP）
????????（1）窑提速改造后，产量由600t/d提高到1500t/d，提高2.5倍，增产效果显著。
?????????（2）由于长径比大，斜度小，窑速4.5r/min，负荷率偏高，使单位熟料的物料运动功耗偏高为1.86度，电耗较高。
??方案11：φ3.2×48m，L/D=15,斜度：4.0％（与方案10比较）
????????（1）斜度加大，窑速降低，物料负荷率明显减小，虽然生产能力稍低，但是个“经济产量”，对安全运行也有利。
?????????（2）由于低窑速和窑内物料量减少~3.8t，单位熟料的物料运动功耗降为1.49度，当产量为1400t/d时，每小时节电21.8度，每天节电523度。
??方案12：φ3.0×48m，L/D=16,斜度：3.5％（提速改造NSP）
????????（1）长径比大，斜度小，窑经提速改造后，物料负荷率提高，窑产量能显著提高。
?????????（2）窑操作转速高和窑内物料量相对较大，使单位熟料的物料运动功耗为1.84度，电耗较高。
??方案15：φ4.8×74m，L/D=15.4,斜度：3.5％
????????（1）该窑目前产量约5500t/d，转速3.8r/min，负荷率偏高，若能提速至4.0r/min，窑内物料负荷率略降低，产量可达5700t/d。
?????????（2）因斜度小，窑内物料负荷率偏高，物料量较多，使单位熟料的物料运动功耗较高为1.62度，电耗偏高。
??方案16：φ4.8×74m，L/D=15.4,斜度：4.0％（与方案15比较）
????????窑规格相同，斜度加大，当产量和操作转速相同时，窑内物料负荷率低~1.2%，物料量减少~14.2t，使单位熟料的物料运动功耗降低为1.41度，当产量为5500t/d时，每小时节电47.3度，每天可节电1135度。
??方案17：φ4.8×72m，L/D=15,斜度：4.0％（与方案16比较）
????????建议窑长缩短2m，长径比为15，窑内物料量可进一步减少2.2t，单位熟料的物料运动功耗进一步降低为1.32度，当产量为5500t/d时，每小时又可节电16.9度，每天可节电405度，实现“经济产量”的理念。
??方案18：φ6.0×95m，L/D=15.8,斜度：4.0％
????????该窑考核时产量达到11111t/d，转速3.5r/min，计算窑内物料负荷率7.4%，单位熟料的物料运动功耗为1.43度，单位有效容积产量4.9t/m3.D，系统装备运行整合后，通过提高窑速到3.8r/min，物料负荷率不变，生产能力可达12000t/d。
??方案19：φ6.0×90m，L/D=15,斜度：4.0％（与方案18比较）
????????建议该窑长缩短5m，长径比为15，操作转速和物料负荷率能维持原有水平，物料在窑内停留时间能保证，而该窑内物料进一步减少，降低物料运动功耗至1.35度，当产量为11000t/d时，窑每小时可节电36.6度，每天节电879度，单位有效容积产量进一步提高。当提高窑速到3.8r/min，物料负荷率不变时，生产能力可达12000t/d。
7、对目前NSP窑合理设计及操作参数的探讨
（1）关于物料在窑内停留时间T
当前由于新型干法烧成系统工艺技术装备趋于先进成熟，在窑尾预烧能力充分增强的条件下，生产实践充分证明实现“薄料快烧”后物料在窑内停留时间有明显的缩短趋势，因此建议设计时，窑内物料停留时间取19～20分钟（过去统计资料：NSP窑停留时间为25～30min），完全能保证优质熟料的烧成，如方案2和9（表二）。笔者认为可以作为设计和操作依据。
（2）关于窑内物料平均负荷率
