众所周知,由原、燃料中所带入的碱、氯、硫化合物会在窑系统（回转窑和预热器）内部循环和富集。窑内的碱大概在800℃以上开始挥发。但是，碱的最耐温的那部分，会留在熟料中并以如下矿物出现：KC23S12，NC8A3，KC8A3，K2SO4，Na2SO4。挥发的碱到达预热器中温度较低区域时会凝结在温度较低的生料中，K2O在预热器中的冷凝率高达81～97%,而Na2O的冷凝率则较低。冷凝的碱随预热生料再次来到温度较高的窑内，并再次挥发，这就是所谓的碱循环[1]。
在新型干法窑的操作中，由于煤粉细度过粗以及操作不当等原因，往往会造成煤粉不完全燃烧，使得最低一级旋风筒内温度过高，从而导致旋风筒锥部结皮堵塞，严重时还会引起窑尾烟室部位结皮堵塞，从而严重影响窑的正常操作。由于各种碱化合物的熔点大致介于360～1074℃之间，大部分碱化合物的熔点与预热器最低级及窑尾烟室温度相近，此时若生料中的有害成分（碱、氯、硫）过高，将会使结皮情况更加恶化。
煤粉过粗和操作不当可以通过加强管理和操作等主观努力得以解决，而生料和燃料中的碱、氯、硫含量的高低往往受地域等客观条件的限制，不易改变，若通过主观努力，仍无法找到合适的原燃料，则为了生产合格熟料，旁路放风不可避免。由于碱、氯、硫化合物会在窑尾系统富集，若在此放出部分窑气，破坏它们在系统内的循环，可以有效降低熟料中的碱、氯、硫含量，满足生产优质低碱熟料的需要。
2.设置旁路放风的条件
一般认为，当生料中总碱量（K2O+Na2O）>1%,氯（Cl-）含量>0.015%或生料中的硫碱摩尔比MolSO3/(MolK2O+0.5MolNa2O）>1时,就可能影响窑的正常操作，此时，采取适当的旁路放风措施是解决有害组分循环，降低熟料中有害组分的切实可行办法。
3．旁路放风量的计算
一条水泥生产线的配料方案一旦确定，就可以根据所要求生产熟料品种的不同，确定合适的放风比例。
由于旁路放风会带来额外的热耗增加，计算表明，每1%的旁路放风会带来3～4kcal/kgcl的热耗增加。因此，如何确定合适的放风比例，既能使系统正常操作又不过分增加热耗，就显得至关重要。
Weber 基于有关假设，推导出碱循环系数K的计算公式[2]：
K-1=ε1（1-V）/[1-ε2（1-V）] （1）
碱减少量的公式是：
△A=（K-1）[V/（1-V）] （2）
上述两公式中（假定碱全部来自生料）：
（K-1）—碱循环量；
ε1—生料中碱的挥发系数；
ε2—选环碱的挥发系数；
V —旁路放风量加不冷凝于预热器的碱；
△A—熟料中碱的减少量。
上式是同样适用于硫化物和氯化物的计算。
表1中列出了几种典型物质的挥发系数：
表1
项目
ε1
ε2
不加Cl-
加Cl-
K2O
0.4～0.6
0.6～0.8
0.9
Na2O
0.35～0.5
0.5～0.6
0.8
SO3
0.9
0.9
0.9
Cl2
-
1
1
举例说明如下，某厂生产OPC水泥,配料计算结果如表2、3、4。
表2 生、熟料化学成分
项目
Loss
SiO2
Al2O3
Fe2O3
CaO
MgO
SO3
K2O
Na2O
Cl-
生料
34.82
14.23
3.33
2.38
42.81
0.48
0.93
0.759
0.169
0.0226
熟料
0
21.84
5.12
3.65
65.7
0.74
1.42
1.16
0.26
0.0347
表3 生、熟料率值
项目
LSF
SM
IM
项目
LSF
SM
IM
生料
94.4
2.5
1.4
熟料
94.4
2.5
1.4
表4 熟料矿物组成(%)
C3S
C2S
