淺析海撥高度對水泥廠工藝設(shè)計(jì)的影響

周濤

摘要：本文就海拔高度因素對水泥廠工藝設(shè)計(jì)的影響做了分析。國家和社會(huì)的發(fā)展建設(shè)離不開水泥等建筑材料的貢獻(xiàn)。水泥廠中工藝設(shè)計(jì)對于水泥廠的生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量都有非常大的影響。由于我國地形復(fù)雜，不同地區(qū)的海拔高度差異較大，所以研究海拔高度對水泥廠工藝設(shè)計(jì)的影響能夠更好地提高水泥廠的生產(chǎn)效益。

關(guān)鍵詞：海拔高度；水泥廠；工藝設(shè)計(jì)

1.高海拔對水泥廠工藝設(shè)計(jì)的具體影響

1.1高海拔對氣壓及風(fēng)機(jī)選型的影響

我院設(shè)計(jì)的華新水泥（西藏）有限公司30001/d新型干法水泥熟料生產(chǎn)線擴(kuò)建項(xiàng)目，海拔高度3534m，代人公式（1）計(jì)算可得本項(xiàng)目大氣壓約為海平面大氣壓的2/3。

對于工藝風(fēng)機(jī)選型來說，必須保證系統(tǒng)的氣體質(zhì)量流量G（kg/h或m3/h）與海平面相同。對于高海拔地區(qū)，這就需要提高系統(tǒng)的氣體體積流量。同時(shí)由于系統(tǒng)內(nèi)的流動(dòng)阻力也發(fā)生變化，因此系統(tǒng)內(nèi)的ID風(fēng)機(jī)以及篦冷機(jī)風(fēng)機(jī)、窯頭排風(fēng)機(jī)等工藝風(fēng)機(jī)必須根據(jù)需要的風(fēng)量和風(fēng)壓重新選型。

1.2高海拔對燃料燃燒的影響

新型干法水泥熟料的制成可分為兩個(gè)階段：主要發(fā)生在分解爐內(nèi)的生料碳酸鈣分解和發(fā)生在回轉(zhuǎn)窯內(nèi)的熟料燒成，而這兩個(gè)階段都需要燃料燃燒來提供適宜的高溫環(huán)境。因此，燃料的著火時(shí)間、燃燒速度以及燃燒溫度對水泥熟料的制成就顯得尤為重要?？諝庵醒鯕庹急然颈３趾愣ǎ浑S海拔高度變化而變化，但由于空氣壓力、溫度和密度服從理想氣體的狀態(tài)方程，即在一定溫度下，空氣密度與大氣壓力成正比，因此高原地區(qū)空氣密度低，氧含量也隨之降低。這對燃料的著火時(shí)間、燃燒速度有很大影響。空氣密度低同時(shí)使得其對流程度降低，熱量傳導(dǎo)減慢，這對于生料分解及窯內(nèi)熟料燒成來說是非常不利的。由于受到氣壓影響，使得空氣的傳熱系數(shù)急劇下降，導(dǎo)熱程度受到嚴(yán)重的影響，這對于水泥廠的工藝設(shè)計(jì)來說是非常大的影響。

1.3高海拔對熟料冷卻的影響

對于新型干法水泥熟料生產(chǎn)線，熟料冷卻一般采用篦式冷卻機(jī)。對于篦式冷卻機(jī)，氣流垂直通過填充床，其雷諾數(shù)為：

當(dāng)篦式冷卻機(jī)工作氣壓改變時(shí)，流體阻力只和流速及氣體的密度有關(guān)。隨著海拔的增高，篦冷機(jī)氣壓相應(yīng)降低，若要保持與海平面地區(qū)相同的產(chǎn)量，篦冷機(jī)內(nèi)氣體體積必然增大，從而導(dǎo)致篦冷機(jī)冷卻風(fēng)速變大，系統(tǒng)阻力變大，篦冷機(jī)與高溫熟料的換熱時(shí)間縮短，導(dǎo)致篦冷機(jī)換熱效率降低，容易導(dǎo)致出篦冷機(jī)熟料溫度過高，同時(shí)無法保證二三次風(fēng)風(fēng)溫，最終導(dǎo)致熱耗升高。

