我公司3200t/d生产线采用一台Φ4.3m×66m的回转窑，窑尾带单系列五级旋风预热器和TTF型分解炉，设计生产能力3200t/d，熟料热耗3011kJ/kg。回转窑采用三档支撑，斜度为3.5%，转速为0.4~3.96r/min。窑头配有四通道皮拉德燃烧器，熟料冷却采用TC-1270型篦冷机，冷却机出口处设有一台锤式破碎机，以保证出冷却机熟料粒度≤25mm。冷却后的熟料经B1000×124178mm槽式输送机送至熟料储存库。冷却机排出的气体，一部分作为二次风入窑，一部分经三次风管送往窑尾分解炉，一部分作为煤粉制备的烘干热源，一部分作为余热发电的热风；其余经收尘器净化后排入大气。
该生产线自投产至2009年熟料产量已达到设计要求，但熟料质量差，28d强度平均为54Mpa，标准煤耗115~125kg/t，熟料综合电耗65~75kWh/t。整个系统存在不少问题，具体表现为：
（1）窑尾CO含量高，预分解窑系统粉尘排放浓度高。
（2）窑尾系统阻力大（-10500pa），高温风机电流经常报警，C1出口温度高(320~330℃)，煅烧系统的温度场和压力场波动，热工制度不稳定。
（3）回转窑运转率低(80%)，熟料外观质量差，生产成本高，水泥配料困难，影响出厂熟料水泥的质量和销量。
2 问题分析及相应的技术改造措施
2.1预热器系统部分改造
（1）预热器管道内气流量不足，生料悬浮差导致水平管道有积料，当积料多时引起压力波动；四级锥体严重漏风，锥体内浇注料脱落，导致锥体外铁皮变形，打空气炮时有向外冒灰现象，当加煤多时，煤料在锥体内粘结，塌料频繁。采取以下措施：一是根据系统工况将撒料板调节到合适位置，二是对四级锥体拆除，重新焊接和浇注；三是增加旋风筒入口处截面积，将C3旋风筒入口高度增加800mm，C4旋风筒入口高度增加1000mm，降低系统阻力，改善系统通风。
（2）控制预热器系统漏风是提高分离效率和热效率的重要环节。有研究表明：当下料管处漏风率（漏风量占进风量的百分率）为2.0%~2.5%时，分离效率降低20%~40%。检修门、捅料孔等存在不同程度的漏风，首先对各级漏风处密封，减少了漏风造成的热损失，提高收集效率和热交换效率；其次对各级翻板阀进行了调节和检修，保证旋风筒气料有效分散，提高预热器内物料运动的稳定性。再次加强工艺操作水平，严格控制系统拉风量和预热器出口温度，减少预热器出口废气量，避免空气过剩系数高造成的能耗浪费。
2.2分解炉的技术改造
提高回转窑生产能力的重要方法是提高窑系统的烧煤能力，其关键是提高分解炉烧煤能力的潜力大，核心是优化和改进分解炉结构。
（1）受气流强烈冲刷，喷煤管迎风面浇注料易脱落, 煤粉没有完全直接喷入炉内，而在三次风出风口处就与三次风混合，煤粉提前燃烧，在炉内产生局部高温，造成炉锥体和喷煤管处结皮。为此，每次检修停机都对喷煤管进行检查修补。为了减缓燃烧器磨损，在三次风A、B管道进分解炉入口处用耐火砖分别修筑一道导风墙（1m*0.2m*1.15m），改变入分解炉的三次风风向,增加旋流效果改善,从而促进料、气、煤的充分混合和均匀分布，提高煤粉的燃尽率，见图1。
图1改造后主视和俯视图
(2)塔架三次风管弯道受气流冲刷高低凹凸不平，在三次风管道底部打浇注料，使三次风水平进入炉内。这样既有利于物料的分散，使物料在炉内产生旋转运动保护炉壁，又延长了物料在炉内的停留时间，改善了入炉物料的分散性。
三次风阀门处管道通风面积小，风速高，耐火材料磨损力度增加。根据实际冲刷高度和长度，在三次风管闸门两侧和弯道处管道内使用窑内废旧硅莫砖紧贴浇注料壁砌筑耐磨礅，提高该部位冲刷能力。将废砖开发重新利用，一方面节约了浇注料，减少了浪费；另一方面使这些部位更耐磨易更换。
（3）修改四级下料管撒料盒角度，原设计的C4筒下料管撒料盒为浇注料，角度为15o，对物料的分散能力弱，将撒料盒浇注料拆除，用碳化硅抗结皮浇注料重新砌筑，将撒料盒整体角度改为25o，使C4筒下料能够顺利冲入炉底，物料在缩口产生喷腾效应，降低炉底温度，最大限度利用分解炉有效空间，从而保证炉内温度场、浓度场、压力场和流场的均匀稳定。另外加大分散能力，煤粉在氧含量及三次风温较高的分解炉下部快速着火燃烧，强化热交换保证入窑生料分解率，为提高产量打下基础，见图2。
