圖1 復合式密封裝置
 
　　根據我們的測算，國內運行中的各種規模的回轉窯，其窯頭和窯尾密封處總的漏風量平均在15%左右。而我公司開發的復合式密封裝置，其漏風量≤2%，當回轉窯兩端密封均采用復合式密封時，總的漏風量≤4%。雖然通過我們的努力，在全國已經改造了400多條生產線，但據估計目前還有90%的生產線、大約2.8億噸的熟料生產能力并沒有應用這一先進的技術，依然采用的是傳統方式的密封。如果這些生產線全部改造成復合式密封，回轉窯系統的總漏風量還可以下降11%。根據熱工計算結果，全國每年節省的標準煤為76.6萬噸，節省電耗3.07億kwh，每年創造的利潤總額在5億元以上。

　　回轉窯的規格——用較小的規格可以獲得更高的產量
　　我公司優化后的設計方案，無論是對正在運行中的工廠，或是新建工程而言，可以用較小直徑和較短長度的回轉窯獲得更高的產量，對生產工藝、設備運行、節省投資費用等方面均有利，且筒體散熱量在熟料熱耗構成中減小，熱耗降低。

　　回轉窯的直徑
　　要想挖掘新型干法窯的產量，我們只需分析出新型干法窯的發熱能力還有多大潛力，就可得出準確結論。在衡量窯的發熱能力時，我們經常引用的是燒成帶截面熱負荷這一參數，因為該參數僅與回轉窯有效直徑存在函數關系，簡單直觀。

　　目前正在運行中的絕大多數新型干法窯，其截面熱負荷與同規格的濕法窯、余熱發電窯、預熱器窯等燒成帶的截面熱負荷相比，反倒是明顯偏小的，因此提高窯的截面熱負荷，大幅度提高新型干法窯的產量是有很大空間的。對新建工程而言，當生產線建設規模已經確定后，回轉窯的直徑可以比傳統的設計方案小。產量提高的原理以及各種窯徑的回轉窯提產后的目標產量可以參見筆者在《中國水泥》2004年第四期發表的有關文章。

　　用小規格的窯獲得高產量這一設計方案已在某些規格的窯徑上得以應用，如我公司設計的SL水泥廠改造項目，φ3.0×48m回轉窯的月均熟料產量可達1380t/d，最高日產量可達1500t/d以上；又如我公司設計的FX水泥廠改造項目，φ2.5×43m回轉窯的月均熟料產量可以達到650t/d，最高日產量可達720t/d以上。

　　回轉窯的長度
　　雖然國內長徑比在10～12.5之間的超短回轉窯應用由來以久，但還很不普及。到目前為止投產的新型干法窯，絕大多數的長徑比依然較高，在14～16.5之間，支撐為三檔。

　　1.2.2.1  長度較長的回轉窯生產工藝和設備運行特點
　　長度較長的新型干法窯，燒成帶距離窯頭端部較近，而其窯尾端部溫度一般在1000℃左右甚至更高，因此剛剛分解入窯后的CaO具有很高的活性，非常容易和SiO₂快速形成活性同樣很高的C₂S，而高活性的C2S和剩余的高活性的游離CaO如果此時能快速運動到燒成帶，在高溫的作用下非常容易形成優質的C₃S礦物。當窯的長度較長時，物料需要在過渡帶運動較長時間到燒成帶，C₂S和游離CaO的活性降低很多，反到對C₃S的形成帶來不利影響，影響熟料質量。

　　從設備運轉角度來看，三檔窯屬于靜不定結構，無論如何調整托輪，也難以保證回轉窯在回轉過程中各輪帶與托輪受力均勻。三檔窯不易克服筒體彎曲、變形等對設備運轉帶來的不利影響，并且對耐火磚使用壽命影響也很大，且傳動裝置電機功率高。

　　從投資角度看，長徑比較高的回轉窯生產線，設備、三次風管、耐火材料投資也較高。

　　1.2.2.2  逐步推廣短窯煅燒技術，節能降耗
　　由于與回轉窯相配套的預熱分解系統、冷卻系統、燃燒系統、密封系統、計量和自動控制系統等技術水平的大幅度提高，科研、設計人員對系統進行個性化設計水平的提高，生產人員對新型干法技術的不斷掌握和提高，我們已經能靈活自如地控制入窯生料的分解率達到95%乃至更高，有能力在窯尾系統適當提高生料的入窯溫度，因此我們認為推廣短窯煅燒技術條件已經成熟。

