技术丨谈水泥生产中的用风问题

谈水泥生产中的用风问题

一、预分解窑中系统用风的作用  

1、 以一定的风速提供燃料燃烧所需要的空气，并有一定的空气富裕量。 

2、 保证物料在系统各个位置既不会有存料及塌料，也能有足够适宜的热交换与反应时间。为此，窑及预热器系统内几个主要位置需要控制的最高气流速度是：窑头罩6m/s；烧成带（1450℃）9.5m/s；喂料端断面（1000℃）13 m/s；窑尾垂直上升管道24 m/s；预热器气体管道18 m/s。最低气流速度不应低于以上数字90%。 

3、承担着传热介质的作用。燃料燃烧所发出的热大多是与周围的气体进行热交换，然后将热传给它所包围的粉料中，如果说在窑内传热并不是完全靠空气的话，在预热器及分解炉中，空气就成为最基本的传热介质。 

4. 在预热器中起到将粗细粉分离的选粉作用。 

5. 作为风煤料之间的搅拌动力。无论是在分解炉内，还是窑头的燃烧器喂煤，都要充分利于不同途径与不同风速的风相互搅拌，以加速燃烧与传热。  

二、系统用风过大或过小的不利影响：  

1、 用风过大的影响： 

（1） 造成熟料热耗急剧上升。由于所有进窑的空气都要被燃料加热到它所经过的位置的温度，因此用风越多，加热多余的空气所浪费的热量就越高。与此同时，随着用风的增加，空气在系统内的风速越大，热交换时间越短，排出预热器的废气温度也越高。因此在满足用风任务的条件下，所用分量越少越好。 

（2） 窑的系统温度分布后移。随着高温风机的抽力增加，窑头火焰拉长，窑前温度偏低，反之，窑尾温度及一级出口温度都会增高。如果负压过大，在点火阶段，窑头火焰容易脱火，分解炉也难以点着。 

（3） 随着废气排放量和粉尘来那个增加，窑尾收尘器的负荷加大，且很容易造成排放超标。 

（4） 风机本身的电耗增大。

2、用风过小的影响： 

（1） 排风不足会减少二、三次风用量，不能充分利用熟料冷却热，篦冷机排热增加。用风量不足，前后燃料都有燃烧不完全的可能，不仅浪费燃料，而且产生CO，污染环境，威胁人身安全。 

（2） 总排风量小使风速降低，没有足够的风速使物料悬浮，轻者局部沉降容易塌料，重者造成预热器的沉降性堵塞。 

（3） 由于生料分解产生大量CO2，它也成为排出风量的组成部分，因此总排风量不足，同样会制约增加窑的喂料量，客观结果也增大了单位熟料的热耗、电耗。  

三、回转窑系统的用风问题  

回转窑是水泥生产中的主机，俗称水泥工厂的“心脏，”而风称为“血液”。进入回转窑中的风主要来自篦冷机和喷煤管以及系统漏入的风；从回转窑中出去的风主要有三次风和窑尾废气。

1、一次风

一次风是通过燃烧器强制送入窑的自然空气，有窑头燃烧器的一次风机供给，它包括煤风、外风、内风和中心风。它的温度一般为环境大气温度，所以入窑后必然会吸收很多热量。它的作用是输送煤粉，提供燃料燃烧所需要的空气，外风的是用来调节火焰长短的，内风是用来调节火焰粗细的。 

形成优质火焰是衡量一次风量、风压使用是否正确的唯一标准。在生产实际中操作员通过中控显示的一些控制参数的综合判断，了解窑内火焰是否理想、合理，及时通过一次风量、风压以及燃烧器内外风的调节，实现对火焰变化趋势的控制。 

一次风量的控制：增大煤粉气流中的一次风量，相应地增大了着火热，将使着火过程推迟，减少一次风量，会使着火热显著降低。但是，如果一次风量过低，会由于着火初期得不到足够的氧气而使反应速度减慢，阻碍着火的继续扩展。因此，对于一定煤种，一次风量有一最佳值。而且一次风量的大小还直接影响一、二次风气流动量的比例，这会对燃烧工况产生一定影响。一次风量应能满足风粉混合物的挥发份析出燃烧及固定炭氧化需要和不堵一次风管为原则。

当一次风量过小时：火焰难以稳定形成循环火焰，一次风量过低，不仅不能将二次风挟带进一次风内，提高火焰的燃烧速度，更没有多余的动量形成循环火焰，不利于火焰稳定；不利于煤粉中挥发分燃烧，尤其是烟煤，挥发分含量较高的煤粉是燃烧快的优势，当一次风量过少时，就不利于在一次风中得到氧气而充分燃烧，反而降低火焰燃烧速度。当一次风量个过大时，不仅会降低窑的热效率，而且还不利于将低NOx排放量，过大的一次风量形成的氧化气氛将有利于NOx的生成。 