在保证物料窑内停留时间的前提下，采用高窑速和小负荷率的“薄料快烧”，有利于实现优质高产低消耗。在设计中，窑斜度与物料负荷率有直接关系：斜度大，物料负荷率小；斜度小，物料负荷率大。在生产操作中，产量一定时，窑速与负荷率成反比。因此要求喂料量尽量与窑速同步增减以保证窑内物料负荷率不变，稳定窑的热工制度。据统计计算国内部分φ3.0～φ6.0m，L/D＝13.5～16.5的（三支承）NSP窑，窑内物料负荷率随窑直径加大而提高，＝5.7～9％（见表二）；而L/D<12的二支承短窑窑内物料负荷率偏高，＝7.7～10.5％（见表二）。
（3）关于窑的长径比?L/D
???长径比在同窑速时，主要影响物料在窑内停留时间，窑长停留时间长。在要求窑内物料停留时间一定时，长径比大则窑转速高，长径比小则可降低窑的操作转速。
目前国内NSP窑长径比统计为13.5～16.5。长径比大，物料在窑内停留时间长，窑提速增产潜力大，但电耗偏高。如方案3、10（见表二）。
长径比小的窑提速增产幅度相对较小，但窑内物料量减少，因此电耗省。如方案4（见表二）。新建三支承窑推荐L/D为14～15。
长径比小于12的两支承短窑磨擦功耗小，调整维修方便，操作窑速低，设备重量轻，窑内物料量少，运行电耗低。
（4）关于窑斜度?%
???窑斜度除了影响物料运动速度和停留时间外，更重要的是能直接影响窑内物料负荷率（如方案1，2对比），斜度大物料负荷率减小，有利窑内呈薄料层快烧状态，物料量减少有利节能。
当前新设计三支承窑建议斜度用4.0％，这样对降低物料负荷率、减少窑内物料量和降低窑运行电耗有利。对现有斜度3.5％窑通过系统改造后可通过提高窑速“薄料快烧”实现窑产量提高，但电耗略高。
窑斜度大、长径比小时窑最高操作转速和负荷率可相对降低，这样有利于降低设备重量、节电和安全运转。
（5）关于窑设计、操作最高转速
新设计窑从“薄料快烧”的要求出发，最高操作转速建议应满足窑内物料最短停留时间19～20min为宜。另外，窑装机最高转速还应考虑电机传动效率为90%左右或一般可留0.2~0.3r/min的富裕量。
（6）关于NSP窑提高生产能力的探索
提出NSP窑的熟料产量不是靠窑烧出来的，而是靠系统工程严格质量控制和管理出来的观点。
从系统工程着手，以稳定窑热工制度为中心、保证熟料烧成为前提，探索缩短物料在窑内的停留时间，实现“薄料快烧”。探索高产条件下窑速与负荷率的优化配制是NSP窑系统优质、高产、节能的途径之一。
表二中所列多规格NSP窑的生产能力均达到国外同类窑型先进水平，也是我们通过努力可以达到的先进水平，它为我们今后的系统技改工作提出了努力的方向。
(7)??????窑设计参数与节能NSP
从以上技术方案比较结果的启示，窑的设计参数合理选择对节能有直接的影响，其中影响最大的是窑的斜度，其次是长径比。斜度大，窑内物料负荷率和物料量减少，并带来操作窑速的降低，能显著降低窑的运行电耗。窑长度缩短直接减轻了设备和窑内物料的重量，同样达到降低窑运行电耗的目的。下面对不同斜度、长径比的窑型参数和节能进行比较（见表三）。
从表三可见，在保证窑内物料停留时间的前提下，采用“大斜度小长径比”的技术方案，如斜度4.5％、长径比14，可使窑的操作转速保持在中速状态2.9～3.2r/min，窑内物料负荷率维持在6.3％左右的薄料层范围，能有效减少窑内物料量约7.9t，有效降低窑内物料运动功耗，与方案1相比，达到节电46.2kwh/h或1109kwh/D，取得节电近26.6％的显著效果，单位熟料的物料运动功耗降到1.23kwh/t.cl的先进水平。
因此在当前节能是建材工业发展的重中之重的要求下，笔者进一步对NSP窑提出“大斜度小长径比”的节能新窑型技术方案，供行业专家、同仁共探讨。
?
