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前我公司现有两条2300t/d的预分解窑系统是上世纪80年代天津院设计的。初始设计产量为2000t/d，烧成系统回转窑规格准4m×60m，带四级旋风预热器和RSP型分解炉。2000年开始先后将两条线改造成2300t/d生产线，生产情况良好。但从2006年开始2号窑频繁出现系统塌料，严重制约了生产的正常进行。通过查找原因、采取措施，2号窑自2007年初检修完投料后，分解炉塌料问题已基本解决。 1 塌料现象
2006年1月18号中修点火后，2号窑连续几个月在烟室入分解炉出口处出现塌料现象。
（1）不定时的大塌料。没有规律性，塌料量较多，塌料时会导致窑尾烟室及分解炉出口负压突然大幅度升高。系统温控紊乱，调节喂煤量无济于事。每次持续时间在2～5min不等，塌料量约2～3t。塌料时生料会直冲窑头。窑头冲料使窑内排风受阻，燃烧器回火；回火时整个窑前火焰弥漫，充满窑头罩。严重时火焰会冲出窑门，造成设备和人员伤害。
（2）有规律经常性塌料。导致分解炉内煤粉不能完全燃烧，在出分解炉出口入C4级预热器管道内继续燃烧，分解炉出口温度和C4级筒入口温度倒挂。煤粉的不完全燃烧，导致分解炉喂煤量增加。煤粉卷入C4级筒，C4级筒下料管物料温度高达750～850℃。造成窑尾烟室经常积料结皮。未燃尽煤粉混同生料落人窑尾，造成窑尾煤粉灰周期性富集，在窑尾大齿轮前后，与生料粘结成圈。结圈频率高时，一天甚至一个班就会造成结圈。其长度有时甚至能达到2m~4m。结圈处筒体温度在60~90℃之间。
（3）持续不断地轻微塌料。导致窑尾烟室负压、分解炉出口负压连续不断地波动。虽然分解炉出口温度及C4级筒下料管料温显示正常，但检测人窑物料分解率出现倒挂现象（取样点分别在C4级筒下料管及窑尾斜坡）（见表1），窑前仍然经常窜料烧生。窑内还原气氛浓，出窑熟料几乎全是黄心料，熟料结粒粗大，fCaO一直偏高不下。
表1 不同投料量入窑物料分解率对比
| 投料量（t/h） | 156 | 150 | 140 |
| C4级筒下料管分解率（%） | 89.5 | 95.6 | 98.4 |
| 窑尾斜坡分解率（%） | 86.7 | 93.7 | 96.5 |
2 塌料原因
2.1预热及分解系统结构缺陷
（1）烟室缩口、斜烟道的尺寸过大。1号窑原缩口尺寸为1.5m×1.5m，斜烟道尺寸为4m×2.6m，尺寸过大造成风速过低而引起塌料。
（2）各级旋风筒入口处有平台构造及分解炉连接风管进C4旋风筒处有最长距离为4.5m的水平管段。很易沉积物料，当积到一定量时，成股落入旋风筒，此处再重新积料，如此循环。落入旋风筒的成股料会逐级短路下落，产生塌料。
（3）C3级、C4级旋风筒挂板多数已损坏，几次检修又没有及时恢复，造成C3级、C4级筒分离效率偏小，内循环物料过大，引起循环富集，带来周期性塌料。
2.2 设备制造质量及使用过程造成隐患
（1）喂料系统。指令不能及时跟踪或波动过大。这是由于喂料核子秤失灵及均化库库侧阀卡异物造成中间仓仓重失控等原因造成的，当喂料过多超出设定值时，极易造成系统塌料。
（2）喂煤系统。存在波动较大，跑煤、断煤现象。特别是分解炉喂煤系统，波动现象更为严重，最大波动范围甚至达到±1～2t/h，当喂煤长时间下限波动时，没有及时调整，会造成系统温度过低导致塌料。
（3）撒料装置。本系统在C3级筒下料管入分解炉SC室处设有撒料装置，每处各有四根撒料棒。生产中对撒料装置的重要性认识不够，撒料棒磨损后未能及时恢复，造成不能有效分散从C3级旋风筒下来的成股物料，当分解炉风速稍低时，就有可能托不住而下冲成料股，使之直接冲入窑内，造成塌料。
（4）锁风阀。C3级筒、C4级筒锁风阀闪动不灵活，锁风效果较差，在旋风筒间产生内漏风现象，使旋风筒分离效率下降，一部分物料随气流进入上一级旋风筒，一部分在旋风简内循环积聚，积到一定量时，成股卸出旋风筒，致使下面各级旋风筒及风管不能很好分散，导致系统塌料。
