1 设计
青海水泥厂扩建工程地处我国西北地区(海拔高度2430m)，空气稀薄(密度1.09kg/m3)，空气中含氧量低(15%)，这些对燃料的燃烧、通风和压缩空气的压力、风量及电气设备的绝缘等产生很大影响。
1.1 主机设备
主机设备见表1(表中生产能力为青海地区设备设计能力)。
表1 青海水泥厂扩建工程主机设备表 序号
设备名称
型号规格
能力
数量/台 备注
1 石灰石破碎机
(一段)
颚式900×1200；进料粒度<650mm；
出料料度150～180mm 200～300t/h 1
新老线合用 2 石灰石破碎机
(二段)
锤式900×1200；进料粒度<650mm；
出料料度<20mm 200～300t/h 1
新老线合用 3 粘土破碎机 Φ1000×700出料粒度<30mm 25t/h
1
4 生料磨 中卸烘干磨Φ3.5m×10m配Φ3.8m离心旋风式选粉机；入磨粒度<20mm；产品细度：4900孔筛余8%～10%；出磨生料水分<0.5% 75t/h
1
5 回转窑 Φ3.5m×54m；窑体最高转速：3.284r/min；窑体斜度：3.5% 1000～1200t/d 1
大窑头罩 6 预热器和分解炉 HF5/1000
一级旋风筒：2－Φ3500
二级旋风筒：1－Φ4800
三级旋风筒：1－Φ5200
四级旋风筒：1－Φ5200
五级旋风筒：1－Φ5200
分解炉：Φ5740×15000 1000～1200t/d 1
带分解管道 7 熟料冷却机 富勒篦冷机603H－806H－1025H
篦床有效面积：31.6m2
进料温度：1371℃；
出料温度：65℃＋环境温度 1200t/d 1
8 余风除尘器 玻纤袋除尘器CXS－Z－2×6(F)
阻力：ΔP=800～1200Pa
入口温度：<250℃;
入口浓度<70g/m3
出口浓度<100mg/m3 处理风量：2×105m3/h 1
9 窑废气除尘器 电除尘器BS78026/12.5/3×8/0.4
电场横断面积：134.68m2
入口烟气温度：120℃(最高300℃)
除尘效率：99.87% 处理风量：3.24×105m3/h 1
10 水泥磨 管磨机Φ3m×11m配Φ3.0m离心旋风式选粉机；入磨粒度：<20mm；产品比表面积：300～340m2/kg 525号大坝：35t/h
525号普硅：37t/h 2
11 包装机 TEM(Ⅱ型)8嘴回转式 80～100t/h 1
1)青海水泥厂石灰石质量不太均匀，矿山夹层较多。若建设预均化堆场，需要花费大量资金。扩建工程设计了预均化圆库从石子入库和出库方式上解决石灰石均化问题，且圆库施工方便，投资低。
2)生料配料在设有4台定量给料皮带秤(大坝水泥采用石灰石、粘土、炉渣、铁粉或石灰石、炉渣、石英砂、铁粉4组分配料；普通水泥采用石灰石、粘土、铁粉3组分配料)的配料站进行。QCX生料质量控制系统由X荧光分析仪以及质量控制计算机等组成。控制出磨生料化学成分和率值的标准偏差。
3)生料制备采用Φ3.5m×10m中卸烘干磨，配备Φ3.8m离心旋风式选粉机闭路系统。烘干热源来自预热器排出的废气。该粉磨系统技术成熟可靠，对原料适应性强，掺加石英砂对其影响不大。生产能力为75t/h，生料粉磨电耗为22.5kWh/t。
4)生料均化通过1座Φ15m多股流均化库进行，均化电耗0.5kWh/t，均化系数5～8，控制出库生料的CaCO3标准偏差<0.25%。
5)生料入窑喂料系统由称重仓、电动流量控制阀、固体流量计及气力提升泵等组成。