结语：
???本文在目前国内新型干法窑外分解水泥熟料生产工艺、技术装备趋于成熟、窑系统产量大幅度提高的情况下，采集一些最新实际生产数据，用物料窑内停留时间、“薄料快烧”以及系统工程的概念，重新对国内NSP窑型和通过技术改造成NSP窑的系统，在提高窑的生产能力、“经济产量”（节电）及在各种产量情况下的设计、操作参数等方面作一次反求的新探索，以求提高认识，再指导实践，并提出进一步节能的技术方案，供行业同仁共探讨，希望能对新型干法烧成生产工艺、技术装备系统在不断追求技术进步的发展征途上起一个抛砖引玉的作用。 国内部分NSP窑型生产能力、操作参数统计及计算结果比较表????????
????表二
方案 项目参数
?
方案 生产能力 操作转速
r/min 停留时间
min 物料负荷率
％ 窑内物料量
t 物料运动功耗
KWh/h 单位熟料物料耗功KWh/t 计算窑衬厚mm 单位有效容积产量t/m3·D 计算简式 t/d t/h 1 φ4.0×60m斜度：3.5％
L/D=15 20002500
2800
3000
3100 83
104
117
125
129 2.8
3.4
3.9
4.2
4.5 31.2
25.7
22.4
20.8
19.4 6.9
7.1
7.0
6.9
6.7 45.1
46.9
46.4
45.1
44.4 ▲139.6
176.3
200.0
209.4
220.8 1.68
1.69
1.71
1.68
1.71 200 3.28
4.10
4.59
4.92
5.07 2
? φ4.0×60m
斜度：4.0％
L/D=15
?
? 25002700
2900
3000
? 104
113
121
125
? 3.3
3.6
3.8
3.9
4.0 23.0
21.1
20.0
19.5
19.0 6.4
6.4
6.5
6.5
6.3 42.4
42.4
43.1
43.1
41.7 152.7
166.6
178.7
183.4
182.0 1.47
1.47
1.48
1.47
1.46 200 4.10
?
4.75
4.92
? 3
? φ4.0×64m
斜度：4.0％
L/D=16
? 25002900
3000
3200 104
121
125
133 3.3
3.8
3.9
4.2 23.8
21.3
20.8
19.3 6.4
6.5
6.5
6.4 42.4
44.5
44.5
42.4 162.0
189.5
194.5
206.2 1.56
1.57
1.56
1.55 200 3.84
4.45
4.61
4.92 4 φ4.0×58m
斜度：4.0％
L/D=14.5 24002500
2700
2800
2900 100
104
113
117
121 3.1
3.3
3.6
3.7
3.8 23.7
22.2
20.4
19.8
19.3 6.5
6.4
6.4
6.4
6.5 42.0
41.0
41.0
41.0
42.0 141.5
147.7
161.1
165.6
173.5 1.42
1.42
1.43
1.42
1.43 200 4.07
4.24
4.58
4.75
4.92 5 φ4.0×43m
斜度：3.5％
L/D=10.75
(二支承) 20002200
? 83
92
? 2.5
2.7
3.2 25.0
23.2
19.8 7.7
8.0
6.7 36.6
38.0
31.8 99.9
112.0
111.1 1.20
1.22
1.21 200 4.57
5.02
? 6 φ3.8×64m
斜度：4.0％
L/D=16.8 22002500
2700
2800
2900 92
104
113
117
121 3.4
3.8
4.1
4.2
4.5 25.2
22.6
20.9
20.4
19.0 6.5
6.6
6.6
6.7
6.5 41.0
41.7
41.7
42.2
41.0 152.2
173.0
186.6
193.5
201.4 1.65
1.66
1.65
1.65
1.66 200 3.79
4.30
4.65
4.82
4.92 7 φ3.8×57m
斜度：4.0％
L/D=15 20002200
2400
2500 83
92
100
104 3.1
3.4
3.7
3.9 24.6
22.5
20.6
19.6 6.4
6.5
6.5
6.4 35.9
36.5
36.5
35.9 121.3
135.3
147.2
152.6 1.46
1.47
1.47
1.46 200 3.86
4.25
4.63
4.83 8 φ3.5×52m
斜度：4.0％
L/D=14.9 15001700
?
1800
? 62.5
71
?