　　目前我公司正在承擔HY水泥廠的技改工程施工圖設計，回轉窯規格為φ2.8×35m，為兩檔支撐回轉窯，設計產量為900t/d，實際產量有望超過1000t/d。實踐效果如何，我們在試目以待。

　　1.2.3  優化減小回轉窯規格的意義
　　用較小規格的回轉窯實現較高的產量，我們認為有如下兩點意義：一是對于已經投產的回轉窯，繼續挖掘生產潛力，提高產量，降低熱耗、電耗；二是對于新建工程，在滿足業主對建設規模要求的前提下，把回轉窯規格減小。例如對于日產10 000t熟料的生產線，目前的回轉窯規格是φ6.0×95m。通過我們對新型干法窯產量的推導，未來通過應用新技術，可能采用φ5.2×60m的回轉窯就能實現，這樣一來從設備制作、運輸、安裝、系統造價、運轉率、能耗、電耗等方面都會帶來十分有利的一面。

　　2  冷卻機系統
　　2.1 復合式的冷卻系統——對老生產線單筒冷卻機改造的理想方案
　　我公司在國內外首創的復合式冷卻機是在回轉窯生產線技術改造的基礎上發展起來的最新熟料冷卻專利技術，目前該項技術在國內五十多條生產線得以成功運用。對于采用單筒冷卻機的生產線，改造后可以提高入窯的二次風溫，入爐的三次風溫，降低熱耗。此外復合式冷卻機幾乎吸收了篦式冷卻機的各項優點，但電耗只有篦式冷卻系統的50%左右。

圖2 SFL-FB型復合式冷卻機

 　　2.1.1  結構型式
　　復合式冷卻機結合了篦式冷卻機和單筒冷卻機各自的優點，主要結構是采用一段錯流換熱篦床，通過復合式的密封裝置與單筒冷卻機連接，即復合式冷卻機是由篦冷機段和單冷機段兩部分組成。篦冷機段采用防漏料篦板、防紅河篦板、防雪人篦板、不漏料技術等全新的專利技術設計，以及與其它篦式冷卻機不同的設計思路，同時在單冷機段采用最新開發的新型單筒冷卻技術，主要特點是采用新型揚料板，通過對揚料板布置、筒體斜度、轉速等各種參數的合理設計，使復合式冷卻機達到換熱效率高、運轉率高、使用安全可靠的效果。

　　2.1.2  工藝原理
　　從工藝角度來看，篦式冷卻機的主要優點體現在它的高溫區，該區熟料呈撒落和堆積態，冷空氣與高溫熟料之間的溫差大，換熱效率和速率均很高，篦床單位長度降溫梯度大，可以實現熟料的急冷，并對出窯熟料熱量進行回收，提高二次風和三次風的溫度；篦冷機的主要缺點體現在它的中低溫區，雖然篦床面積遠大于高溫區，但僅是用于熟料的冷卻，回收的熱量隨著空氣排出冷卻系統外，而且由于該區熟料表面溫度降低，與冷空氣之間的熱交換動力減弱，熟料完全呈堆積狀態，熟料內部導熱過程主導冷卻速率，只有靠大量的冷空氣來冷卻才能保證出窯熟料溫度的降低，因此增加了冷卻機篦床面積、風機和余風排出設施的投資，并增加了電耗。

　　單筒冷卻機的主要優點體現在它的中低溫區，該區不用砌筑耐火材料，通過采用新型揚料板結構、合理的揚料板布置形式以及合理的筒體斜度、轉速，可以提高熟料的懸空率，延長熟料停留換熱時間，熟料內部向外導熱時間充足，與單冷機出料端自然進入（不需強制鼓入）的冷空氣進行換熱的效率高，且經此區加熱后的空氣繼續送往窯頭作二次風和三次風，而不是排出系統外，使得該區熱回收效率高于篦冷機；單冷機的主要缺點體現在高溫區，該區為不帶揚料板的耐火材料區，揚料效果差，熟料呈堆積態，由冷卻機熟料出料端進入的冷風到此區已經過換熱升溫，與熟料溫差小，熱交換效率低，熱交換速率低，二次風溫和三次風溫低，不能實現熟料的急冷。復合式冷卻機則結合了篦式冷卻機和單筒冷卻機的各自優勢，出窯高溫熟料首先落入篦冷機段，通過該段強制鼓入的冷空氣實現急冷，并回收大量的熱量來提高入窯二次風溫和入爐三次風溫。急冷后的熟料再落入單冷機段，在回轉的筒體內以反復拋起、撒落的狀態與自然進入的冷空氣進行熱交換，進而使復合式冷卻機的熱效率高于其它冷卻形式，而具有更好的節能效果。

