四川峨胜4600t/d新型干法窑提产降耗五大要素

  摘要：结合实际生产经验，阐述日产4600吨生产线实现提产降耗，从原料与生料稳定性、生料配方、设备运转率、燃料和燃烧器的调整以及精细化操作五大要素进行调整改进，取得明显效果。

  0  前 言

  我公司从事水泥生产已有20多年历史，自2008年到2010年与南京院合作先后建成5条4600t/d水泥生产线，其中设计产量为4600t/d，经过几年生产实践，产量大幅提高，超过设计产量的20%，同时各项消耗指标都处于领先水平。总结实践经验发现回转窑提产降耗直接受原料与生料稳定性、生料配方、设备运转率、燃料和燃烧器的调整以及精细化操作五大要素影响。

  1  原料与生料的均匀、稳定是提高熟料产能的首要因素

  1.1 原材料种类稳定

  水泥的原材料主要分为石灰质原料、粘土质原料、校正原料以及能够改善生料易烧性或者某种特别性能的原材料。由于地理位置的不同或者各个地方的岩土形成时间不同，使得各个地方的水泥原材料差别巨大，但是要做到提产降耗必须保证原材料种类稳定。我公司拥有自己的矿山，能够提供稳定的石灰石质原材料，同时，公司通过与固定的供应商合作以提高其它外购原料的均匀稳定性。

  1.2  原材料成分均匀稳定

  原材料成分稳定是提产降耗的前提，通过以下途径可以提高原材料成分均匀稳定性：

  （1）自有矿山的合理搭配开采和外买原料的固定供应；

  （2）设置专门的石灰质原料预均化堆场和辅料预均化堆场以提高原料的预均化；

  （3）外购原料必须经过破碎并达到控制粒度后才能进入预均化堆场进行预均化,同时质控人员必须及时掌握各矿点（包括外购矿点）的质量分布和稳定情况，以指导开采和搭配；

  （4）当原料发生变化时有专业人员督查搭配情况，避免出现不合格、均匀系数变异大的结果；

  （5）每个生产班组定时对配料站的各种原料库进行测量，保证各种原料库容在总库容的70%以上，这样可减小配料库内离析对原料成分的影响。

  1.3  生料成分均匀稳定

  生料成分均匀稳定，不仅可以提高熟料的质量，还对稳定窑热工制度、提高窑运转率、产量、降低能耗大有好处。我公司一条4600吨生产线配备两台HRM3400生料磨，通过均化库库容与磨机产能的合理搭配能够更加迅速调节生料成分波动，为生料成分均匀提供保障。窑灰对生料成分均匀性影响很大，我公司采用窑灰与生料一同进入均化库均化的方法减小窑灰对生料成分均匀性的影响。

  2  合理的配方调整是熟料生产的致命因素

  水泥生产素来有七分配料三分煅烧的说法，我们且不去讨论这个说法是否正确，但在新型干法水泥生产过程中配料的确相当重要，而稳定铁铝合量、兼顾生料的易磨性、易烧性和石灰极限含量都是配方调整的控制要点。

  2.1  铁铝合量的调整

  铁铝合量直接决定煅烧过程中液相量、表面张力、结粒情况以及熟料晶体发育成长情况。生产中，应合理设计熟料率值，在保证熟料烧结范围的同时控制合理的铁铝合量。铁和铝对液相的粘度和表面张力的影响程度是不同的，在注意合量的同时，不可忽略它们各自的影响。我公司根据原、燃料实际情况采取高铝配方，通过控制熟料铁铝合量以及熟料铝氧率，实现了铁铝的合理组合，同时在配方中适当增加铝含量以扩大煅烧范围，更利于提产降耗；不同公司可根据自身原、燃料特点控制不同的铁铝合量，但控制烧成温度时的总液相量在25%左右是非常必要的。

  2.2  生料的易烧性与易磨性

  生料的易烧性与易磨性是相辅相成的，一般来说生料易烧性好必然易磨性好，易烧性好则所需烧成温度低，这样不利提高熟料强度。在生产过程中，控制合理生料配方的同时应该兼顾各种原材料的变化，当一段时间内生料比较难磨、难烧时（例如石灰石矿山某个开采断面石灰石结晶度比较好或者外购砂岩结晶度有所变化）就应该在稳定熟料质量的情况下对生料配方进行细微的调整以稳定单位产品消耗；当生料易烧性好时,就应该根据熟料情况及时调整生料配方，防止因为烧成温度低而造成熟料质量差的情况发生。

  2.3 石灰极限

  硅酸盐水泥熟料强度与C3S含量有关，C3S含量高一般强度高，有时为了提高C3S含量就可能在配料时提高CaO含量，但在生产中应该避免这种情况，因为过多CaO在熟料中不能完全化合时就以游离CaO的形式出现,它的水化速度比较慢，体积膨胀大影响水泥后期安定性。实际配料过程中CaO极限含量变化与游离CaO变化关系如下：

