4000t/d熟料預分解窯水泥生產線位于青海省格爾木市以西、109國道K2796km處，距格爾木市區約50km，緊臨青藏公路（109國道）和青藏鐵路，地處青藏高原，場地海拔高度3315 m。該生產線日產硅酸鹽水泥熟料4000t，年產P·O 52.5級普通水泥、P·O42.5級普通水泥和P·C32.5級復合水泥共計165.78萬t，采用當地的優質煙煤作為熟料燒成燃料。生產線于2012年11月投產后，系統運行穩定，平均日產熟料4200t，最高4800 t，達到和超過了設計能力。現將該項目燒成系統設計的成功經驗進行總結，以資借鑒。
1 設計條件
1.1 原燃料
該項目采用石灰石、板巖、粉煤灰和鐵粉四組分原料配料，它們的品質指標符合預分解窯熟料生產的控制要求。
擬建廠區地形較平坦，占地面積約20公頃，場地海拔高度3 315 m，場地高差約10 m。年平均氣溫4.3 ℃（最高35.0 ℃，最低-33.6 ℃），年平均相對濕度33%，年平均降雨量40.2 mm，平均風速3.1 m/s（最大風速40 m/s）。
根據該項目的海拔高度（3 315 m）計算出的大氣參數如下：大氣壓力505×0.133 3 kPa（為0海拔大氣壓力的66.45%），空氣重度0.93 kg/m
3，大氣溫度-1.55 ℃，氧氣的絕對量約為0海拔的74.81%左右。
海拔高度升高、空氣氣壓降低，空氣變得稀薄，相同體積下的空氣質量降低，氧含量也就隨之減少。氧氣的絕對量變小，由此導致了相對缺氧。這些氣候特性對該項目的熱力設備系統、氣力輸送系統、液壓系統、風機、電動機、電氣柜等設計選型時均會產生較大的影響。考慮不周就會影響設備能力的發揮，不能達標、達產；考慮過多又會增加項目的建設投資，降低企業的經濟效益。
1.3 熟料生產能力
熟料平均產量：設計保證值4 000 t/d。
2 高海拔對燒成系統設計的影響
高海拔地區空氣稀薄、高寒缺氧，對燒成系統的影響可以體現在燒成系統的各個方面，在設計中必須考慮大氣壓力對燒成系統的綜合影響。
2.1 高海拔對碳酸鹽分解反應的影響
根據該項目所處的海拔高度，經計算：碳酸鹽分解溫度為870 ℃，分解熱為380.3×4.18 kJ/kg，與標準大氣壓下的相應參數相比，分解溫度降低29 ℃左右，同時分解熱的提高很少，可忽略不計。這對于燒成系統，尤其是預熱預分解系統的工藝設計和設備選型來說，應當引起注意。
2.2 高海拔對回轉窯的影響
（1）對窯內風速的影響：高海拔地區大氣密度小，相應的單位體積中氧含量也減少，為滿足窯內煅燒的需要，所用的工況空氣量比低海拔地區的量大，廢氣量也增加，窯尾飛灰有所增多。飛灰增多對窯內的對流傳熱有利，但對回轉窯后續設備的運行有影響。
（2）對窯內傳熱的影響：該項目CO2分壓P
CO2和水蒸氣分壓PH2O絕對值在高海拔地區有一定程度的降低，故其黑度及輻射傳熱能力分別以0.333和0.8次方減少，結合兩者在廢氣中的體積含量，就能得到窯內CO2和水蒸氣的輻射傳熱情況。同時，由于窯內含有大量的懸浮粉塵，這部分組分的傳熱能力并沒有受到高海拔因素的太大影響。
當窯氣在質量、流量不變的情況下，空氣稀薄使窯內傳熱效果較低海拔地區差。同時，溫度對輻射傳熱強度的影響比CO2分壓和水蒸氣分壓更為顯著，所以選擇性能優良的燃燒器和高效篦冷機對于高海拔地區煤粉的燃燒至關重要，適當提高火焰燃燒溫度能有效改善窯內的輻射傳熱能力。