6)熟料烧成采用HF5/1000五级旋风预热器分解炉和Φ3.5m×54m回转窑，生产能力为1000～1200t/d，熟料烧成热耗为4060kJ/kg。
设计充分考虑了青海空气稀薄对预热器内物料分散预热的影响及对分解炉内燃料燃烧的影响。HF5/1000型预热器分解炉工作原理类似于FLS型预热器分解炉，但其有自身技术特点:
①采用高效低阻旋风筒，截面尺寸相对较小，对截面风速适应范围大，旋风筒截面风速可在4～7m/s范围内保持较高的分离效率和较低阻力，有利于系统在不同能力下生产。
②采用喷腾型分解炉，在分解炉出口与四级旋风筒进口间增加鹅颈管，其主要目的是进一步增加物料在高温气体中的停留时间，提高物料入窑分解率。气体在分解炉与鹅颈管内停留时间合计达到4.88s，保证了煤粉在炉内充分燃烧。
③一级旋风筒设有2个(FLS型只设1个)，有利于提高一级旋风筒分离效率，降低预热器出口废气中的含尘量。
④五级旋风筒增设内筒，提高其分离效率，减少物料内循环和热损失。
⑤2～5号旋风筒采用瓦片式内筒，检修更换方便。
⑥各级翻板阀结构合理，热态下动作灵活，锁风可靠。
⑦对不同部位的旋风筒内筒、翻板阀阀板设计不同材质，既保证其使用寿命，又节省费用。旋风筒内筒、翻板阀阀板自投产一年半来没有发生变形现象。
回转窑是尾部传动，采用液压挡轮技术，窑头和窑尾密封有效可靠。
出窑熟料用富勒水平推动篦式冷却机冷却，冷却机采用厚料层技术操作，冷却效率高。
窑与分解炉的用煤均采用引进的环状天平型流量计(粉研秤)进行计量及定量供给，并配套自动控制系统，流量调节方便、准确、稳定；窑用燃烧器采用引进的四通道喷煤燃烧器，煤粉燃烧完全，火焰调节方便，一次风用量少。
窑系统的通风采用专为青海水泥厂扩建工程加工制造的高温风机，特别考虑高海拔的影响。
7)水泥粉磨采用2套闭路粉磨系统，2台Φ3m×11m水泥磨各配套1台Φ3m离心旋风式选粉机，其粉磨效率较高，调节水泥细度方便。2套系统生产能力大(70～75t/h)，根据水泥销售情况，灵活操作，便于使用低谷电，降低生产成本。
8)水泥包装用8嘴回转式包装机，包装能力80～100t/h，系统运行可靠。
9)设计特别注重环保除尘，所有可能扬尘点均设置除尘器，除尘设备大都是引进国外技术制造。烧成系统与生料粉磨系统合用1台电除尘器，除尘效率99.8%，熟料冷却机余风采用专用玻纤袋除尘器；煤磨系统采用专用MDC防爆型煤磨袋除尘器；水泥粉磨系统和水泥包装系统均采用气箱脉冲袋除尘器，这些袋除尘器除尘效率均在99.8%～99.99%以上，保证排放达标。
1.3 电气和生产过程自动化
扩建工程从石灰石均化与储存、生料配料站至水泥粉磨系统采用DCS集散式计算机控制系统，对此工艺段生产设备和生产过程进行控制和监视，其余工艺段和辅助车间采用常规的仪表控制，生料配料采用QCX生料质量控制系统。
扩建工程的电气自动化投资较少，运行可靠，操作生产管理方便，有利于稳定工艺参数和生产过程，保证生产设备安全运行，有利于节能降耗，提高产质量和经济效益。
1)对有关电气设备，尤其是容量大的电气设备，提高绝缘等级，增加散热补偿。设计中电动机采用变频调速控制技术取代易出故障的滑差调速电动机。其余电气按常规设计。
2)为减少生产过程中人为因素的干扰，保证生产过程的正常运转，扩建工程选用美国HONEYWELL公司生产的DCS分布式计算机控制系统。系统分为3级:现场级、控制级和管理级。
现场级分成4个现场站:原料系统(控制生料配料、生料粉磨以及生料输送)、生料均化及喂料和窑尾系统(控制生料均化库、窑尾生料喂料系统、窑中以及窑尾预热器分解炉及废气处理系统)、窑头系统(控制煤磨系统、窑头和分解炉的喂煤系统、冷却机系统、余风系统以及熟料输送系统)、水泥粉磨系统(控制2个水泥粉磨系统)。