（5）三次风阀。正常生产时三次风阀开度是可以调整的，若三次风用量过大就会造成窑尾烟室缩口风量减少，风速降低，不能将物料全部由混合室带入C4级筒，从而造成塌料。表2列出了三次风阀开度与系统压力的简单对应关系。
表2 三次风阀开度与系统压力关系
| 三次风阀开度（%） | 窑尾压力（Pa） | 入炉三次风压力（Pa） |
| 45 | -135~-150 | -260~-340 |
| 40 | -190~-230 | -360~-450 |
| 35 | -290~-340 | -470~-550 |
2.3 窑尾余热发电系统的影响
本系统在C1级旋风筒和高温风机之间设有利用余热发电的SP1炉，SP1炉本身带有吹灰系统，每两小时吹灰一次，每次吹灰3~5min。炉内挂灰严重，影响系统拉风，当系统吹灰时，窑灰落入高温风机，造成高温风机电流上升20~40A，转速下降60~80r/min，C1级筒出口负压（绝对值）下降300~400Pa，系统压力瞬间下降，会导致塌料现象的发生。
2.4 操作人员技术水平限制
初始点火投料时，最容易发生系统大塌料。造成窑内窜生料，主要是由于操作员水平限制导致误操作，没有很好地把握加料幅度及系统风量调节。
3 解决措施
3.1检修喂料、喂煤系统
利用系统检修机会，对喂料系统库侧阀、称重仓流量阀、核子秤及均化库底罗茨风机等进行检查修复，保证喂料的稳定性。避免计量失真，喂料不稳、料量大小无法控制，回转窑速与喂料量同步比例失调。检查修复了喂煤管道、煤磨罗茨风机及富勒泵，保证设备的正常运转，稳定喂煤。以上措施，使因设备导致的不定时塌料问题基本得到解决。
3.2改造分解炉系统
恢复撒料棒、内筒挂板及修复各级下料管锁风阀，解决系统有规律的经常性塌料。
（1）斜烟道尺寸由4m×2.6m改为3.6m×2.2m。
（2）烟室缩口尺寸由1.5m×1.5m改为1.35m×1.45m。
（3）恢复C3级下料管处撒料装置，保证物料分散均匀，避免成股下冲。
（4）恢复C3级、C4级内筒挂板，提高分离效率，避免旋风筒内物料富集。
（5）对各级翻板阀逐一进行排查处理，保证各级翻板阀翻动灵活。C3、C4级筒翻板阀的阀板由于高温膨胀摩擦内衬，闪动不灵活，作了及时处理。
（6）在分解炉入C4级筒平管道处增设空气炮并加开捅料孔，及时清理平管道处积灰。
3.3加强窑内通风
为确保窑内通风与三次风恰当匹配，保证窑内合理通风，操作中注意随时调节三次风阀位，选取最佳平衡点，杜绝了持续塌料的继续发生。
3.4 SP1炉维护
清理、密封SP1炉，更换高温风机叶轮，SP1炉吹灰由2h一次改为1h一次。通过以上措施加大系统拉风量，减少SP1炉对分解炉系统造成的压力损失（见表3）。
表3 检修前后系统压力变化
| 项目 | C1级出口压力（Pa） | 高温风机入口压力（Pa） | 压差（Pa） |
| 检修前 | 5200 | 7200 | 2000 |
| 检修后 | 5700 | 6900 | 1200 |
3.5加强操作管理
分解炉规律性塌料前，C3级翻板阀即大幅度动作。进一步观察发现，塌料主要是因C3级筒内冲下的大股料造成。这些大料的产生，主要是翻板阀内漏窜风、动作不灵，操作中拉风大、投料少，物料在筒内逐渐堆积形成。随之调整操作，采取保持窑系统适度拉风、加大喂料、排风随喂料同步调节的操作方法，解决了正常生产中的规律性塌料问题。
初始点火投料时应尽快跳过低产量的塌料危险区。预分解窑约60%的燃料量在分解炉内燃烧。一般人窑生料温度可达830～850℃，分解率达90%以上。这就为快转窑、薄料层、较长火焰煅烧熟料创造有利条件。因此，在窑皮较完整的情况下，窑开始喂料的起点值应该比较高，一般不低于设计产量的60%。以后逐步增加喂料量，但应尽量避免拖延低喂料量的运行时间。在喂料量逐渐增加的阶段，关键要掌握好风、煤、料和窑速之间的关系。操作步骤应该是先提风后加煤，先提窑速再加料。初期加料幅度可适当大些，喂料量达80%以后适当减缓。在窑皮正常的情况下，从开始喂料到最高产量，一般都能在1h以内完成。
4 预防措施
（1）确保煤粉质量，细度<10%，水分<2%，防止水分过大，细度跑粗。合理使用热风，控制原煤水分及灰分，确保煤粉质量稳定，防止未燃尽的煤粉落入窑尾烟室下料斜坡及管道水平处粘结。
