節(jié)能、降耗、清潔生產(chǎn)、保護生態(tài)環(huán)境、貫徹循環(huán)經(jīng)濟和可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，是水泥工廠設(shè)計和生產(chǎn)的永恒目標。燒成車間是水泥工廠最大的熱工系統(tǒng)，全廠所用燃料的80～100%、用電的20～30%消耗在這里，80～100%的高溫廢氣產(chǎn)生在這里，是水泥廠節(jié)能降耗的核心。本文主要圍繞燒成系統(tǒng)，提出下述在設(shè)計和生產(chǎn)中非常容易實施的節(jié)能降耗技術(shù)措施。
1 回轉(zhuǎn)窯系統(tǒng)
回轉(zhuǎn)窯復合式密封——減少窯頭、窯尾的漏風和漏灰
傳統(tǒng)形式的回轉(zhuǎn)窯密封，窯頭和窯尾往往存在著比較大的漏風現(xiàn)象，并伴隨著程度不等的漏灰現(xiàn)象，當回料勺和下料舌頭設(shè)計參數(shù)不當或破損時，還會伴隨著漏料現(xiàn)象，對熱耗、電耗、清潔生產(chǎn)均會帶來負面影響。
解決這一問題的辦法是應(yīng)用我公司研究開發(fā)的復合式密封裝置，該裝置是具有自主知識產(chǎn)權(quán)、在國內(nèi)外首創(chuàng)的一項專利技術(shù)，至今已在國內(nèi)外各種規(guī)格的四百多條回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)線得以運用，窯徑應(yīng)用范圍最大已達到Φ5.8m，取得明顯優(yōu)越于其它各種型式密封的效果。我公司作為組長單位和中材國際南京水泥設(shè)計研究院共同起草完成了《水泥工業(yè)用密封裝置》行業(yè)標準。
圖1 復合式密封裝置
根據(jù)我們的測算，國內(nèi)運行中的各種規(guī)模的回轉(zhuǎn)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(fā)的復合式密封裝置，其漏風量≤2%，當回轉(zhuǎn)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(jīng)改造了400多條生產(chǎn)線，但據(jù)估計目前還有90%的生產(chǎn)線、大約2.8億噸的熟料生產(chǎn)能力并沒有應(yīng)用這一先進的技術(shù)，依然采用的是傳統(tǒng)方式的密封。如果這些生產(chǎn)線全部改造成復合式密封，回轉(zhuǎn)窯系統(tǒng)的總漏風量還可以下降11%。根據(jù)熱工計算結(jié)果，全國每年節(jié)省的標準煤為76.6萬噸，節(jié)省電耗3.07億kwh，每年創(chuàng)造的利潤總額在5億元以上。
回轉(zhuǎn)窯的規(guī)格——用較小的規(guī)格可以獲得更高的產(chǎn)量
我公司優(yōu)化后的設(shè)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(zhuǎn)窯獲得更高的產(chǎn)量，對生產(chǎn)工藝、設(shè)備運行、節(jié)省投資費用等方面均有利，且筒體散熱量在熟料熱耗構(gòu)成中減小，熱耗降低。
回轉(zhuǎn)窯的直徑
要想挖掘新型干法窯的產(chǎn)量，我們只需分析出新型干法窯的發(fā)熱能力還有多大潛力，就可得出準確結(jié)論。在衡量窯的發(fā)熱能力時，我們經(jīng)常引用的是燒成帶截面熱負荷這一參數(shù)，因為該參數(shù)僅與回轉(zhuǎn)窯有效直徑存在函數(shù)關(guān)系，簡單直觀。
目前正在運行中的絕大多數(shù)新型干法窯，其截面熱負荷與同規(guī)格的濕法窯、余熱發(fā)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(chǎn)量是有很大空間的。對新建工程而言，當生產(chǎn)線建設(shè)規(guī)模已經(jīng)確定后，回轉(zhuǎn)窯的直徑可以比傳統(tǒng)的設(shè)計方案小。產(chǎn)量提高的原理以及各種窯徑的回轉(zhuǎn)窯提產(chǎn)后的目標產(chǎn)量可以參見筆者在《中國水泥》2004年第四期發(fā)表的有關(guān)文章。
用小規(guī)格的窯獲得高產(chǎn)量這一設(shè)計方案已在某些規(guī)格的窯徑上得以應(yīng)用，如我公司設(shè)計的SL水泥廠改造項目，φ3.0×48m回轉(zhuǎn)窯的月均熟料產(chǎn)量可達1380t/d，最高日產(chǎn)量可達1500t/d以上；又如我公司設(shè)計的FX水泥廠改造項目，φ2.5×43m回轉(zhuǎn)窯的月均熟料產(chǎn)量可以達到650t/d，最高日產(chǎn)量可達720t/d以上。
回轉(zhuǎn)窯的長度
雖然國內(nèi)長徑比在10～12.5之間的超短回轉(zhuǎn)窯應(yīng)用由來以久，但還很不普及。到目前為止投產(chǎn)的新型干法窯，絕大多數(shù)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(zhuǎn)窯生產(chǎn)工藝和設(shè)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(yōu)質(zhì)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(zhì)量。
從設(shè)備運轉(zhuǎn)角度來看，三檔窯屬于靜不定結(jié)構(gòu)，無論如何調(diào)整托輪，也難以保證回轉(zhuǎn)窯在回轉(zhuǎn)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(shè)備運轉(zhuǎn)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(zhuǎn)窯生產(chǎn)線，設(shè)備、三次風管、耐火材料投資也較高。