图2 改造前后C4下料管撒料盒
（4）烟室缩口尺寸小，风速快，物料在炉内停留时间短，出现黄心料，限制了熟料产量。后经过多次分析，检修时把烟室缩口直径由Φ1850mm扩大到Φ1900mm。改造后分解炉风量明显增大，出口压力由原来的-1800pa降低到-1200Pa，高温风机阻力变小，电流不报警了，物料在分解炉的停留时间有所延长，分解率达到95%，改善了窑内通风，窑产质量均有所提高。如图3
图3 TTF分解炉烟室缩口直径改造
通过一系列改造和优化措施，改善了分解炉内的热交换和燃烧条件，分解炉中的煤粉与物料得到分散和均匀分布；操作中结合喂料量、三次风、窑尾O2和CO含量，提高煤粉在分解炉内的燃尽率，实现了旋流和喷腾强度的最佳结合，充分的利用了分解炉和烟室的有效空间，从而保证炉内温度场、浓度场、压力场和流场的均匀稳定，分解炉良好运行，降低了窑的热负荷和预热器出口的废气温度，回转窑的台时产量有了提高。
2.3回转窑节能改造
（1）由于回转窑的倾斜回转，耐火砖受热膨胀，把受力冲向窑口挡砖圈，挡砖圈尺寸偏低，与耐火砖的接触面只有1/4，耐火砖受力之后下面1/4出现挤碎现象，上面的3/4就抗在了窑口浇注料上，窑口浇注料受力过大开始前移，造成剥落，严重影响了窑口护铁的使用寿命。将窑口挡砖圈高度从50mm提高到80mm，增大挡砖圈与耐火砖接触面，防止耐火砖挤碎前移，避免了窑口浇注料因受力过大前移造成浇注料剥落，从而延长浇注料使用寿命，提高了回转窑的运转率。
（2）减少筒体散热损失是回转窑节能降耗的重要措施。窑衬的导热系数越小，即热阻越大，热损失就越小。随着回转窑产量、二次风温、窑速的提高，窑的热负荷和窑内衬的热应力、机械应力、化学侵蚀及物料磨损等相应加剧。硅莫红砖强度大，耐磨损，不易剥落，荷软高，导热率低，可降筒体温度50-80℃，节约煤耗。镁铁尖晶石比直镁砖强度好，抗剥落，易挂窑皮，使用牢固，还彻底改善了铬公害；镁铝尖晶石具有较高的熔点、热膨胀小、热应力小，主要优点是易于粘挂窑皮，适用在水泥回转窑烧成带尾部的不稳定区。通过对回转窑耐火砖的更新改造，窑衬使用寿命变长，降低了窑筒体表面温度和散热损失,也节约了煤耗和窑衬检修直接成本，提高窑的产量和运转率从而增加了效益，改造前后回转窑耐火砖配置方案见表.
（3）将三次风管的耐碱砖逐步全部更换，从而降低了三次风管散热损耗；对窑头罩及窑头密封进行更换改造，减少系统漏风，提高绝热效果，利于三次风的抽取，同时使入炉三次风温提高100℃以上。篦冷机等处拆除下来的废旧扒钉重新使用在扒钉强度要求不高的窑头三次风管膨胀节处，将散砖和耐火胶泥砌筑在耐火材料要求不高的窑头罩三次风管下斜坡处，解决了浇注料不足的问题，同时也节约了资金。
（4）二次风温低，黑火头长，火焰无力，煤粉燃烧不充分。燃烧器作为窑头的“一支枪”，直接决定了熟料的产能，提高燃烧器的性能是实现增产降耗的关键。投料初期及产量较低阶段的燃烧器头部断面齐平，轴流风和旋流风在（0.0）位置（此时四风道通风量最大，通风截面最大），通过调整内外风蝶阀开度来调整火焰形状；当产量达到设计产能10%以上，尤其20%以上时，与厂家沟通后，根据配料、煤质、筒体温度、通风状况、一次风等，对皮拉德燃烧器的调节做了改进，结合调节轴流风和旋流风的通风截面来控制轴向速度和径向速度，火焰变得细短，黑火头缩短，火焰刚性增强，热力释放集中，使火焰与周围的介质混合能力增强，提高了煅烧温度和对物料波动的抵御能力。
（5）回转窑内通风不足，窑皮垮落频繁，窑尾漏料，为提高窑尾通风能力进行了几方面改造：一是降低窑尾拱顶高度，增大了下料斜坡的垂直距离，增大通风面积，降低预热器系统阻力。二是将窑尾入料舌头改造修补，将入料舌头托板由整体式改为分块组合型，便于修补浇注和拆卸。入料舌头两侧增设300mm高的挡料板，与斜坡保持倾斜角度，防止生料从入料舌头两侧冲出掉人密封圈内，漏到窑外。三是窑尾部浇注料改为窑口专用浇注料，以提高耐磨性能，回转窑后窑口的浇注料改为整体倾斜浇注，将后窑口末端浇注料厚度由200mm增加为260mm，同时也缩小了入料舌头与窑筒体缩口之间的间隙，使预热分解后的生料顺利入窑。