（2）窑系统正常，特别是高温风机，严禁跳闸、断电等突然事故的发生，避免预热器管道积料结堵。
（3）及时清理窑尾下料斜坡。用高压水枪清理烟室斜坡，防止结堵，影响通风，造成分解炉缩口处风力不足。
（4）停窑检修时打开清理管道水平处积灰，但在正常生产时要保持密封，不能打开，防止冷风直接进入导致系统风短路，造成人为塌料言
水泥基材料以其优良的工程性能和相对低廉的生产成本成为各类建筑工程最主要的建筑材料。但在水泥材料的生产过程中却存在着一个不容忽视的问题，即水泥熟料的生产对自然资源和能源的严重消耗与温室气体的大量排放。即使以预分解窑生产线采集的统计数据仍然表明，目前我国每生产lt水泥熟料要消耗1.58～1.62t生料，0.10～0.12t标准煤，排放约1t二氧化碳(CO2)。因此，水泥工业这种以自然资源和能源的大量消耗作为其发展模式的生产方式，在经济快速发展的今天必然受到不可再生资源、能源短缺和环境保护压力的冲击。因此，水泥工业应采取怎样的措施以显著提高能源的利用率。并使自身逐步成为循环经济产业的重点，就具有深刻的现实意义和历史意义。
1 检测数据
表1至表3是作者近几年对若干不同生产工艺，不同生产规模水泥熟料生产线进行的热工性能检测数据。其中#GZBl为带料浆过滤机湿法生产工艺，入窑料浆水分为20．25％，SDWC、#HXYD1和GZYB均为窑外分解干法生产工艺，入窑生料水分均在1％以内。
2 节能途径分析
对表1至表3中列出的4个水泥生产厂家熟料生产线相同项目的检测数据进行比较分析，我们可以认识到，在节能降耗工作上，以下几个方面应当做为工作的重点。
表1 不同规模生产线主要技术指标
| 厂家 | 旋窑规格 | 设计产能 | 标定产能 | 实际料耗 | 实际熟料热耗 | 每kg熟料系统表面散热/kJ | 每kg熟料蒸发水分耗热/kJ |
| m | (t·d-1) | (t·d-1) | (kg·kg-1) | (kg·kg-1) |
| #GZBl SDWC #HXYD1 GZYB | Φ4.0/3.5/4.0×145 Φ4.0×60 Φ4.3×60 Φ5.2×70 | 816.0 2500.0 3200.0 6000.0 | 878.4 2814.2 3768.2 6889.9 | 1.651 1.628 1.622 1.595 | 5191.79 3076 3185 2856 | 1165.68 293.03 325.23 248.04 | 922.38 12.98 50.01 44.85 |
| 厂家 | 系统热效率 | 冷却机热效率 | 入窑物料表观分解率 | 标况下每kg熟料冷却风量 | C1出口废气量 | C1出口废气含尘浓度 | 窑容积产量 |
| ％ | (m3·kg-1) | (kg·kg-1) | (kg·kg-1) | (kg·m-3·h-1) |
| #GZBl SDWC #HXYD1 GZYB | 34.20 57.58 54.16 57.92 | 64.29 71.94 71.27 63.10 | 0.00 97.35 95.80 98.42 | 2.85 1.99 1.82 1.84 | 3.1922☆ 1.9031 1.8089 1.8828 | 0.1662☆ 0.1112 0.1150 0.0493 | 27.77 200.82 230.86 230.48 |
☆为窑尾烟室的烟气量与烟气含尘
表2 每kg熟料系统表面散热分解 (kJ/kg)
| 厂家 | 冷却机 | 回转窑 | 分解炉 | 三次风管 | C5筒 | C4筒 | C3筒 | C2筒 | C1筒 |
| #GZBl SDWC #HXYD1 GZYB☆ | 13.46 3.51 4.69 4.44 | 1152.22 170.02 153.65 134.53 | 41.01 52.04 19.23 | 14.61 19.11 13.59 | 14.95 23.03 15.34 | 16.32 19.61 18.46 | 10.12 15.50 11.41 | 4.31 12.03 10.92 | 18.17 25.58 20.11 |