75
? 3.1
3.5
3.1
3.7
3.1 24.3
21.5
24.3
20.4
24.3 6.2
6.2
7.0
6.2
7.4 27.1
27.1
30.6
27.1
32.3 91.7
103.5
103.5
109.4
109.2 1.47
1.46
1.46
1.46
1.46 180 3.72
4.22
?
4.47
? 9 φ3.3×51m
斜度：3.5％
L/D=15.5
(高原型NSP改造) 9801200
1378
1500 41
50
57
62.5 2.8
3.9
4.7
4.7 32.4
23.3
19.3
19.3 6.3
5.5
5.2
5.7 23.7
20.7
19.5
21.4 72.4
88.1
100.0
109.7 1.77
1.76
1.75
1.76 180 2.9
3.50
4.0
4.5 10
? φ3.2×52m
斜度：3.5％
L/D=16.3
(改造NSP) 6001200
1400
1500
? 25
50
58
62.5
? 2.0
3.6
4.2
4.5
4.8 47.9
26.6
22.8
21.3
20.0 5.9
6.6
6.6
6.6
6.2 21.1
23.6
23.6
23.6
22.2 46.1
92.8
108.3
116.0
116.4 1.84
1.86
1.87
1.86
1.86 180 1.82
3.65
4.26
4.56
? ?
方案 项目参数
?
方案 生产能力 操作转速
r/min 停留时间
min 物料负荷率
％ 窑内物料量
t 物料运动功耗
KWh/h 单位熟料物料功耗
KWh/t 计算窑衬厚mm 单位有效容积产量t/(m3·D) 计算简式 t/d t/h 11 φ3.2×48m斜度：4.0％
L/D=15 11001200
1400 46
50
58 3.2
3.5
4.0 24.0
22.0
19.2 5.9
5.9
6.0 19.4
19.4
19.8 67.8
74.2
86.5 1.47
1.48
1.49 180 3.6
3.9
4.6 12
? φ3.0×48m
斜度：3.5％
L/D=16
(改造NSP) 7001000
1100
1200 29
42
46
50 3.0
3.9
4.3
4.6 31.7
24.4
22.1
20.7 5.7
6.4
6.3
6.4 16.3
18.2
18.0
18.2 53.4
77.5
84.5
91.4 1.84
1.85
1.84
1.83 180 2.7
3.8
4.2
4.6 13
? φ3.0×45m
斜度：3.5％
L/D=15
(改造NSP) 9001000
1100 37.5
42
46 3.5
3.9
4.4 25.5
22.9
20.3 6.3
6.4
6.2 16.8
17.1
16.6 60.8
69.0
74.5 1.62
1.64
1.62 180 3.7
4.1
4.5 14 φ5.0×55m
斜度：3.5％
L/D=11
(二支承)
(台湾花莲) 5000?
5200 208
?
217 ?
2.5
正常
2.6
? 25.4?
24.4 10.5
?
10.5 101.4
?
101.4 276.6
?
287.7 ?
1.33
?
1.33
? 230 5.6
?
5.9 15 φ4.8×74m
斜度：3.5％
L/D=15.4 50005200
5500
5700
6000 208
217
229
238
250 3.5
3.6
3.8
4.0
4.5 25.5
24.8
23.5
22.3
19.8 7.9
8.0
8.0
7.9
7.4 93.8
95.0
95.0
93.8
87.9 337.5
351.6
371.1
385.7
406.6 1.62
1.62
1.62
1.62
1.63 230 4.6
4.7
5.0
5.2
5.5 16 φ4.8×74m
斜度：4.0％
L/D=15.4 50005200
5500
5700 208
217
229
238 3.5
3.7
3.9
4.0 22.2
21.0
19.9
19.4 6.8
6.8
6.8
6.9 80.8
80.8
80.8
80.8 290.7
307.3
323.9
332.2 1.40
1.42
1.41
1.40 230 4.6
4.7
5.0
5.2 17 φ4.8×72m
斜度：4.0％
L/D=15.0 50005500 208
229 3.4
3.8 22.2
19.9 6.9
6.8 78.6
78.6 274.7
307.0 1.32
1.34 230 4.7
5.2 18 φ6.0×95m
斜度：4.0％
L/D=15.8 1000011111
12000
12500 417
463
500
521 3.2
3.5
3.8
3.9 24.4
22.1
20.5
20.0 7.3
7.4
7.3
7.4 181.4
183.9
181.4
183.9 596.7
661.6
708.6
737.2 1.43
1.43
1.42
1.41 230 4.4
4.9
5.2
5.5 19 φ6.0×90m
斜度：4.0％
L/D=15 1000011000
12000 417
458
500 3.1
3.4
3.7 23.9
21.8
20.0 7.5
7.5
7.5 176.5
176.5
176.5 562.4
616.8
671.3 1.35
1.35
1.34 230 4.6
5.1
5.5 20 φ5.2×70m
斜度：3.5％
L/D=13.5
(二支承)
(新广州
KHD) 6000?