2.降低海拔高度對水泥廠工藝設(shè)計(jì)的影響的有效措施

2.1優(yōu)化工藝設(shè)備配置，滿足工藝要求

水泥廠的制造工程從本質(zhì)上來說是一系列的化學(xué)反應(yīng)，通過這些化學(xué)變化來達(dá)到制造水泥的目的。在這一過程中，水泥廠的工藝設(shè)計(jì)會(huì)受到多方面因素的影響，其中，海拔高度就是非常重要的一個(gè)影響。在高海拔地區(qū)，會(huì)由于氣壓的問題使得相同質(zhì)量流量的氣體體積流量增大很多。為保證正常的工藝要求，需要合理優(yōu)化工藝設(shè)備選型，對工藝風(fēng)機(jī)流量壓力等參數(shù)選取適宜的修正系數(shù)，在保證滿足工藝生產(chǎn)的前提下，盡量減少電耗的增加。同時(shí)，需要進(jìn)一步創(chuàng)新水泥的設(shè)備制造工藝，積極尋找高效的水泥制造路徑，提高高海拔地區(qū)水泥制造的化學(xué)反應(yīng)效率。

2.2保證燃料的充分燃燒

不論是生料分解還算熟料燒成，都需要燃料的充分燃燒才能保證。而高海拔地區(qū)較低的大氣壓和空氣氧含量都對都燃料著火時(shí)間、燃燒速度以及燃燒溫度有不利的影響。為了降低這些因素的影響，需要采取必要的措施，如適度增大窯頭一次風(fēng)風(fēng)量，保證窯內(nèi)高溫區(qū)的氧含量；優(yōu)煤粉燃燒器設(shè)計(jì)，保證火焰溫度及良好的火焰形狀；分解爐錐部燃燒器采用多點(diǎn)噴煤，多點(diǎn)喂料，保證燃料充分燃燒的同時(shí)，增進(jìn)燃料與原料混合，提高生料分解速度；適度增大分解爐有效容積，保證生料在爐內(nèi)的停留時(shí)間，進(jìn)一步使其充分分解，從而提高生料入窯前的分解率，提高水泥的生產(chǎn)效率。

2.3增強(qiáng)換熱效率，做好水泥冷卻

生料在各級預(yù)熱器內(nèi)與高溫上升煙氣的充分混合換熱對于生料的碳酸鈣分解具有重要意義，只有增強(qiáng)換熱，才能保證生料入窯前的分解率。我院設(shè)計(jì)的適宜高海拔地區(qū)的五級高效懸浮預(yù)熱器，在增大分解爐爐容的同時(shí)，增大各級懸浮預(yù)熱器下料管斜直段長度，保證生料進(jìn)入撒料臺的線速度，使其進(jìn)入下一級旋風(fēng)筒上升管道后充分打撒，與熱煙氣換熱更加迅速完全，從而提高生料入窯前的高分解率，提高水泥的生產(chǎn)效率。

經(jīng)過回轉(zhuǎn)窯內(nèi)高溫?zé)频氖炝?，需要驟冷處理才能保證具有較高的活性和水硬性，這樣生產(chǎn)出的水泥才能滿足工業(yè)制造中的要求。不同水泥廠所處的海拔高度不同，這必然會(huì)對熟料冷卻過程造成一定的影響，在高海拔地區(qū)，由于大氣壓低，空氣密度低，氣體流動(dòng)性不足，使得篦式冷卻機(jī)不能很好地進(jìn)行熟料冷卻，同時(shí)熱量回收效率大大降低。想要降低海拔高度對于熟料冷卻的影響，就需要改良篦式冷卻機(jī)設(shè)計(jì)，保證熟料料墊的穩(wěn)定性，同時(shí)優(yōu)化篦冷機(jī)的風(fēng)機(jī)配置，適度增大風(fēng)機(jī)壓力和風(fēng)量，在盡可能不降低二三次風(fēng)溫前提下，保證熟料在出篦冷機(jī)后降低到適宜的溫度，保證熟料質(zhì)量的同時(shí)，得到合理的熟料燒成熱耗。

3.總結(jié)

本文就海拔高度對水泥廠工藝設(shè)計(jì)的影響做了分析。由于高海拔地區(qū)的氣壓不足，空氣氧含量低，會(huì)影響水泥制造的化學(xué)反應(yīng)過程，燃料燃燒過程和換熱效率。優(yōu)化工藝設(shè)備配置，提高反應(yīng)進(jìn)度，保證燃料充分燃燒，增強(qiáng)換熱及冷卻效率是關(guān)鍵。