浅析海拨高度对水泥厂工艺设计的影响

周涛

摘要：本文就海拔高度因素对水泥厂工艺设计的影响做了分析。国家和社会的发展建设离不开水泥等建筑材料的贡献。水泥厂中工艺设计对于水泥厂的生产效率和产品质量都有非常大的影响。由于我国地形复杂，不同地区的海拔高度差异较大，所以研究海拔高度对水泥厂工艺设计的影响能够更好地提高水泥厂的生产效益。

关键词：海拔高度；水泥厂；工艺设计

1.高海拔对水泥厂工艺设计的具体影响

1.1高海拔对气压及风机选型的影响

我院设计的华新水泥（西藏）有限公司30001/d新型干法水泥熟料生产线扩建项目，海拔高度3534m，代人公式（1）计算可得本项目大气压约为海平面大气压的2/3。

对于工艺风机选型来说，必须保证系统的气体质量流量G（kg/h或m3/h）与海平面相同。对于高海拔地区，这就需要提高系统的气体体积流量。同时由于系统内的流动阻力也发生变化，因此系统内的ID風机以及篦冷机风机、窑头排风机等工艺风机必须根据需要的风量和风压重新选型。

1.2高海拔对燃料燃烧的影响

新型干法水泥熟料的制成可分为两个阶段：主要发生在分解炉内的生料碳酸钙分解和发生在回转窑内的熟料烧成，而这两个阶段都需要燃料燃烧来提供适宜的高温环境。因此，燃料的着火时间、燃烧速度以及燃烧温度对水泥熟料的制成就显得尤为重要。空气中氧气占比基本保持恒定，不随海拔高度变化而变化，但由于空气压力、温度和密度服从理想气体的状态方程，即在一定温度下，空气密度与大气压力成正比，因此高原地区空气密度低，氧含量也随之降低。这对燃料的着火时间、燃烧速度有很大影响。空气密度低同时使得其对流程度降低，热量传导减慢，这对于生料分解及窑内熟料烧成来说是非常不利的。由于受到气压影响，使得空气的传热系数急剧下降，导热程度受到严重的影响，这对于水泥厂的工艺设计来说是非常大的影响。

1.3高海拔对熟料冷却的影响

对于新型干法水泥熟料生产线，熟料冷却一般采用篦式冷却机。对于篦式冷却机，气流垂直通过填充床，其雷诺数为：

当篦式冷却机工作气压改变时，流体阻力只和流速及气体的密度有关。随着海拔的增高，篦冷机气压相应降低，若要保持与海平面地区相同的产量，篦冷机内气体体积必然增大，从而导致篦冷机冷却风速变大，系统阻力变大，篦冷机与高温熟料的换热时间缩短，导致篦冷机换热效率降低，容易导致出篦冷机熟料温度过高，同时无法保证二三次风风温，最终导致热耗升高。

2.降低海拔高度对水泥厂工艺设计的影响的有效措施

2.1优化工艺设备配置，满足工艺要求

水泥厂的制造工程从本质上来说是一系列的化学反应，通过这些化学变化来达到制造水泥的目的。在这一过程中，水泥厂的工艺设计会受到多方面因素的影响，其中，海拔高度就是非常重要的一个影响。在高海拔地区，会由于气压的问题使得相同质量流量的气体体积流量增大很多。为保证正常的工艺要求，需要合理优化工艺设备选型，对工艺风机流量压力等参数选取适宜的修正系数，在保证满足工艺生产的前提下，尽量减少电耗的增加。同时，需要进一步创新水泥的设备制造工艺，积极寻找高效的水泥制造路径，提高高海拔地区水泥制造的化学反应效率。

2.2保证燃料的充分燃烧

不论是生料分解还算熟料烧成，都需要燃料的充分燃烧才能保证。而高海拔地区较低的大气压和空气氧含量都对都燃料着火时间、燃烧速度以及燃烧温度有不利的影响。为了降低这些因素的影响，需要采取必要的措施，如适度增大窑头一次风风量，保证窑内高温区的氧含量；优煤粉燃烧器设计，保证火焰温度及良好的火焰形状；分解炉锥部燃烧器采用多点喷煤，多点喂料，保证燃料充分燃烧的同时，增进燃料与原料混合，提高生料分解速度；适度增大分解炉有效容积，保证生料在炉内的停留时间，进一步使其充分分解，从而提高生料入窑前的分解率，提高水泥的生产效率。

2.3增强换热效率，做好水泥冷却

生料在各级预热器内与高温上升烟气的充分混合换热对于生料的碳酸钙分解具有重要意义，只有增强换热，才能保证生料入窑前的分解率。我院设计的适宜高海拔地区的五级高效悬浮预热器，在增大分解炉炉容的同时，增大各级悬浮预热器下料管斜直段长度，保证生料进入撒料台的线速度，使其进入下一级旋风筒上升管道后充分打撒，与热烟气换热更加迅速完全，从而提高生料入窑前的高分解率，提高水泥的生产效率。

经过回转窑内高温烧制的熟料，需要骤冷处理才能保证具有较高的活性和水硬性，这样生产出的水泥才能满足工业制造中的要求。不同水泥厂所处的海拔高度不同，这必然会对熟料冷却过程造成一定的影响，在高海拔地区，由于大气压低，空气密度低，气体流动性不足，使得篦式冷却机不能很好地进行熟料冷却，同时热量回收效率大大降低。想要降低海拔高度对于熟料冷却的影响，就需要改良篦式冷却机设计，保证熟料料垫的稳定性，同时优化篦冷机的风机配置，适度增大风机压力和风量，在尽可能不降低二三次风温前提下，保证熟料在出篦冷机后降低到适宜的温度，保证熟料质量的同时，得到合理的熟料烧成热耗。

3.总结

本文就海拔高度对水泥厂工艺设计的影响做了分析。由于高海拔地区的气压不足，空气氧含量低，会影响水泥制造的化学反应过程，燃料燃烧过程和换热效率。优化工艺设备配置，提高反应进度，保证燃料充分燃烧，增强换热及冷却效率是关键。