☆GZYB窑尾为双系列预热器
表3 每kg熟料系统料流散热详解
| 厂家 | 出冷却机熟料 | 冷却机余风 | C1筒出口废气 | C1筒出口废气含尘 | 系统漏风 |
| 温度 | 热量 | 温度 | 热量 | 温度 | 热量 | 温度 | 热量 | (kg·kg-1) |
| #GZBl SDWC #HXYD1 GZYB | 53 127 138 118 | 40.02 100.75 110.20 92.71 | 173 240 290 369 | 315.91 380.39 383.54 611.32 | 182☆ 302 337 313 | 618.92 600.28 606.66 569.04 | 182☆ 320 337 313 | 26.32 29.49 34.65 13.71 | 0.3790 0.0949 0.1616 0.1047 |
(1)温度单位,℃；热量单位,kJ/kg。(2)☆ 为窑尾烟室的废气与含尘温度。
2．1 更新陈旧的工艺设备
#GZBl窑与SDWC生产线的对比数据说明，在旋窑的规格(直径)相当的情况下，采用预分解窑生产工艺，窑的生产能力净增了200％以上，窑的容积产量由 27.77kg／(m3·h)大幅度提高到200.82kg／(m3·h)，单位热耗则减少了40％以上，系统热效率由34．20％提高到57.38％。其原因在于：
一是干法生产入窑物耗的水分均在1％以下，蒸发水分耗热支出大幅度减少。
二是改变了热传递的状态。在湿法窑及传统的干法窑中，物料的预热及分解过程是在堆积状态下进行的，而在预分解窑系统中，这一过程则是在悬浮状态下进行的。有研究资料[1]表明，物料在悬浮状态下与热气流充分接触时，其传热面积比在回转窑内成千倍地增加，传热速率大大加快，使在窑内堆积状态下约需1 h的预热升温与部分分解过程在悬浮状态下仅需约30s就可完成，即使经分解炉进一步换热后，使入窑物料达到90％以上表现分解率所需的时间也在60s以内。
三是在预分解系统中，物料颗粒处在悬浮状态，颗粒间缺少紧密接触的条件，致使新生态的CaO难以与其它矿物组分发生固相反应，这种高度分解的高温生料入窑后进入堆积状态，各矿物颗粒间发生紧密接触使固相反应多点发生，迅速进行从而形成一个比较集中的固相反应带，其反应放热有利于物料的进一步升温烧结而得到有效利用。
2．2 主机设备的大型化与辅助设备能力的配套
表1中数据表明，预分解生产线的产能随着旋窑规格的大型化而显著提高，当旋窑规格由Φ4.0m升高到Φ5．2m时，产能提高了1倍以上，单位热耗也由约3100kJ/kg降低至2850kJ/kg左右。窑的容积产量与系统热效率相对稳定。其中#HXYDl线的热耗偏高的原因在于其实际产量较设计产能大幅提高17％以上后，系统表面温度偏高及冷却机生产能力不匹配导致出机熟料温度偏高所至。这说明挖掘系统的生产能力一定要与系统各辅机设备的生产能力相匹配，既合理提产以保证能耗最低。
2．3 降低出系统物流的温度与流量，充分回收余热
2．3．1降低出冷却机熟料温度
降低出冷却机熟料的温度，有利于减少出系统熟料带走的热量，表3中所列的数据明确地显示了这一点。单纯从降低出冷却机熟料温度的角度考虑，加大单位熟料的冷却用风量有助于出冷却机熟料温度的降低(表1)，但若加上出冷却机余风所带走的热量，未必能降低热耗。因此，在合理的送风范围内，根据各区段冷却目的不同，最大限度地做到对风量的合理分配与使用，提高风料间的换热效率，从而在相对低的用风量条件下，尽可能多的提高二、三次风温，降低出冷却机熟料温度和余风温度，减少余风风量，是有效降低系统热耗的又一途径。
2．3．2减少出冷却机余风热量
冷却机余风带走的热量涉及到两个参数，即风温和风量。显然，这是一对矛盾体。在稳定生产的条件下，扣除二、三次风量，增大鼓风，增大余风量，一般能达到使出冷机熟料温度及余风温度均降低的目的，而减少余风量在现有的生产操作水平下通常会导致二者温度的升高。这二种操作显然都会导致热耗的升高(表3)，冷却机的热效率降低(表1)，因而均不可取。因此，在生产中结合实际工况控制冷却机合理的鼓风量与余风量是有效节能降耗的一个重要途径。