  从上图可以看出如果CaO含量超过极限含量，则游离CaO偏高，所在实际生产中控制合理的CaO含量非常重要，提高熟料强度并不是直接提高熟料的KH，更应该综合考虑，所以在配方调整过程中必须兼顾石灰极限含量。

  3  高效的设备运转率是提产降耗的关键因素

  提高回转窑运转率对产量和各种消耗的影响特别大，系统越平衡稳定，指标控制就越优越。生产过程中可通过稳定窑内热工制度、精确设备计量准度、先进技术或设备的应用、提高各次故障检修质量以及加强设备运转过程中的维护实现回转窑运转率稳步提高。

  3.1  稳定窑内热工制度

  回转窑是一个输送传热的动态设备,其内部耐火砖在正常运转过程中会受机械应力、热应力和化学腐蚀的损害。稳定窑内热工制度能够稳定各种应力大小，延长耐火砖使用寿命，防止耐火砖脱落而影响窑筒体变形从而影响回转窑的正常运转。

  回转窑内耐火砖受到的机械应力包括径向剪切应力和轴向挤压应力。径向剪切应力主要来自于窑筒体在运行过程中产生的机械变形，而轴向挤压应力主要与回转窑自身3.5%-4.0%的斜度和回转窑内物料自窑尾向窑头运动有关，在设计和运转过程中可通过如下方法稳定各种应力大小：

  （1）回转窑设计阶段采取提高筒体厚度、加强轮带宽度等措施防止机械变形；

  （2）使用过程中加强对托轮的调整，公司每年会在冬、夏季节对托  轮进行调整，其目的在于防止气温的变化影响窑体轴线，改变各档的正压力大小，引起摩擦力的变化，破坏窑体的相对平衡；

  （3）防止喂料瞬间大起大落而引起轴向挤压应力发生巨大变化；

  （4）保证回转窑在正常范围内的上下滑动，定期检测窑基础的沉降。

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  现在的新型干法回转窑出窑熟料温度高、二次风温高、回转窑内火焰温度高，在这种情况下，回转窑内部耐火砖时刻承受着窑内高温热应力的剥蚀，在生产中可以通过如下操作减少高温热应力对耐火砖的损坏：

  （1）控制好每次停窑点火升温。任何一台窑都会因为不同原因引起停窑，且每次停窑时间和季节都不定相同，针对每次停窑制定不同的点火升温曲线，控制窑砖与窑筒体膨胀系数相适宜，确保窑内砖和筒体共同升温膨胀；

  （2）在工艺操作中，中控要保障窑皮的相对平整，如果出现结前圈或者长辅窑皮时应及时采取措施，避免窑出现大幅度振动而影响设备安全运行，造成不确定因素的设备故障。

  回转窑内部在进行熟料烧结时发生的是高温物理化学反应，这必然会对耐火砖发生化学腐蚀，而化学腐蚀中又以硫碱化学腐蚀最为严重，所以保证原材料的各种有害元素的含量在控制范围内是降低化学腐蚀最有效的方法。

  3.2  设备计量准度

  设备计量准度对设备运转率有很大影响。一般大型设备都会设置各种联锁以加强对设备保护，超过设定值时设备就自动跳停，设备运转中的各种温度、振动值都是设置联锁的主要参数，如果设备的这些计量数据准度出现误差则会导致设备经常跳停严重影响设备运转率。另外预热器系统压力计量准度也会对设备运转率造成影响，如果负压显示错误则可能造成预热器堵塞等严重影响运转率的事件发生。所以定时对设备运转过程中的各种参数的计量准度进行校正是提高设备运转率不可或缺的。

  3.3 先进技术或设备的合理应用

  先进技术或设备的合理应用是提高设备运转率的必要条件，我公司在生产中分别使用了如下先进技术或设备：

  （1）变频技术在各高压风机和篦冷机风机的使用；

  （2）配套余热发电项目；

  （3）生料转子秤和煤粉转子秤采用进口设备。

  3.3  故障检修质量

  可靠的检修质量是设备实现长久运转的保证，每次设备检修中应该从以下几方面提高故障检修质量:

  （1）必须充分了解设备存在的问题（内部、外部问题）；

  （2）针对设备存在的问题做详尽的检修计划；

  （3）检修后分级的质量检查。

  3.4  设备运转中的维护

  现在设备管理重在“管”而不再“修”，做好设备管理维护也就做好了设备运转率，生产中可以从如下几方面加强设备维护：

  （1）建立多级巡检制度，每一台设备每一班至少有三种操作人员对其进行巡检；

  （2）设备巡检过程中对各参数做详尽记录；

  （3）车间定期收集巡检记录进行检查；

  （4）设备管理部门定期对各台设备维护情况进行考核。

  4  燃料与燃烧器是提产降耗的决定性因素

  在实际生产中，窑头“一支枪”的使用直接决定了熟料产能情况，所以做好燃料与燃烧器的适应性是实现提产降耗的关键。

  4.1  燃料种类

  水泥窑常用的固体燃料有无烟煤、贫煤、烟煤、褐煤、石油焦渣、工业废料等。但是由于贫煤、褐煤以及石油焦渣在着火、燃尽、稳燃等方面存在一定的技术难题，容易导致水泥熟料的品质下降、热耗增加等因素，通常在水泥回转窑中不使用。现在使用更多的是烟煤，也有部分使用的是无烟煤，我公司使用的是烟煤与无烟煤的混合煤。但不论使用什么燃料，燃料质量必须稳定，不能过高过低频繁波动。

