技术丨窑尾工艺技术的精细化管理

前言

预分解窑生产工艺过程中，窑尾处于预分解系统和回转窑的连接部位，工艺位置特殊，其管理的精细化程度高低对生产线产能发挥较为关键，是能否优质高产低耗运行的重要因素。笔者结合1000-5000t/d 生产线的生产实际，简述窑尾精细化管理的要领以及生产中值得注意的诸多问题，以达到精细管理出效益的目的，供同仁们参考。

窑尾在窑系统结构设计中的重要性绝不亚于分解炉，需要综合考虑静止设备与转动设备间的衔接、生料的入窑、烟气的排出、粉尘的收集沉降、对分解炉物料的喷腾输送能力、阻力损耗以及结皮积料预防及处理途径等问题。好多问题之间本身就是矛盾体系，如处理不当，顾此失彼，易成为系统均质稳定生产的瓶颈部位。这些并不光是设计院考虑的问题，更需要企业技术人员多次核准和确认。实践告诉我们，如果窑尾全部按设计院出具的方案实施，有不少生产线往往无法正常运行，都是通过结合实际情况，经过不断的改进与优化，方才进入到良好的运行状态。如以烟室断面尺寸为例，从沉降二次扬尘角度来讲，断面尺寸应该愈大愈好，但是，过大的断面很难跟尺寸较小的两头合理连接。

窑尾主要包括缩口（也称之为分解炉底部缩口）、烟室、斜坡及进料舌头等，除了起连接窑和分解炉的作用外，结构及尺寸对工艺的影响比较大。其结构尺寸关系到：窑内的烟气与进入分解炉的三次风之间的平衡问题；窑内飞灰循环问题；窑尾阻力和结皮问题等。

2.1 转动设备和静止设备之间的衔接问题

回转窑为亚快速转动设备，烟室处于静止状态，两者连接既要考虑紧凑性，又要考虑窑的上下窜动、变形摆动等方面的影响，如入料舌头与窑筒体缩口之间的动态间隙较大或不均匀时，窑回转过程中必然有一部分生料从间隙漏入密封圈，因此要有周密的设计和施工把关。首先是回转窑转动的周向与进料托板外围间的间隙，综合考虑设备运转安全性和密闭性，此间隙应控制在 50∽100mm。

其次是进料斜坡端面伸入窑内的长度，如过多的伸到窑里面，势必造成较大的斜坡水平段，易产生堆积料，过短时又会造成生料冲入密封圈溢出。一般性的控制原则是回转窑处于最下限时的窑尾部端面与斜坡端面平齐为基准。

2.2 气流和物料逆向流动产生的矛盾与处理

窑内高温燃烧及分解产生的废烟气要从回转窑经过窑尾烟室进入分解炉，同时，预热预分解系统的生料需要经过窑尾烟室溜入窑内。这一进一出，如果分流处理不当，势必造成部分生料被烟气携带入分解炉形成内循环，降低系统热效率，增加系统阻力。

解决此矛盾的方法主要包括：严格控制斜坡和拱顶耐火材料衬厚，使之通风断面尽可能扩大；斜坡及其进料舌头浇注料整体设计，保证表面光滑，为确保拱顶到斜坡垂直距离尽可能增大，斜坡可分为 2∽3 个倾斜角度平缓过渡入窑，一般按上段 50°∽55°、中段 40°∽45°、下段（即 1000mm左右长的入料舌头）30°∽35°为控制基准；拱顶与烟室之间的连接设计成 50°左右的倒角，基本同斜坡平行，引导气流向上排出，进一步加大拱顶断面，达到料气分流的目的。

2.3 缩口喷腾风速、阻力与炉路用风之间的关系处理

新近建设投产的生产线，窑尾缩口已不再设计有用于调节通风面积的闸阀，通常采用固定的缩口尺寸。窑系统在正常运行状况下，窑路和炉路气体流量应同时满足喂入的燃料燃烧的需求。