6683
?
? 250
?
278.5
?
? 3.0
?
3.2
?
3.8 25.8
?
24.2
?
20.3 8.5
?
8.9
?
7.5 113.9
?
119.3
?
100.5 372.8
?
416.5
?
416.7 1.49
?
1.50
?
1.50 230 4.9
?
5.4
?
? ?
注：1、计算式摘自“水泥生产工艺计算手册”（王君伟，李祖尚编著）
2、▲摘自“新型干法烧成水泥熟料设备”设计、制造、安装与使用（熊合思编著）
3、划横线为实际生产已达到的数据。??
4、黑体数据为保证产量值。
新型干法回转窑的设计与增产节能--附录二 2007-08-1014:47:23 直径?4.0mNSP窑不同设计参数及节能比较
???????????????????????????????????????????????????????????????????表三
?
项目参数
?
方案
生产能力
操作转速
r/min
停留时间
min
物料负荷率
％
窑内物料量
t
物料运动功耗
KWh/h
单位熟料物料耗功KWh/t
单位有效容积产量t/m3·D
节电比较kwh/h??kwh/D??％
t/d
t/h
1
φ4.0×60m斜度：3.5％
L/D=15
25002800
3000
3100
?
104
117
125
129
?
3.4
3.9
4.1
4.2
?
25.7
22.4
21.3
20.8
?
7.1
7.0
7.1
7.2
?
46.9
46.3
46.9
47.7
?
174.0
203.2
210.1
218.6
?
1.67
1.68
1.68
1.67
?
4.10
4.59
4.92
5.07
?
——??——??100
?
?
?
?
2
?
φ4.0×60m
斜度：4.0％
L/D=15
25003000
?
104
125
?
3.3
3.9
4.0
23.0
19.5
19.0
6.4
6.5
6.3
42.4
43.1
41.7
152.7
183.4
182.0
1.47
1.47
1.46
4.10
4.92
?
-21.3??-511??87.8
?
?
3
?
φ4.0×58m
斜度：4.0％
L/D=14.5
?
25002800
2900
104
117
121
3.3
3.7
3.8
22.2
19.8
19.3
6.4
6.4
6.5
41.0
41.0
42.0
147.7
165.6
173.5
1.42
1.42
1.43
4.24
4.75
4.92
-26.7?-641?84.5
?
?
4
φ4.0×60m
斜度：4.5％
L/D=15
25002700
2900
104
113
121
3.1
3.3
3.5
21.8
20.5
19.3
6.1
6.2
6.2
40.4
41.1
41.1
136.7
148.0
157.0
1.31
1.31
1.30
4.10
4.43
4.75
-37.3??-895??78.6
?
?
5
φ4.0×56m
斜度：4.5％
L/D=14
?
24002500
2700
100
104
113
2.9
3.0
3.3
21.8
21.0
19.1
6.2
6.3
6.2
38.4
39.0
38.4
121.6
127.8
138.4
1.22
1.23
1.22
4.21
4.39
4.74
?
-46.2?-1109??73.4
?
6
φ4.0×54m
斜度：4.5％
L/D=13.5
?