　　2.2 不漏料篦式冷卻系統——比第三代篦冷機更加節能節電的冷卻系統
　　我公司開發成功了具有自主知識產權的不漏料篦式冷卻系統。這種冷卻機的特點是全部篦板為固定式，在冷卻機運轉過程中不運動，只負責向熟料供應冷卻用風，而推動熟料運動的任務則全部由埋入熟料中的若干個棒式推動部件完成。由于篦冷機內沒有活動篦板，因此不會產生越磨越大的間隙，造成熟料的泄漏，大大簡化了篦下的結構形式。從生產效果來看，這種冷卻機明顯提高了熟料冷卻效率，降低了熟料熱耗，降低了冷卻風機和排風機的電耗，運轉率高，維護量少，節能效果顯著。
該種冷卻機還有一個顯著的特點，就是可以很方便地實現篦床面積的擴大，因此當已經投產后的生產線，想通過技術手段使熟料產量提高時，或想進一步降低熟料出料溫度時，改造起來非常容易。此外，由于該種篦冷機布置高差低，無灰斗、鎖風閥、拉鏈機等，對第三代篦冷機的改造也非常地方便，可以在基本不用改動原有篦冷機的前提下，在出料端增加一小段不漏料的篦冷機，并適當改造鼓風和余風排出系統。

　　目前我公司開發的不漏料式篦冷機，已在HJS、JQ、HL、XL等四個工廠的冷卻機改造中成功投產運用，規模為600t/d～1 500t/d，并正在為HY廠制造一臺1 000t/d完整的不漏料式冷卻機。

                                圖3  不漏料篦式冷卻機

　　3  預熱分解系統
　　預熱分解系統是個懸浮換熱系統，不同工廠原燃材料、地理條件、氣候條件均不相同，因此要求預熱分解系統必須要進行個性化設計，不能盲目地照搬照抄圖紙。

　　3.1  對適應生料放粗進行針對性設計
　　我公司開發的預熱器系統，可以針對生料放粗進行針對性設計。同時我們根據放粗后的生料粒度分布情況，確定預熱器各部位的合理風速，然后再確定各部位的有效尺寸。優化后的個性化預熱器可以取得如下效果：

　　（1）生料放粗后，生料粉磨系統產量提高，電耗下降；

　　（2）針對生料放粗后的粒度分布，確定上升管道的合理結構，使生料粉在上升管道中有效分級，粗的生料粉運動減緩，生料換熱充分，熱耗降低；

　　（3）根據生料放粗后的物理性質，團聚效應減少，灰花數量減少，使生料在上升管道中更易分散、懸浮，和熱煙氣接觸面積大，熱耗降低；

　　（4）預熱器對粒度較粗的生料粉捕捉能力強，分離效率高，減少預熱器系統內的內循環量，減少頂級預熱器飛灰量，并使預熱分解好的生料盡快入窯，熱耗降低；

　　3.2  降低預熱器阻力的關鍵措施
　　預熱器阻力決定了窯尾高溫風機的耗電量。影響預熱器阻力的因素很多，降阻的措施也很多，設計時是否要把預熱器變成各種降阻措施的“博覽會”，我們認為要慎重，應用不當可能會適得其反。我們認為降阻的關鍵是優化預熱器系統的工藝參數，工藝參數的關鍵是蝸殼、內筒結構及尺寸的優化。當上述參數設計合理時，可不用過多地依賴其它部件，免得變形、損壞、脫落，影響生產。但對于改造工程而言，如果預熱器結構形式很陳舊，且不能進行大的改造時，應用導流板、整流降阻器等是個很好的措施。我公司設計的預熱器系統的主要減阻措施是：