窑尾高温风机排出的风量风压一定时，两者不平衡将会导致以下结果：一种情况是窑风过大，三次风量不足，致使烧成温度降低，高温后移，窑尾温度及负压升高，三次风温、风速均降低，炉内煤粉燃烧不完全，易形成系统温度倒挂，高温级粘结堵塞；另一种情况是窑内通风不足，三次风过量，致使烧成还原气氛浓重，尾温低，窑尾有害组分富集而阻塞，通风落入恶性循环。

因此，根据窑系统生产情况，合理的确定窑尾缩口面积大小显得很重要，以平衡喷腾风速、阻力与炉路用风之间的关系。目前较常用的调节方式为：窑尾缩口采用固定式，三次风管上设置调节阀。

控制技术关键点：一是以窑产能发挥设计能力的 110%左右为基准，来核算窑尾通过的工况气体流量来确定缩口截面积（宜以实际风速≥25m/s 为基准）；二是三次风调节阀全开时，窑路通风阻力大于炉路，即窑内风量不足，即保证风阀具有调节余地；三是三次风调节阀关至风管截面的 50%以下时，炉路风量达不到正常值，即生产中调节阀应开至 50%以上，以避免系统过大的阻力损失；四是分析判断时，要综合考虑窑炉用煤量，窑尾温度、负压，入炉三次风温、风压，窑内煅烧状况，炉出口温度和压力的稳定性，系统是否存在塌料等参数。

工艺参数主要分显参数和隐参数，窑尾工艺显参数主要包括窑尾温度、窑尾负压、窑尾 O2 含量和CO含量等通过高科技仪器直接测量出并显示于中控的参考数据，隐参数主要包括各个断面烟气流量及工况风速等需要标定核算才能得出结果的部分。

窑尾温度主要表征窑头煤粉燃烧情况、窑炉用风平衡和功能分配的合理性，跟头煤用量、煤管位置、窑尾负压大小、入窑物料温度和尾部漏风有关。窑尾负压主要表征窑内通风大小、结圈结蛋情况及其缩口结皮程度，主要跟窑皮长短、厚薄、结圈程度和料负荷等有关。

窑尾烟气中自动分析检测的O2、CO 含量，通常表征窑内用煤量与风量之间的匹配关系，要求既不能使燃煤在风量不足的情况下燃烧而产生CO，又不能有过多的过剩空气而增加热耗，窑尾烟气中O2含量宜控制在 1.0%∽2.0%。

为了确保各参数显示的准确性，我们在管理上做到：随时检查确认测压孔是否畅通，热电偶保证完好且表面无结皮；窑尾斜坡堆料及时清理，烟室和缩口不结皮，窑尾各捅灰孔、人孔门进行优化改进，尾部密封圈采用摩擦片的基础上外加一圈软式密封体，保证各部位无明显漏风，生产中无需打开的孔或门，一次性密封严实；斜坡主要部位设置多个空气炮，所有空气炮设为自动循环控制，每天按时定检，保证完好；每次停窑检修都要对烟室、缩口等各部位浇注料烧损情况进行跟踪，以便了解各部位尺寸的变化，使之指导生产调控；窑尾高温气体分析仪探头做到每 2 小时至少清理一次。 

无论是半离线型还是在线型分解炉，来自次高温级（C4）的高温料流下冲势能较大，窑尾缩口应具有 25m/s以上的喷腾风速，否则，生产中难免会发生物料未经分解而短路直接入窑的情况，这点在无数次的生产实践，特别是点火升温投料过程中已得到证明。如果一些生产线在该部位漏风情况比较严重，通风面积设计以断面风速 30m/s 左右为宜。另外，缩口高度应适中，一般在650mm∽1200 mm 之间，使之在形成稳定的柱塞流的同时，兼顾阻力损失；四个角圆滑过渡，使气流均布，避免产生死角，减少结皮。

烟室与缩口之间连接要过渡渐进，杜绝形成平台阶，以减少阻力损失，且不易结皮。烟室要发挥收集窑内飞灰的作用，断面风速不能大于10m/s，宜控制在 8m/s 以内。斜坡表面要平整，斜度≥50°来自 C5 的生料入窑时，最好从正背面顺着斜坡溜入窑内，尽量避免侧面入窑方式。