24002500
2600
100
104
108
2.9
3.0
3.1
21.0
20.3
19.6
6.2
6.3
6.3
37.0
37.6
37.6
117.1
123.1
127.2
1.17
1.18
1.18
4.36
4.55
4.73
-50.9?-1222??70.7
谈谈中、小型回转窑烧成系统技术改造问题 2007-08-1015:07:50 ?
?????在国家“发展循环经济，建设节约型社会”的总要求下，建材工业作为国民经济支柱产业的三大任务之一，是“发展节约型建材工业、改造传统建材工业”。回顾“十·五计划”：2000年水泥总产量5.97亿吨，其中新型干法水泥0.56亿吨，占9.4%，落后生产工艺水泥5.4亿吨，占90.6%；而2005年水泥总产量为10.64亿吨，其中新型干法水泥4.2亿吨，占40%，落后生产工艺水泥6.4亿吨，占60%。水泥总产量增长了1.9倍，占世界水泥总产量的48%。新型干法水泥总产量所占比例由9.4%提高到40%，在产业发展和结构调整中，取得了举世瞩目的成就。但是，还应清醒地看到：尚有6.4亿吨占60%的落后生产工艺水泥，特别是小型企业各项技术经济指标与国际先进水平存在巨大差距，有待我们以科学发展观与时俱进地继续完成建材工业结构调整、资源整合、科技创新、产业升级的历史重任。对企业而言，用科技创新的精神去挖掘生产设备的潜力，节能降耗，提高劳动生产率，降低生产成本，提高企业经济效益和市场竞争力。
???本文主要讨论国内现有几种中、小型回转窑烧成系统的技术改造问题。
一、中、小型干法回转窑烧成系统基本状况
???1．中空回转窑（一般指中空干法短窑）作为熟料的煅烧设备从生料进窑到熟料烧成出窑，窑内生料经历预热（水份蒸发、粘土脱水）（吸热反应）、分解（碳酸钙等分解）（强吸热反应）、烧成（多种熟料矿物的生成）（放热反应）和熟料冷却的过程。从传热学角度，窑内物料与燃烧气体按逆流原理进行传热，由于物料与热气体不密切接触，特别是预热和分解低温带主要靠气体与物料温差进行对流传热和窑衬与生料的传导传热，效率较低，窑内预热、分解带占窑长2/3以上，压缩了放热反应和烧成带，影响烧成能力的发挥，窑的单位有效容积产量仅为26~36kg/m3·h，产量低热耗高，窑系统热效率仅为20%左右。
???2．立筒预热器窑：
???针对以上低温带传热效率低的弊端，该窑型低温预热带和部分分解带用立筒式悬浮预热器装置替代，使生料粉在热气流中悬浮换热，因而接触面积大，传热速度快，热效率高。立筒预热器属“逆流传热”，本应传热效率高，但由于立筒内钵与钵之间物料凝聚往往成股塌落，分散度差，造成换热效果并不理想，从国内运行情况看，一般入窑生料表现分解率仅为30%左右，由于减轻窑的热负荷，窑产量有所提高，单位有效容积产量为35~61kg/m3·h，窑系统热效率仅为35%~42%左右。
???3．旋风预热器窑：
???NH型旋风预热器窑是根据引进技术装备经消化吸收、技术反求工程而开发的中、小型技术装备，在同规格窑型中各项技术指标亦居国内先进水平。但由于规模的原因各项技术指标与大、中型窑外分解窑相比尚有较大差距。
旋风预热器中生料在受热过程随气流同向运动属“顺流换热”，由于各级旋风预热器收尘效率高以及管道换热过程中物料分散极佳，接触面积大，传热速度快，热效率高，运行实践证明入窑生料表观分解率可达42%以上，进一步减轻窑的热负荷并有效提高了窑产量，单位有效容积达65~90kg/m3·h，窑系统热效率达42%以上。
???4．窑外分解窑：
???这种生产方法是在窑和预热器之间增设分解炉烧上第二把火，分解炉燃料比可达60%以上，以使入窑生料的表观分解率进一步稳定提高到90~95%，大大减轻窑的热负荷，大幅度提高了窑产量，单位有效容积可达140~200kg/m3·h，熟料热耗进一步降低，窑系统热效率随规模增大而提高，国际先进水平热效率可达60%以上。