C3A
C4AF
CaSO4
57.85
18.95
7.36
11.10
2.41
计算K2O( Na2O)的减少量，假定ε1 =0.5(0.45), ε2 =0.9(0.8), 旁路放风量为10%，则 由式（1）（2）可知：
表5
旁路（%）
K2O
Na2O
K-1
△A
K-1
△A
10
0.5×0.9/[1-0.9×0.9]
=2.37
2.37×(0.1/0.9)
=0.263
0.45×0.9/[1-0.8×0.9]
=1.45
1.45×(0.1/0.9)
=0.161
从表2可知,熟料中K2O=1.16%, Na2O=0.26%,采取10%旁路运行时,则在熟料中相应含量为:
表6
旁路（%）
K2O
Na2O
10
1.16×(1-0.263)=0.855%
0.26(1-0.161)=0.218%
因此,熟料中总碱量为:0.659×0.855%+0.218%=0.78%,可满足ASTM标准生产OPC水泥的需要。
4．旁路放风对预分解系统设计的影响
旁路放风会给系统带来额外的热耗和料耗的增加，资料显示，每1% 的旁路放风会带来约相当于0.1%生料的窑灰损失[3]。由于此部分窑灰有90%以上的分解率，因此在计算热损失时，除考虑窑灰带出的显热外，还必须考虑此部分窑灰分解的所消耗的热量，此两部分热量加上旁路热烟气带出的热量损失，即为旁路放风带来的热损失。
在预分解系统设计时，应根据旁路放风的特点，对与此相关的预分解系统部分的设计予以足够重视。
（1）窑尾烟室缩口的设计必须考虑在放风后，有足够的风速；
（2）要获得与不放风系统同样产量，必须考虑将旁路带出的热损失由分解炉补充进去，也即分解炉必须加大容积；
（3）旋风筒、上升管道等处的尺寸应根据旁路放风后的实际情况进行修正。
5．旁路放风系统工艺流程选择
在旁路放风系统的相关计算完成后，就要选择合适的旁路放风工艺流程。
5.1 旁路放风点的选择
旁路放风点的选择一般基于以下原则:
(1)抽取点是有害物质富集较多的地方；
(2)抽取点的入口处要有合适的风速，一般取10m/s以下，这样既能保证一定的粉尘表面积供气态物质凝结之用，又不带来过多的粉尘损失。
(3)抽取点的个数可根据放风量的多少取一点或两点。
(4)基于以上原则，在窑尾烟室合适位置选取放风点。
5.2 典型的工艺流程
图1 旁路放风工艺流程
1、 骤冷风机 2、混合室 3、冷风阀 4、袋收尘器 5、引风机
6、7、FU 输送机 8、提升机 9、窑灰仓 10、卸料装置 11、螺旋输送机
12、F-K 泵 13、散装头14、15 单机收尘器
在抽取点附近，通过骤冷风机1鼓入合适风量，在涡旋混合室2内与热气流进行充分热交换，出混合室的气流温度一般控制在350~400℃左右，此气流通过进一步加入冷空气或通过收尘器4前的热交换器冷却到220℃左右，经袋收尘器处理后排放。收集下来的窑灰根据具体情况或掺入水泥磨中或丢弃。
6．结语
旁路放风技术，国外已较为广泛地应用，特别是在美国，在生产低碱水泥时，往往采用该技术；在国内，一般都强调通过选择合适的原料，而尽量避免采用放风技术，因此，国内对旁路防风技术的研究和实践并不多。由于我国进入国际市场的需要，有些地区，如中东地区，由于原料的中的碱、氯含量较高，采用旁路技术就不可避免。因此，加强对该技术的研究和应用，是我们广大技术工作者义不容辞的责任。
参考文献：
[1][2][3] 华新水泥厂编译组，《国际水泥工艺资料集》（增订二版）
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