控制级位于中央控制室，由控制计算机对被控工艺段的有关热工、生产过程参数进行全面的控制。
管理级是可以通过管理计算机进行编程，显示历史趋势曲线参数棒图、统计表格、事件和报警等，并管理打印机打印有关资料。
3)采用引进的多道X荧光分析仪(可分析Ca、Si、Al、Fe、Mg、Na、K、S、Cl9个元素)和计算机组成的生料配料系统。此系统不仅可控制生料配料的3个率值，而且能对生料、熟料和水泥等进行成分分析。
2 生产调试
扩建生产线于1998年8月下旬起对第1台设备进行单机试车，2个多月单机、联动、负荷试车完毕，于1998年10月25日回转窑点火，对窑系统进行烘干。1998年10月28日窑系统正式投料试生产。
原料系统、生料制备系统、水泥制成系统及包装系统在克服了常见设备故障后，先后顺利达标。其中生料磨平均台时产量75t/h以上，出磨生料TCaCO3合格率71%以上，出磨生料细度合格率85%以上；水泥磨平均台时产量46t/h以上，出磨水泥SO3合格率99%以上，出磨水泥细度合格率99%以上。实际上在日常生产中，生料磨台时产量常达85t/h以上；水泥磨台时产量常达50t/h以上。
烧成系统点火投料2个月即达标，3d生产熟料3361.2t，烧成平均热耗3821kJ/kg，fCaO(<1.5%)合格率90%；点火投料半年多月达产，1999年5～6月，月产熟料25600t。在日常生产中，经常3d达标，并有几个月达产，回转窑台时产量常达50t/h以上。
在生产调试中，扩建生产线亦遇到了一些问题，现总结如下供参考。
2.1 投产初期系统无法连续投料，止料止烧频繁
1)衬料烘干时间短。系统衬料从点火烘干到投料只有3d时间，衬料内部残留大量水分，投料后，预热器分解炉系统、窑系统衬料继续蒸发残留水分吸热，系统各部位温度偏低，使物料不能很好地预热、分解和烧成，这样回转窑只能打慢转止烧。
2)系统通风不够。投产初期，认为投料小，不需要大开高温风机风门，高温风机转速也不需要提得太高。这时系统工作状况不好，物料在预热器分解炉内悬浮不好，预热分解效果差(入窑生料分解率只有60%～70%)，造成窑内烧成困难，只得止料止烧。
3)系统拉大风过早。刚开始投料时，篦冷机内无料或料温低，二次风温低，窑头煤燃烧状况不好，若系统拉大风过早，将进一步降低窑前温，甚至将窑头火焰拉灭，使熟料无法烧成，影响投料。此时只能关小高温风机风门，降低高温风机转速，重新升温，投料。
4)没有掌握投料量与窑速间关系。受老线立筒预热器窑操作习惯影响，投料后没有及时提高窑速，使窑内物料越积越多，窑负荷越来越大，有时候使窑主电动机超负荷跳闸，无法继续煅烧。
2.2 投产初期预热器堵塞频繁
堵塞部位发生在三～五级筒下料管及锥体及窑尾烟室内。
1)长时间止料止烧，使系统各部超温操作，投料后使物料发粘而引起堵塞。
2)系统通风量不足，物料在预热器分解炉内悬浮不好，有时有塌料现象而引起堵塞。如发生在三级筒的堵塞大多由此引起。
3)窑头不完全燃烧引起过多的煤粉被带到窑尾烟室沉积在入窑生料内二次燃烧，使入窑生料超温粘结甚至出现液相而产生窑尾烟室堵塞。产生原因是窑头用煤量过多、窑内通风不畅或前温低。
4)分解炉不完全燃烧引起过多的煤粉被带到五级筒甚至四级筒内二次燃烧，使筒内生料超温粘结甚至出现液相而产生旋风筒下料管及锥体堵塞。
5)热工制度长时间不稳定，致使系统局部高温而引起各种堵塞。
预热器堵塞问题发生在投产初期3个月内，随着对生产操作技术的掌握，生产逐步转入正常，堵塞事故基本得到根治。