预分解窑是当代水泥技术进步的先进标志，它把水泥工业带进现代化大生产的新时期。
二、技改采用新型干法烧成系统生产工艺主要技术特点
???1．预分解窑技术在配套技术装备已趋先进成熟的条件下，采用适度加大预热器、分解炉规格，增加分解炉燃煤比例，强化窑尾预烧能力，与提高回转窑操作转速实行薄料层快速烧成，使窑外分解生产技术提高到一个新水平，实现了优质、高产、节能的目的。
???2．采用在线喷腾+旋流型分解炉，燃料在富氧旋流三次风中迅速点燃并与生料在旋流+喷腾态混合气流中充分混合燃烧换热。本分解炉炉型简单，燃烧稳定，易于控制，不易结皮堵塞，产生NOX含量较低，能适应无烟煤燃烧。
???3．预热器系统采用高效、低阻、防堵的新型预热器，灵活、锁风的翻板阀和特殊结构的撒料装置，保证系统内气、料有效分散，管道换热充分和系统热效率高。入窑生料表观分解率达90~95%，有效降低了窑的热负荷。
???4．多通道煤粉燃烧器装置，强化风煤混合，加速煤粉燃烧，火焰调节灵活，燃煤适应性强，用风量少，具有提高窑产量和降低热耗的效果。
???5．采用新一代空气梁水平推动篦式冷却机，熟料快速冷却质量好，提高二、三次风温，有利于煤粉燃烧并节能。同时改善冷却空气在篦床上的分布，增加热回收量。延长篦板寿命，降低维修费用和稳定窑的操作，进而提高运转率。
???6．生料计量喂料系统采用以固体流量计，煤粉计量采用转子秤，组成带压力传感称重器、称重仓重量式计量喂料闭路调节系统，喂料均衡稳定，是稳定烧成热工制度的重要环节。
???7．煤磨利用窑头篦冷机余热进行烘干兼粉磨，工艺简单，节省燃煤消耗，也减少环境污染。
???8．窑尾和窑头废气处理选用新型高效电收尘或新型布袋收尘器，粉尘排放达到国家环保排放标准的要求。
三、介绍几种烧成系统技改方案
???▲φ2.7×42m?NH5－SP窑，建议改造成微增型管道分解窑。窑系统产量由300t/d提高到384t/d；熟料热耗由980kcal/kg降低到940kcal/kg。
???1．技改范围：生料入窑、熟料烧成、废气处理、煤磨、熟料输送入库。工艺、土建、电气、自动化等专业。
???2．技改主要内容：
????（1）将原窑尾上升烟道改造成微型增管道分解炉，炉、窑燃料比为0.3：0.7。
????（2）回转窑作提速增容改造。
????（3）单筒冷却机酌情加空气淬冷篦床为复式冷却机。
????（4）更换窑尾高温风机。
????（5）煤粉制备增加原煤细碎机。
????（6）增加一套煤粉喂料计量输送系统（分解炉用）。
????（7）生料入窑系统、废气处理及熟料输送等酌情局部改造。
???技改后年新增熟料约2.6万吨，节约标准煤680吨，企业劳动生产率提高约100吨/人·年左右，降低产品成本，提高经济效益，投资省，见效快。
???3．技改建设投资：150~200万元，折合新增熟料吨投资：60~80元。
???4．技改投资回收期：≤2年。
???5．技改停产周期：约2个月。
???▲φ3.0m?立筒预热器窑，建议改造成窑外分解窑。窑系统产量由310t/d提高到1000t/d；熟料热耗由1150kcal/kg降低到850kcal/kg。
???1．技改范围：生料入窑、熟料烧成、废气处理、煤磨、熟料输送入库。工艺、土建、电气、自动化等专业。
???2．技改主要内容：
????（1）将原窑尾立筒预热器系统改造成新型干法窑外分解系统。
????（2）回转窑作提速增容改造，更换窑头罩，增加三次风管。
????（3）改单筒冷却机为篦冷机及熟料输送系统改造。
????（4）更换窑尾高温风机。
????（5）更换窑尾电收尘器，原窑尾电收尘移作窑头扩容改造利用。