一次风压过大或过小的不利影响：现在水泥企业大多使用的是各种多风道燃烧器，都强调要有充足的一次风压，以保证一次风有较高的出口风速，有利于煤粉与一次空气的混合，更有利于二次风的吸入，并形成再循环火焰。一次风压过小时，在好德尔燃烧器也不会发挥出优势，但一次风压过大，风机所需要克服的阻力越大，将会对风机的性能提出更高的要求，甚至难以承受。同时，所消耗的电能越大，降低了企业的经济效益。 

一次风速对着火过程有一定影响，过高，则通过气流单位面积的流量过大，势必降低煤粉气流的加热程度，着火推迟或燃烧过程后移。过低，易烧火嘴或堵管。 

2、二、三次风 

二次风是来自熟料冷却设备——篦冷机回收进窑的热空气，温度一般在1000℃左右；三次风是指经三次风管将同样来自篦冷机的热风引入分解炉的热空气。 

3.回转窑中二次风温度太高的原因：  

（1）火焰太散，粗粒煤粉掺人熟料，人冷却机后继续燃烧。  

（2）熟料结粒太细致使料层阻力增加，二次风量减少，风温升高；大量细粒熟料随二次风一起返回转窑内。  

（3）熟料结粒良好，但冷却机一室料层太厚。 

（4）火焰太短，高温带前移，出窑熟料温度太高。  

（5）垮窑皮、垮前圈或后圈，使某段时间出窑熟料量增加。  

从以上的分析我们就可以很清楚的了解到影响回转窑中二次风温度太高的原因了，如果你在制造水泥的规程中回转窑的二次风温太高的话，可能就是以上这些原因了，你们可以参照以上的原因来检查是否出现上述情况，以此来进行解决。 

四、冷却系统的用风问题 

 1. 影响二、三次风温度的因素 

（1） 出窑的熟料量。熟料产量越大，二次风温也越高。

（2） 熟料出窑温度。除了熟料煅烧温度合理稳定外，喷煤管出口离窑口位置越近，火焰形状合理稳定，越有利于提高二次风温度。反之，如果喷煤管端部伸入窑内过多，出现较长的冷却带，二次风温度就会偏低。另外，塌料或较多窑皮脱落时，熟料出窑温度降低，二次风温度难以提高。 

（3） 蓖冷机高温段蓖床上的熟料厚度。在正常的料层厚度范围内，料层越厚，蓖下压力越高，高温段的冷却风与熟料的热交换越充分，二、三次风温度越高；料层过薄，形成冷却空气的短路，出现“红河”等异常现象，而且无法有充分的热交换；但料层厚度超过正常范围，即超过高压风机的能力时，高压空气难以吹透料层，二、三次风温度不仅不会提高，甚至还会降低。

（4） 高温段高压风机的开度。蓖冷机高温段的风机均选型为高压，运行中的开度几乎接近100%。但是，应该明确，并不是任何时候都是开度越大越好，尤其是在熟料产量偏低，料层本身并不厚时，或熟料出窑温度偏低时，过量的冷却空气反而会降低二次风温度。 

（5） 蓖冷机收尘器后排风机开度。本来该风机风量的正常选用只是与低温段的进风量有关，不影响二、三次风温度。但由于不正确的操作观念，认为窑头负压是有次风机形成的，操作中总要偏大开次风门，蓖冷机高温段的热风一定会被抽至冷段，不但加大了窑头排风机的负荷，还会大幅度降低二、三次风温度。

（6） 窑门罩的密封急微负压操作。如果窑门罩漏风严重，势必影响对蓖冷机高温风的抽力。 

2. 实际生产中提高并稳定二、三次风温度的措施 

（1） 优化蓖床上的熟料厚度。蓖床上的合理料层厚度是由熟料粒径急蓖下鼓风压力决定的。细的沙性熟料会增加对冷却空气的阻力，料层应当偏薄控制，但料层薄会使其料层分布不均匀，容易在蓖冷机内形成“红河”。 篦下的冷却风机的压力决定了所允许的最高料层厚度。 

（2） 保证窑内煅烧制度的稳定。二、三次风温度的稳定与窑内煅烧制度是相互保证和影响的。影响窑内稳定煅烧的因素很多，如原料质量及用量的稳定、高窑速的稳定、系统用风的稳定等，只有这些稳定，才能避免由于塌料及窑皮的频繁长落而带来的二、三次风温度波动。 

（3） 随时检查高温段高压风机的运行情况。高压风机在正常运行时，仍会有各种不正常的情况发生，如风门调节失灵、风门开度不准，甚至风门在安装消音器后被部分堵塞，他们都会对高温段的实际用风造成假象，巡检人员应及时检查、发现与处理。 