值得注意的是，目前预分解工艺的冷却机余风温度均在 300℃左右，这部分余风若不加利用而白白排入大气将明显增加热耗。因此，采用纯低温余热发电技术很有必要。
2．3．3减少出窑尾系统(C1筒)废气热量
影响出窑尾系统废气带走热量的因素依然是温度和废气量二个因素，且最终热损的多少是与温度与和废气量的乘积成正比。表3中数据显示，不论湿法生产还是新型干法生产，这一热损失在600kJ／kg左右。应该说这一热损失与系统内气-固两相间的换热及系统漏风有关，强化气-固两相间的换热有利于降低废气温度，加强系统密封性能不仅有利于维护稳定的温度场，也有利于降低系统废气量，进而有利于减少热损失。
2．3．4降低出系统废气的含尘量
对于预分解工艺而言，提高C1筒的分离效率，减少出系统粉尘的再循环能有效减少热量损失。表1和表3中的测试数据表明，当出C1筒的废气含尘由☆HXYDl窑的 0.1150 kg／kg下降到GZYB窑的0.0493 kg／kg时，含尘所带走的热量由34.65 kJ／kg下降为13.71 kJ／kg(未扣除温度因素)。不仅如此，含尘量的降低还能显著降低生产中的实际料耗。
2．4 加强系统的密封性能
总体而言，系统各部位的漏风会破坏原有的温度场，降低换热效率从而造成热耗的增加，且这种影响在系统的高温部位则更强烈[2]。表3中的测量数据显示在三条预分解生产线中，☆HXYDl窑的系统漏风量最大，达到0.1616 kg／kg，应该说这也是造成HXYDl☆窑在3条预分解生产线中热耗最高的原因之一。
2．5 加强系统的隔热保温
表1和表2中的测量数据表明，在几乎相同的旋窑容积产量条件下，HXYDl☆窑的系统表面散热及各部位表面散热分解均较GZYB窑要高，其原因就在于系统表面的温度差别。而造成温度差别的原因，一方面在于所采取的隔热保温措施，另一方面则应考虑到生产操作中各部位的温度控制是否合理，虽然可能只有10℃左右的差别，但由此造成的热损失却不能小视。
表2列出的表面散热数据还显示，由于C1筒普遍未采用隔热保温措施，因而C1筒的表面散热在预热器系统中均是最高的。因此，是否对C1筒进行适当的保温，也是一个可以考虑的问题。
2．6 建立合理的热工制度
热工制度指的是与水泥熟料煅烧过程中所发生的一系列物理、化学变化过程相适应和相匹配的热力分布制度。这一制度通常受到燃料燃烧规律和热量传递规律的制约；这一制度的直接反映就是系统各部位的温度分布，压力分布及气流量状况，而这必然与系统燃料量的分配(窑炉燃料比)和来料量有关。即稳定的热工制度需要相对稳定的生料喂料与生料成分，稳定的燃料分配与燃料热值释放及稳定的设备运行操作[1]与之匹配作为保证。窑系统只有在优化的稳定的热工制度下运行，才有可能取得长期的稳产、高产、低耗收益。因此，对于一条给定的工艺生产线，如何根据已有的原、燃料条件，在生产中尽快摸索，并制定出一套最佳的热力分布控制参数，从而实现稳产、高产、低能耗的目标，是生产管理的重中之重。
从表中所列的各项散热损失数据亦可看出,生产中的热损失控制应当是系列损耗的综合结果，不能以某一项热耗的多少就事论事，只有把生产中的热损失控制作为一项系统工程进行通盘考虑才可能收到良好的效果。譬如，仅就入窑物料的表现分解率与实际热耗数据来看，似乎入窑物料的表现分解率越高，热耗越低。此外，尚有燃烧器的优劣，一次空气的比例，空气系数的设置等众多影响生产能耗的因素并未在本文所列的表中反映出来，这些均有待进一步完善与探讨。
3 结语
上述相关分析表明，淘汰落后的生产方式，采用先进的新型干法生产工艺与设备是水泥熟料生产节能降耗的根本措施。当采用先进的工艺设备后，结合所拥有的生产原料与燃料尽快建立一套优化的热工制度控制参数，是实现长期稳产、高产、低耗的根本保证。而生产规模的适当大型化，严格生产中的操作与管理，采取各种有效措施尽可能减少各项热损失，强化余热回收，不断提高生产系统的热效率，则是生产中实现节能的一项长期任务。