????（6）煤粉制备增加原煤细碎，改用动态选粉机，袋收尘器扩容改造。
????（7）增加煤粉仓、煤粉计量喂料系统（分解炉用），原有喂煤计量系统酌情局部改造。
?????3．技改建设投资：2700~2900万元，折合新增熟料吨投资：131~141元。
?????4．技改投资回收期：2.5年。
?????5．技改停产周期：约5个月。
????▲φ3.2×52m?NH5－SP窑，建议改造成1200t/d新型干法窑外分解窑。窑系统产量由600t/d提高到1200t/d；熟料热耗由950kcal/kg降低到830kcal/kg。
?????1．技改范围：生料入窑、熟料烧成、废气处理、煤磨、熟料输送入库。工艺、土建、电气、自动化等专业。
????（8）生料入窑系统、增湿塔等酌情改造。
??????技改后年新增熟料约20.6万吨，节约标准煤12090吨，企业劳动生产率提高2倍，有效降低产品成本，显著提高企业经济效益和市场竞争能力。
?????2．技改主要内容：
????（1）窑尾旋风预热器系统改造成新型干法窑外分解系统。
????（2）回转窑作提速增容改造，更换窑头罩，增加三次风管。
????（3）改单筒冷却机为篦式冷却机及熟料输送系统改造。
????（4）更换窑尾高温风机。
????（5）更换窑尾电收尘器，原窑尾电收尘移作窑头扩容改造利用。
????（6）煤粉制备增加原煤细碎，改用动态选粉机，袋收尘器扩容改造。
????（7）增加煤粉仓、煤粉计量、喂料、输送系统（分解炉用）。
????（8）生料入窑系统、增湿塔等酌情改造。
?????技改后年新增熟料约18.6万吨，节约标准煤6700吨，企业劳动生产率提高1倍，有效降低产品成本，显著提高企业经济效益和市场竞争能力。
?????3．技改建设投资：2900~3100万元，折合新增熟料吨投资：156~167元。
????4．技改投资回收期：3.5年。
????5．技改停产周期：约5个月。
四、中、小型回转窑烧成系统技改（新建）方案及部分技术经济指标比较（见表一）
注：1、窑系统热效率是单位熟料理论形成热与系统实际热耗之比。
????????2、单位有效容积产量是衡量窑生产能力的参考指标。
????由表一可见：
????1．窑规格相同，随着窑型的不同(依次为中空－立筒－旋风－窑外分解)，单位有效容积产量或台时产量有明显提高，窑热效率和劳动生产率不断提高，熟料煤耗和生产成本逐步降低。
????2．窑型相同，随窑规格加大，单位有效容积产量或台时产量有明显提高，窑热效率有所提高，劳动生产率有大幅度提升，熟料煤耗和生产成本逐步降低。
五、结束语
????1．φ2.5m左右预热器窑系统由于规格和操作运行等原因，在技改原则上建议加微增型管道分解炉，烧煤30%左右，增产25~30%，各项技术经济指标均有改善，生产工艺和操作运行管理较简单，投资省，见效快。
????2．φ3.0~3.2m回转窑系统建议改为1000~1200t/d窑外分解窑，增产节能幅度大，劳动生产率等各项技术经济指标提高显著，有效降低产品成本，提高企业的经济效率和市场竞争能力。
????3．φ3.5~4.0m日产1500t/d和2500t/d，规格越大，窑单位有效容积产量越高，单位产品设备重量轻，投资省。产品综合能耗明显降低，系统热效率达53~56%以上，劳动生产率等各项技术经济指标均能达到国内同类窑型的先进水平。
1500t/d水泥生产线估算建设投资：0.8~1.0亿元，折合水泥吨投资：164~182元。
2500t/d水泥生产线估算建设投资：1.4~1.6亿元，折合水泥吨投资：176~198元。
?????这些都是地方中、小型水泥企业新建工程的优选方案。 |
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