综上所述，从热工方面分析，回转窑的实际能力受窑内热负荷、烧成带断面风速、窑尾断面风速和温度的限制。通过改造，窑前火力增强，窑内热负荷降低，并且降低了窑内断面风速和窑尾拱顶断面风速，通风能力增强。在回转窑操作中勤关注熟料外观质量，结合化验室提供生、熟料及煤粉成分等数据，计算分析各项指数，提高预见性；薄料快转，加强窑内通风，提高窑内热交换效率，满足提高单位容积产量的要求，解决了提速增产的瓶颈问题，在保证生产顺利进行的同时，尽量做到节能降耗。
2.4篦冷机改造
（1）篦冷机时有红河现象，窑头风管经常冒灰。通过检查分析，窑头风管内结壁，甚至堵塞，窑头负压难以控制。篦冷机喷水不均，同时由于煅烧低碱熟料、操作、浇注料施工等致篦缝堵塞，冷风不足，熟料换热效率低，导致红河现象发生。浇注料施工时采取有效防范措施，防止篦缝堵塞，稳定篦床操作，减少了红河现象，提高了二、三次风温及熟料的冷却效果，增加了热量回收量，利于煤粉燃烧并节能，延长了篦板使用寿命，稳定了窑的操作，进而提高运转率。
（2）随着窑产量的逐步提高，再加上投运的余热发电，固定梁及一段一室平衡风机风量风压不足，熟料冷却效果不好，窑炉与窑头锅炉出现抢风现象。首先，将固定梁及一段一室平衡风机由90kW改为110kW，同时加装变频器，使风机的流量由17700m3/h和20000m3/h上升到25800m3/h和30000m3/h，既满足了提高产量所需要的风量，又节约了电能；其次，停止喷头喷水；第三，将篦冷机二段挡风墙用G-16K高强防爆浇注料加高200mm，篦冷机一段两侧矮墙浇注料加高40mm，二段两侧矮墙浇注料加高30mm，防止冷却端空气过多进入锅炉，提高入窑头锅炉和煤磨的温度。改造后运行状况明显好转，篦冷机各温度趋于稳定。
（3)对篦冷机弧形阀的工作间隔重新调整，使冷却风全部通过篦床的熟料，料层得到深层次的气固热交换，从而使二次风温提高, 熟料热耗大幅度下降。
（4) 篦冷机操作提高热端风量，降低冷端风量，稳定篦速，控制窑头负压0~ 50Pa，减少余风排放，稳定二次风温和三次风温。
改造后降低了篦冷机的热损失，篦冷机热效率由60%提高到75%以上，三次风温提高了50℃，二次风温提高了100℃，窑头AQC锅炉入口温度上升到400℃，满足了余热发电运行。篦冷机熟料冷却能力达到4000t/d，熟料出篦冷机温度≤130℃。由于熟料得到急冷，阻止了熟料的晶型转变与熟料粉化，矿物组成稳定，提高了熟料质量及易磨性,为粉磨工序的节电提供了条件。
2.5精确计量节能
生料及喂煤系统不稳导致预分解窑热工制度的紊乱，通过对两喂系统的校定，减少了压力温度波动；对经常调节风量、转速的头排风机、篦冷机风机等用变频调速实现了精确控制，提高了产品质量的稳定并提高了产量，达到了节能降耗的目的。
3.技术改造效果
采取技术改造措施后，取得了良好的经济效益，实现了预分解窑优质、高产、低耗、低排放。
（1）预热器系统C1出口压力下降到9000Pa，C1筒出口温度比以前降低30℃，高温风机电流下降，减少了一氧化碳和粉尘排放，二氧化硫排放浓度（标况下）在200mg/Nm3以内；氮氧化物排放浓度在800mg/Nm3以内，窑头、窑尾颗粒物排放浓度为50mg/Nm3以内。
（2）火焰有型有刚性，二三次风温度大幅度提高，预分解窑系统通风状况良好，窑、炉内煤粉的燃烧效果提高了，热工制度更加稳定，窑炉的操作调整变得容易，标准煤耗下降到104.8kg。大大提高了窑的运转率，降低了生产成本和检修费用，节约了资金。
（3）熟料产量稳定在3900t/d以上，综合电耗下降，熟料发电量达到37kWh/t，熟料28d强度上升到60MPa以上；熟料强度提高使水泥配料时放宽细度和多掺混合材，节省了成本；水泥熟料质量提高，销量增加，每年为公司增加可观利润。
4 结语
通过对我公司3200t/d预分解窑的一系列技术改造，预分解窑的产量、电耗、热耗等有了明显改观，实现了预分解窑优质、高产、低耗、低排放的良性循环，实际产量达3900t/d以上，熟料 28d抗压强度达60.2Mpa，标准煤耗为104.8kg/t。
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