（4） 严格控制窑头收尘风机的合理开度。特别是在窑头出现正压时，一定要认真分析，再进行操作。窑尾高温风机抽力充足，是保证二、三次风能充分进

窑及分解炉的真重要前提之一。当然也要避免窑头负压值过高运行。 

（5） 做好窑头密封。采用高质量的窑口密封材料及合理的密封结构，是保证窑口少漏风的有效办法。 

水泥生产中的风主要来自冷却系统的冷却风机，提高二次风和三次风温度，提高煤粉的燃烧效率，缩短火焰长度，从而提高烧成带温度，即提高出窑熟料温度。事实上从热交换的角度考虑，在篦冷机内风量一定时，熟料和冷风的热交换，应尽可能增加热交换时间和热交换面积，因此采用厚料层操作是提高篦冷机换热效率的基础。

3. 篦冷机的用风原则： 

（1）熟料在篦冷机一、二室必须得到最大限度的急冷，并能得到较高的二、三次风温。但一、二室用风量的大小取决于二、三次风用量的大小而不取决于冷却熟料的需要量。二、三次风用量取决于煤燃烧所需空气量。 

（2）一二室冷却风量调节后，三室风量视情况可适当减少。但三室风量总量调节需考虑到熟料经一二三室冷却后，能达90%以上的冷却效果，不能让四五室承受过大的冷却负荷； 

（3）四五室风量能少则少，以保证熟料冷却效果和窑头负压为准； 

（4）在操作中应考虑到由于料层的加厚造成的风机出风量减少。此时应适当增加各风机进口阀门的开度。 

4. 篦冷机的风量平衡 

在篦冷机内冷却用风量与二、三次风量、煤磨用热风量、窑头风机抽风量必须达到平衡，以保证窑头微负压。目前设计的篦冷机已取消了高温区与低温区之间的活动挡板，但在窑头排风机、高温风机、煤磨引风机的抽力作用下，篦冷机内存在相对的“0”压区。如果加大窑头排风机抽力或料层增厚使高温段冷却风机出风量减小，“0”压区将会前移（向窑头方向），则二、三次风量下降，窑头负压增大；减小窑头排风机抽力或料层减薄使高温段冷却风机风量增大，“0”压区将会后移，则二、三次风温下降风量增大，窑头负压减小。所以在操作中如何稳定“0”压区对于保证足够的高温的二、三次风是非常关键的。

在无烟煤煅烧中我们会发现当篦冷机料层过厚时窑头负压好控制而且感觉窑头很亮，但窑电流低f-CaO高；当篦冷机料层薄时黑火头长，但窑电流高f-CaO低。分析认为是料层过厚时篦冷机风机供风不上，窑头排风机抢风使窑内供氧不足燃烧不好产生窑电流低f-CaO高；料层薄时虽然窑内看起来温度不高，但头煤燃烧好反而窑电流高f-CaO低。 

从以上分析也看出控制窑头负压相对稳定对稳定二、三次风量的重要性。 

5. 篦冷机的操作 

篦冷机的操作就是控制料层厚度，调节冷却风量以满足熟料冷却效果，提高热回收效率，保持稳定较高的二、三次风温，保证窑头收尘、输送系统安全运行。篦冷机的操作以稳定一室篦下压力为主，保证篦下压力的恒定是篦冷机用风合理的前提。调整篦速是实现篦下压力恒定的手段。 

注意料与冷却风量相匹配。料越多，用风量越大，窑头引风机拉风也相应越大。从3、（1）条可知，料多时应提高篦速并增加低温段的用风量。同时窑头引风机的特点是收尘入口温度越高，气体膨胀导致风机抽风能力越弱。操作的关键在于预见性的调整。当窑内可能产生冲料时应提前加快篦速，增加低温段冷却风机用风量，同时增加窑头引风机风量。此时熟料冷却好，窑头收尘器入口温度上升幅度不大，窑头引风机抽风能力大，尚能保证窑头负压。如果等到料层已增厚才增加窑头风机进口阀，因收尘进口温度高抽风能力减弱，窑头负压将无法控制 。 

对于一二室风机我们调整风机进口阀以维持稳定的电流，三四五室风机根据料的多少决定进口阀开度。注意调整风机进口阀会引起篦下压力的变化。保证窑头收尘、熟料冷却、输送系统安全运行来讲，当一室篦下压力上升时，我们加快篦速会引起窑头收尘入口温度和熟料输送设备负荷上升，同时篦下压力不久后又会下降。在操作中我们提高篦速后只要一室篦下压力有下降趋势就可以降低篦速，因为窑内不可能有无限多的料冲出来，这样就可以使窑头收尘入口温度和熟料输送设备负荷不至于上涨得太高。当然如果窑内出料太多，必须降窑速。 

