固废综合涨姿势：水泥预分解窑与隧道窑异同

查看全部 · 发表于 2021-4-6 09:21:45

水泥预分解窑与陶瓷、砖瓦、耐材等所用的隧道窑之间或许风马牛不相及，但深入了解后会发现还是有很多相似之处的，而两者差异的根源在于气固过程，如预热、冷却等。了解、认识到这些问题后，有助于提高水泥预分解窑的认识。

（1）预分解窑与隧道窑的相同点

预分解窑与隧道窑都广泛用于硅酸盐产品的生产，生产过程的步骤非常相似：在完成原料粉磨后，预分解窑生产包括预热、分解、煅烧、冷却；在完成产品成型及干燥后，隧道窑内分为三个带，包括预热、烧成、冷却。从这个层面来讲，原料经过处理后，都需要进行预热、烧成与冷却，这是其相同点。也可能是所有需要煅烧的产品的相同点。

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同时，隧道窑也讲究不同位置温度、压力、气体成分的控制，如干燥后的砖坯等随窑车进入隧道窑窑头（这与水泥相反），然后经历预热、烧成、冷却过程，从窑尾出来。窑头烟气温度一般控制在150-200℃，每个企业不同，这可类比与预热器出口温度（由于预热器后续烘干的要求，温度不可能控制这么低）；窑尾冷却后的砖坯等温度一般控制在150℃以下，这与熟料出篦冷机相类似。

隧道窑内也讲究压力制度，需要控制零压车位在烧成带与预热带之间（水泥零压点则在冷却带）；隧道窑内预热带为负压，烧成带微正压、冷却带则是正压。

隧道窑也讲究气氛的控制，烧不同产品时对气氛的要求不同，如生产硅砖需要还原气氛，一般的砖则为氧化气氛。熟料则要求任何时候都要氧化气氛。

与此同时，隧道窑内NOx和SO2的产生也显著收到温度和气氛的影响，如某1800℃企业NOx浓度达到了近500mg/Nm3（氧气浓度为18%，如果换算到2%氧气浓度，则达到了近3200 mg/Nm3，远大于水泥窑一般烟室NOx一千多）；当烧成带出现还原气氛时，烧1400℃的企业，烟囱出口NOx可以低于50 mg/Nm3（氧气浓度为18%），但此时SO2就会显著增大。

但是，有几个指标非常值得思考：

① 隧道窑一次风（也就是水泥窑的二次风），温度一般只有200℃多点，而水泥窑二次风则可以达到1100-1200℃

② 隧道窑烧成带氧气含量即使只有1-2%，其出口（即窑头）就可以达到14-15%以上

③ 隧道窑预热带出口烟气温度一般都在200℃以下，甚至150℃以下，而水泥悬浮预热器出口烟气温度往往要在300℃左右（要知道隧道窑烧成带温度通常在1400℃左右，换热后烟气温度比水泥悬浮换热后还要低）

（2）预分解窑与隧道窑的差异

围绕上面三个疑问，想讨论下预分解窑与隧道窑的差异。

① 导致隧道窑一次风温度比水泥二次风温度低1000℃的主要原因在于隧道窑产品冷却是外界的气体和大块砖的换热，而水泥则是外界的气体与熟料颗粒（20mm左右）的换热。这是决定隧道窑一次风温度低的主要原因！与水泥相比，隧道窑砖尺寸更大，这就导致其毕渥数（Bi）远大于1，当砖表面冷却之后，内部温度依然很高；同时，隧道窑产品在冷却过程中还需要考虑冷却速度不能太快，否则砖会开裂，因此隧道窑冷却风速度要远远小于水泥篦冷机料层中的风速，从而决定其对流换热系数过小，冷却速度过慢。除此，还有换热面积的影响。相同时间内换热量小就决定了其助燃风的温度要显著低于水泥二次风。

为了保证制品最终的冷却温度，不得不鼓入大量冷风（当然，在冷却带上面也有抽热风风机，类似于水泥AQC锅炉风，保证进入烧成带的风不会过多），有时候引起进入烧成带风过多。

②和③ 这其实是一个问题，就是漏风的问题！与水泥预热器悬浮态换热相比，隧道窑预热带的换热速度显热更慢，这与其冷却速度慢一个道理（换热面积、对流换热系数均远小于悬浮态换热），同时其Bi数大，导致内外温度差较大。而在隧道窑运行时，由于窑体的密封问题、窑车与窑墙的密封问题、窑门的密封问题等，导致漏风量非常大。就如疑问③所言，烧成带氧气含量只有1-2%，而到预热带出口就可以达到14-15%。

当然，漏风量大有个好处是，提高了烟气在隧道窑内流动速度，这必然会增大对流换热系数（如果不漏风，抽这么大风的话，烧成带温度必然下降很多），从而有助于换热。但是这种方式非常不划算，后续可以考虑烟气再循环方式，将冷却带多余烟气循环进入预热带适当位置，从而既保证烧成带温度又能提高预热带风速。

由此可见，正是原料或者说半成品尺寸的差异，决定了两者在预热、冷却方面存在的巨大差异，如何在保证隧道窑产品质量基础上，提高对流换热系数是关键。

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