  4.2  喷煤管的调整

  喷煤管的调整最终目标就是做到火焰“短而不散、长而不细、活泼有力”。对于四通道喷煤管而言，中心风主要作用在于稳定火焰形状，防止火焰产生回流烧坏喷煤管头部；外风主要作用在于包裹火焰，通过高速气流产生射流卷吸高温空气促进固定碳的燃烧；内风主要作用在于产生旋流，将煤粉打散，增大煤粉与空气的接触面积；煤风的主要作用在于将煤粉输送入窑内，并提供挥发分燃烧所需要的氧含量，但其风速不能低于25m/s。所以四通道喷煤管的调整主要是通过调整内风、外风、中心风以及喷煤管的坐标得以保证火焰形状，调整思路如下：

  （1）煤粉灰分增加热值变低时应该增大内风并将煤粉细度控制偏低范围；

  （2）煤粉挥发分高时应该增加外风风量；

  （3）当煤粉挥发分偏低时应该增加内风风量，降低煤粉细度，同时适当将喷煤管退出一些，尽量使用高温二次风促进煤粉燃烧。

  （4）坐标的调整要求火焰顺畅，既不扫窑皮又不能触料以保证烧成带窑皮长度在窑内径的5.2-5.5倍左右，如果坐标靠近料层则造成顶料逼烧，未完全燃烧的煤粉包裹在熟料内，烧成带还原气氛严重，影响熟料质量；如果坐标离物料太远，则容易造成烧成带过长，形成低温长火焰煅烧，造成窑内三带分不清，影响熟料质量。坐标的合理位置主要通过窑筒体扫描曲线进行判定。

  （5）不同旋流风风翅角度对喷煤管的调节有很大影响。如下所示：

  当旋流角度增大时，旋流强度明显增加，更有利于低挥发分煤粉的煅烧。实际生产中可以要求生产厂家对喷煤管的旋流角度稍加改进以增强煤粉适应能力，我公司在2011年曾将喷煤管的旋流角度增大2-4度，从实际使用效果看是比较理想的。

  5  精细化操作是提产降耗的统筹管理必要因素

  精细化操作是实现提产降耗的必要手段，精细化操作的主题思想就是实现“风、煤、料、窑速的合理匹配，兼顾前后生产过程，控制窑头、窑尾及预热器系统温度、压力在合适范围，根据生料易烧性变化和煤质变化及时调整系统，始终稳定系统热工制度，实现窑的优质、高产、低耗”。

  生产中，风、煤、料、窑速是相辅相成，如果生料易烧性好，所需要的烧成温度低，同样产量时，则煤可以少用，风可以降低，窑速可以不动，但是风的使用量有一个下限，必须保证管道内的风速大于18m/s，从而保证系统不塌料；如果生料易烧性好时保证风、煤不动就必须及时提高产量和窑速以保证系统热工制度在合理范围。当煤质变化时，就不能只靠简单的风、煤、料以及窑速的合理匹配就能稳定窑内热工制度，更要配合喷煤管的调整才能稳定窑内热工制度。

  生产中前后兼顾主要是对生料的生产情况以及水泥的生产情况进行兼顾，如果生料生产发生波动时必须有相应的调整方案以保证窑内热工制度的变化情况最小，同时必须保证熟料冷却以适应水泥生产需要，实践证明采用高铝配方时必须使熟料急速冷却才能保证熟料质量。

  系统温度和压力的控制与风、煤、料、窑速的匹配也是相辅相成的，系统温度的产生都与煤有关系，煤产生热量又与温度和风量大小有关系，系统温度的变化直接是煤变化的外在表现，压力的变化直接是风量变化的外在表现，所以系统温度和压力的变化必然导致风、煤、料、窑速一起变化，只有这样才能实现优质高产。

  精细化操作就是将系统的各个参数进行细化以实现大风大料高转速的最优组合，但是不管如何组合都必须实现合理匹配、稳定窑内热工制度。

  6  结 论

  通过以上五大要素的控制和调整，我公司水泥熟料生产线的生产指标见表2。

  注：以上数据为全年平均值

  从上表可以看出，我公司经过不断积累总结，水泥熟料生产线的各项指标都处于先进行列。