窑尾进料斜坡至拱顶的通风断面受到窑转动和进料舌头的影响，通风断面难以大幅度增大，往往成为众多生产线的瓶颈部位。风速高，必然引起生料入窑不畅和大量飞灰，通风受阻，结皮堵塞几率增加，产能下降。实践经验表明，烟室结皮量与窑尾拱顶风速高低呈正比关系，此风速如能控制在 10m/s 以内是较为理想的。

筑炉是窑工艺生产管理中相当重要的一项工作，在某种程度上决定了窑系统的安全性、稳定性和尺寸精确性，特别是新建生产线或停窑大修时，往往都要靠筑炉来消化安装方面存在的不足，把住最后一关，满足工艺结构要求。因此，应引起工艺技术人员的高度重视和全程跟踪确认。就窑尾而言，以下几个部位的施工管理特别要做到精细化的程度。

窑尾缩口施工。该部位主要特点是天圆地方，需要合理的过渡，并确认清楚方、圆部位通风断面的一致性；有膨胀节和多个捅灰孔，锚固钉布置、架模和浇注都需要多层次进行，日常人工清堵频次较高，工况风速快，内壁磨损大，材料需要有足够的高温结构强度和耐磨性能。如检查督促不力，由于施工技能及责任心等原因，极易造成膨胀节被浇注失效，捅灰孔堵死而日常清理困难，表面起台阶形成死角而阻力增大、结皮增多，上下尺寸不统一而达不到工艺要求等严重后果。因此，施工的每一个程序都要处于受控状态。

窑尾烟室施工。烟室除了起到上下连接和稳流的作用外，主要发挥沉降室的功能，尽量避免入窑物料经缩口二次返混到分解炉内，施工控制的关键点包括同 C5 下料管、下料斜坡和缩口之间的有机衔接，避免死角和起台。因此，应具有足够的横断面积和保温性能，常采用抗结皮高性能浇注料。值得注意的是，由于该部位常常有一层导热系数较低的结皮层，壳体表面温度并不高，为了增大空间断面积，5000t/d 规模以下的总衬厚设计可由常规的 300mm 左右优化为 230∽250mm，即 80mm 硅酸钙板配套 150∽170mm 的工作层，使工况断面风速进一步降低。

窑尾下料斜坡及拱顶施工。主要功能就是将来自 C5 级生料顺利的送入窑内，尽量避免同窑气流相碰撞而产生粉尘飞扬返混。结构设计时应重点解决的几个方面包括：C5 级生料入窑时要同斜坡角度一致，假如因安装设计等原因出现错位时，应在两者中间增设撒料盒，其底部同斜坡浇注成同一平面，以保证生料顺畅入窑；斜坡衬厚设计宜薄不宜厚，衬料越厚，空间断面越小，拱顶断面风速越高，根据实践经验，总衬厚控制在 200 mm 以内较为理想；拱顶浇注成与下料斜坡相平行的倒角，减薄耐火衬厚度，减少气流阻力。

窑尾工艺参数显示相对真实准确。消除了因热电偶结皮造成温度虚低、测压孔堵塞而压力失准以及气分仪探头堵塞而采样失真等误导生产的情况发生，给操作调整提供了有用的在线信息，无形中降低了生产成本。

窑尾漏风问题得到改善，基本避免了人为因素造成漏风的情况。

窑尾漏料问题得到解决。除了偶尔因煤质波动等原因形成后结圈及其料球、物料填充率过高而出现漏料现象外，彻底杜绝了结构原因造成的漏料现象，减轻了安全环保工作的难度。窑尾结皮积料问题基本解决，进料斜坡很少堆积料，极少出现因结皮积料影响生产的情况发生，在一定程度上为提高窑系统的连续运转率提供了有利条件。产能不变的情况下，系统阻力降低，高温风机等主要设备负荷得以降低，煤耗、电耗等主要经济技术指标进入良性循环，各生产线产能都不同程度的超过了设计指标。

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作者：水泥资料
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来源：《水泥资料》

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