（3）對窯內煤粉火焰燃燒的影響：在高海拔地區，由于空氣稀薄、缺氧，會降低窯內煤粉燃燒的反應速率和燃燒溫度。燃燒溫度的降低對燃燒速度產生很大的影響，因此必須強化燃燒強度來提高燃燒溫度。在設計中，可以采取如下措施：一是采用性能先進的燃燒器和高壓風機，使燃燒器噴出的氣流有足夠大的動能；二是采用先進的篦冷機，盡可能提高助燃空氣的溫度，改善煤粉的燃燒環境。
因此，該項目采用高效大推力燃燒器和第四代S型高效篦冷機等設備，同時提高煤粉細度，能有效改善窯內的燃燒溫度和燃燒速率，并確保入窯二次風溫度，從而有效提高窯內的燒成溫度。
2.3 高海拔對分解爐的影響
高海拔對爐內的對流傳熱和輻射傳熱都是有影響的。因此，針對該項目的需要，在分解爐的設計中，重點考慮了滿足爐內煤粉的完全燃燒，即要求分解爐內有較高的燃燒溫度和較強的燃燒強度，保證有足夠的三次風量。在分解爐的結構設計上，考慮彌補空氣稀薄對爐內煤粉燃燒速度和燃燒溫度的影響，要求形成良好的噴—旋結合的流場，以保證爐內有足夠的煤粉燃燒時間和物料停留時間。
2.4 高海拔對預熱器的影響
該項目設計的旋風筒連接風管，已能滿足所需的熱交換時間，所以從傳熱的角度考慮，如高海拔地區系統內的工況風速能較低海拔地區適當提高，將不會影響系統的傳熱效果，適當高的風速也可避免設備規格過大增加。
但是高海拔會引起整個燒成系統工況風量有較大幅度的增加，從而導致系統內的工況料粉濃度有較大幅度的減少。在一定的料粉濃度范圍內，旋風筒的分離效率會隨著系統內的工況料粉濃度降低而降低，所以從料粉濃度的角度來看，高海拔旋風筒的分離效率有一定幅度的減少，這一點在設計過程中已適度進行了考慮。
2.5 高海拔對篦冷機的影響
在高海拔地區，篦式冷卻機工作氣壓下降，氣體體積增加。在該項目設計時，我們適當加大篦冷機規格，保持氣流通過篦床的流體阻力不變。
在設計時，如維持篦冷機規格與低海拔時不變，這時需保持通過單位篦板面積的空氣質量、流量不變，氣體流速和密度將隨氣壓的下降而下降。同時，考慮到氣體流量的增加量，篦冷機下風機的功率增幅較大。綜合考慮，對于高海拔地區，篦冷機的設計應適當加大規格較為合適。
如前文所述，通過高海拔校正，該項目燒成系統熱耗比平原地區增加15%左右，海拔系統產量修正系數約為0.73。依據這些分析的設計既滿足生產要求，又有合理的經濟性。
3 燒成系統的設計和設備配置
根據該項目的建設規模和地處高海拔地區這一特殊情況，熟料燒成系統設計采用了一套改進型雙列五級CDC二代預熱預分解系統、Φ4.8 m×72 m回轉窯和第四代S型篦式冷卻機等設備組成的窯外分解煅燒系統，日產熟料4 000 t，熟料燒成熱耗3 554.36 kJ/kg（850 kcal/kg）。本配置在平原地區其熟料生產能力可達到5 500 t/d左右。系統主要設備配置見表1。
4 燒成系統的操作控制參數
項目投產后，燒成系統的主要操作及控制參數見表2。
從熟料燒成系統的運行參數看，產量能穩定在4 200 t/d。
5 結束語
生產運行情況表明，該項目熟料燒成系統的設計是成功的，適應了高海拔的特殊氣候條件，達標時間短，技術指標較為先進，取得了良好的經濟效益。為了最大地發揮系統潛能，建議業主在適當時機增設窯頭膜法富氧助燃節能裝置，可將當地的空氣含氧量由15.65%增加到21%左右（達到0海拔的含氧量水平），進行窯頭燃燒器的增氧助燃，以彌補高海拔地區氧氣含量不足，解決煤粉燃燒不完全的問題，可進一步提高熟料產量。當然，增氧方式值得認真論證，不可盲目照搬其他工業的成功經驗。
來源：成都建筑材料工業設計研究院有限公司