2.3 窑内结蛋结圈
这个问题发生在投产后第6～第7月间，每次投料后2～3d，在窑内过渡带部位即出现物料结蛋现象，并伴随烧成带后圈产生，蛋在圈后，这样料球无法越过结圈，而且越滚越大，结圈越结越厚，有时结后圈处净空直径只剩1m，而结蛋直径却可达1.5m，严重影响系统通风；大量物料积聚窑内，使窑负荷加大；蛋的滚动也严重磨蚀了窑衬，使该段筒体温度过高。结蛋结圈无法用改变操作的方法来消除，最后只得停窑处理。
根据经验，窑内结蛋结圈一般与生料化学成分、生料与煤的有害成分和操作方法等有关。在排除了生料与煤的有害成分及操作方法的影响因素后，得出窑内结蛋结圈主要是由生料化学成分变动引起。
在投产后前6个月，根据投产前确定的配料方案煅烧生料时，窑内无结蛋结圈现象。但这段时间内，窑煅烧出的黄料较多，于是，化验室改变了配料方案(实际上黄料是操作不稳引起)，在这以后的2个月内即发生窑内结蛋结圈现象。找到原因后及时修改了配料方案，结蛋结圈问题得到根治。
结蛋结圈前后配料的熟料率值见表2。
表2 结蛋结圈前后配料熟料率值表 时间
KH
SM
IM
结蛋结圈前(1998－11～1999－04)
0.89±0.02
2.50±0.10
1.50±0.20
结蛋结圈(1999－04～1999－06)
0.92±0.02
2.10±0.10
1.00±0.20
结蛋结圈后(1999－06～)
0.89±0.01
2.40±0.10
1.40±0.10
2.4 窑内衬砖寿命短，更换频繁
在投产后近1年内，窑内衬砖爆头、烧蚀现象严重，烧成带衬砖寿命长则1个月，短则十天半月，并发生几次红窑事故。更换衬砖需要时间长，严重影响窑的运转率。
1)投料前没有按烘窑温度曲线烘窑，烘窑时间仓促，投煤烘窑过早，发生了耐火浇注料爆裂现象。
2)投产伊始，开停窑频繁。停窑后，窑系统没有按照窑冷却制度冷却；开窑后，窑系统没有按照烘窑制度烘窑，衬砖热胀冷缩强烈，造成衬砖爆头。
3)窑衬砖质量差。缺边缺角严重，耐火度、抗热震性较差是造成窑内衬砖寿命短的重要原因。
4)对引进的四通道喷煤燃烧器掌握不够，存在刷窑皮现象。
随着窑操作技术的掌握，窑内衬砖使用寿命有所提高。
2.5 设备运转率低
投产头3个月，设备运转率只有29.93%。
1)操作不当。如操作不当引起预热器分解炉系统堵塞、窑衬损坏、篦冷机堵料等导致停窑频繁；投产刚开始，操作不熟练，不该停窑时停窑。
2)配料控制不当引起窑内结蛋结圈现象频繁，停窑处理时间长。
3)受国内加工制造和安装水平限制，一些设备、材料制造质量较差，一些设备安装质量较差，出现故障多。如喂煤Φ146螺旋泵叶片经常磨损；生料均化库下及窑尾喂料仓下卸料装置下料不稳；一些电动执行机构失灵及窑衬寿命短等都能导致停窑。
4)生产管理没有及时跟上，对设备不重视维护保养，只是事后处理，经常处于被动；不重视备品备件配备，影响设备及时维修。
1999年下半年，工厂认识到设备运转率为实现年达产首要影响因素，改变了生产管理方式，将设备管理制度化，加强了设备维护保养，做到事先检查，按计划检修，并重视备品备件配备。伴随着窑操作技术的熟练，设备运转率在1999年10月份提高到了81.32%，熟料产质量也有很大提高。
3 结语
青海水泥厂扩建工程是“八五”期间青海省唯一的大型工业项目。它的建成，弥补了青海省对结构用水泥及大坝水泥的需求缺口，有力支援了青海的经济建设。生产实践表明，青海水泥厂扩建是成功的。
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