　　（1）以不過分減弱進口旋轉動量矩為原則，降低進口風速和出口風速；

　　（2）研究內筒直徑對分離效率和阻力的影響，在分離效率不明顯降低時盡量擴大內筒直徑；

　　（3）研究內筒插入深度對分離效率和阻力影響，在分離效率不明顯降低時縮短內筒插入深度。

　　3.3  提高分離效率的關鍵措施
　　預熱器分離效率的高低，對系統熱量回收，控制廢氣和飛灰帶走熱量有明顯影響。影響預熱器分離效率的因素很多，我公司設計的預熱器系統提高分離效率的主要措施是：

　　（1）預熱器長徑比合理，避免旋轉氣流的尾渦引起分離后的生料粉二次飛揚；

　　（2）大包角、大偏心距的蝸殼結構，合理增加蝸殼的回轉半徑，使進口風速降低后，仍能達到較高的旋轉動量矩，使低阻力和高效率得以兼顧；

　　（3）內筒直徑、進口風速嚴格控制上限，減少生料粉短路的機會，減少生料粉的二次飛揚。

　　3.4  應用小直徑高截面風速預熱器
　　近幾年我公司設計的預熱器全部為高截面風速設計，風速值遠遠超過了傳統的設計參數，預熱器占地面積和體積均小，預熱器表面積減小，散熱量降低，熱耗降低。設備規格減小后，布置更加緊湊，土建建筑面積小，設備、耐火材料、土建投資都得以降低。

　　理論研究和實踐均得到相同的結論，通過對蝸殼和內筒的結構參數優化后，高截面風速的預熱器同樣可以達到低阻力高分離效率的效果。還以我公司設計的SL水泥廠改造項目為例，φ3.0×48m回轉窯的月均熟料產量達到1 380t/d，最高時達到1 500t/d，但其二、三、四、五級預熱器的有效直徑與國內某些700t/d的新型干法窯預熱器規格相當。

　　3.5  加強系統的密閉堵漏
　　預分解系統的漏風主要有外漏風和內漏風。外漏風會帶來系統熱耗的增加，以及高溫排風機電耗的增加。外漏風主要部位是檢查門、捅料孔、法蘭、熱工檢測孔等處的漏風。內漏風主要是由于鎖風閥型式簡單、或生產中變形損壞，動作不靈，使下級熱風經下料管直接竄入上級預熱器。當系統內漏風比較嚴重時，預熱器系統的分離效率顯著降低，生料粉會隨氣流由內筒和上升管道回到上一級預熱器，物料內循環量大，預熱器出口煙氣溫度升高，熱耗加大。加強密閉堵漏的主要技術措施有：

　　（1）采用鎖風效果好的卸料鎖風閥
　　我公司開發了兩種效果好的卸料鎖風閥，分別是：①、無缺口料管鎖風單板閥，軸板采用箱外無滾珠滑動軸承，具有密封性能好、使用壽命長、自動卸料靈活等特點；②、具有熱脹補償結構的雙翻板閃動閥，防止由于受熱變形及膨脹導致鎖風閥的工作失靈的特點。

     圖4 單翻板鎖風卸料閥                         

圖5 雙翻板鎖風卸料閥

 　　（2）設計中應盡可能將法蘭聯接方式改為焊接方式，生產中確有必要進行更換時，采用一次割除再一次性焊死的聯接方法很方便，可以避免因長期漏風對系統工藝的影響，其長期效益非常大；設計中還要認真設計各種檢修門、捅料孔等設備開孔的位置和數量，位置應合理有效，盡可能兼顧更廣的檢修和處理范圍，以減少開孔的數量；此外設計中在可能需要開孔的部位可以進行預留，在生產實踐中證實確有必要時再開孔；

　　（3）安裝和砌筑：應嚴格按照安裝、砌筑等規范進行施工。重點檢查是否存在漏焊或焊接質量缺陷，聯接部位的密封能否保證氣密性，耐火澆注料灌注孔是否封閉，耐火材料砌筑質量是否合格等。

　　（4）生產：要注意對各種密閉鎖風設備的檢查和維護，保證設備經常處于良好狀態，發揮有效作用；生產中要避免在設備和聯接管道上隨意開孔，例如一些工廠因粘結堵塞等問題而先后在預熱器、分解爐等設備上開設大量檢查門、捅料孔等，這種“頭疼醫頭、腳疼醫腳”的作法，會漏入系統更多的冷風，反倒使系統更易粘結堵塞，形成惡性循環，并影響各項生產技術指標，尤其是熱耗和電耗。