两段式篦冷机在操作中需注意一二段的配合。当窑内出料过多窑头收尘温度会超高时可预增二段风机风量，必要适当降低二段篦速，以保证良好的冷却并不致温度和熟料输送设备负荷超高；料层偏薄时适当减小二段风机风量以降低电耗。 

6. 篦冷机用风正常满足的条件（同时满足） 

（1）入窑的二、三次风温度为最高值 。

（2）篦冷机内用风分配合理。保证高温段的热余风全部进窑，不被窑头排风机抽走；低温段风不能作为二、三次风 进窑；此时，窑头罩处呈微负压。 

（3）篦冷机工艺状态正常。篦冷机内没有“雪人”、“红河”及用风“短路”等异常情况，与此同时，熟料在高温段后部已经没有红料，此时如果中低温段的用风合理，出篦冷机熟料的温段最低。  

五、预热系统的用风  

预热器中大量的风来自窑头的三次风，还有一小部分的漏风和空气炮及环吹系统吹堵时进入预热器的风，出预热器的热风用于烘干破烘干物料（电石渣），去原料磨烘干原料（石灰石等）。

预热器的漏风问题 

漏风是造成系统能耗增加的大敌。在预热器上部漏风，离高压排风机越近，漏风所带来的电耗损失越高；在预热器下部漏风，离窑尾部位越近，漏风所带来的热量损失越大。 

人们将预热器的漏风分为两大类：内漏风与外漏风。 

所谓内漏风是指预热器系列内部的气流未按要求路线流动，走了短路，较多表现在各级预热器下的闪动锁风阀锁风不好：不但易在旋风筒下锥部形成结皮或堵塞，而且削弱了应该在管道传热的效果。因此，选用‘锁风’性能好的闪动阀是非常重要的。 

外漏风是指系统外的冷空气漏入到系统内。这样的位置较多：人孔门、捅灰孔、闪动阀支点轴承、仪表插入孔、冷风门等，在全系统有数十点之多。因为这些点经常需要操作，及时关闭与密封是非常重要的，此外岗位工也要及时检查、处理。密封虽然也有技术要求，但管理上重视更显重要。 

无论是内漏风还是外漏风都对物料的预热有很大的影响，不仅降低了预热效果，而且还会减少去烘干破的热风量和温度。

六、磨机的用风  

1、磨机的热风主要来自预热器或窑尾的废气、篦冷机以及热风炉，进入磨机的热风主要用于烘干物料和带走合格的细料，加强磨内通风不仅可以提供磨机产量，而且还可以降低粉磨电耗。 

2、立磨吐渣口漏风对对生产的影响 

立磨的吐渣口出配有锁风阀，用以在立磨出现较硬异物需要排出时，防止冷风进入磨内，从而降低烘干效率。该处漏风会造成一下的不利影响：

(1) 减少风机对物料的正常抽力，或使磨机产量降低，或使电耗增高。 

(2) 漏入冷风，降低磨机内的热风温度，如果在加上是潮湿空气，更不利于烘干物料中的水分。  

七、余热发电（以石灰石生产水泥的工厂最为常见） 

如果在生产中，篦冷机中的热风用于烘干物料后还有剩余时（及余风），可用于发电，大多水泥厂排掉的余热热量（400℃以下的低温废气）约占水泥熟料烧成总耗热量35%以上，如果将这些废气用于发电，不仅可以降低企业能耗，增加企业的经济效益，而且还可以提高收尘效果，减少粉尘排放和温室效应。采用余热发电可使整个水泥生产综合电耗降低30%左右。 

八、结束语 

水泥生产中窑系统用风控制是影响优质高产的关键因素，也是节能降耗、提高生产效率最为重要的操作手段。系统重要部位没有在线气体分析仪的情况下，需要通过无数次的工艺运行情况分析与总结，并借助必要的热工标定和人工分析检测，形成操作参数与系统热工状态一一对应关系，用以指导生产。

系统总风量和窑炉用风匹配具有相对稳定性、以有可变性的一面，可变性主要体现在系统出现如结蛋、结圈、粘结堵塞等工艺故障时，各部位风量将发生改变，需适时地跟踪调节。窑头用风对煤粉燃烧、烧成热耗、熟料产质量和回转窑运转的安全性起到关键的作用，生产中必须精细化调整。冷却机操作看似简单，但可变因素也较多，对窑炉运转效率影响甚大，是生产中用风调整最为频繁的一个系统，最终要达到二三次风温高、余风和熟料温度低的“两高两低”控制目的。

作者：刘红涛

机构：新疆建设职业技术学院

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