周紅戰(zhàn)，隋傳昂，張永富，王希武，商祥義

石灰石在水泥生料中的配比一般占80%以上，因此原材料中石灰石的品質(zhì)將直接影響到熟料的產(chǎn)質(zhì)量與燒成系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

燒失量又稱灼減量，是指坯料在燒成過程中所排出的結(jié)晶水、碳酸鹽分解出的CO2、硫酸鹽分解出的SO2以及有機(jī)雜質(zhì)排除后物量的損失總和[1]。石灰石中的燒失量主要源于其本身碳酸鹽的分解：

燒失量中含有高可燃性成分的石灰石，用作水泥熟料生產(chǎn)的主要原材料極其困難。由天津水泥工業(yè)設(shè)計(jì)研究院負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)、研發(fā)、供貨的越南Quan Trieu水泥有限公司2000t/d新型干法水泥生產(chǎn)線，就是這種石灰石應(yīng)用的成功范例。

1 原燃材料化學(xué)成分及可燃性燒失量的燃燒特性

本項(xiàng)目石灰石來自越南Quan Trieu一大型露天煤礦開采后的剝落物，顏色呈灰黑色，外觀類似煤矸石，但與煤矸石成分有本質(zhì)區(qū)別，其CaO含量一般在46%以上，其他成分也符合水泥熟料生產(chǎn)要求。本項(xiàng)目所用石灰石、輔料及燃料數(shù)據(jù)見表1、表2。

1.1 原燃材料數(shù)據(jù)

正常情況下，通過計(jì)算：碳酸鈣和碳酸鎂分解所帶出的燒失量為（CaO、MgO生料中的含量見表3）（44/56×42.38+44/40.3×0.99）/100=34.38%。通過對比發(fā)現(xiàn)，本項(xiàng)目中生料實(shí)際燒失量為36.94%，與計(jì)算值34.38%相差2.56%，明顯偏高。對于這部分多余的不明燒失量將會給水泥熟料生產(chǎn)帶來多大影響，由于當(dāng)時國內(nèi)外沒有相關(guān)技術(shù)文件論述，為保證燒成系統(tǒng)適應(yīng)煅燒這種石灰石配制的生料，特將這種特殊石灰石和其他原燃料委托中國水泥發(fā)展中心物化檢測所檢測分析。

表1 石灰石及輔料化學(xué)成分，%

表2 煤粉工業(yè)分析

表3 生料化學(xué)成分，%

1.2 可燃性燒失量的燃燒特性

經(jīng)中國水泥發(fā)展中心物化檢測所熱分析檢測后發(fā)現(xiàn)，這部分不明燒失量主要來自于石灰石，且具有可燃性。檢測結(jié)果表明：每千克石灰石煅燒后其可燃性燒失量放出的熱量約為310kJ，換算成標(biāo)準(zhǔn)煤（每千克標(biāo)準(zhǔn)煤發(fā)熱量為29260kJ）相當(dāng)于每千克石灰石中含有0.0106kg標(biāo)準(zhǔn)煤，即石灰石中所含標(biāo)準(zhǔn)煤為1.06%。通過石灰石熱分析圖（圖1）我們可以知道，這部分可燃物起始燃燒溫度為310℃，終止燃燒溫度為586℃[2]，通過與表4對比后發(fā)現(xiàn)，其燃燒特性與普通煙煤燃燒特性比較接近。

2 高可燃性燒失量對燒成系統(tǒng)的影響及解決措施

高可燃性燒失量通過石灰石帶入生料中，然后進(jìn)入預(yù)熱器預(yù)熱、分解爐分解，最后在回轉(zhuǎn)窯中煅燒、篦冷機(jī)內(nèi)冷卻。整個過程如果沒有這部分可燃性燒失量存在，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)都在可控范圍內(nèi)。但由于本項(xiàng)目石灰石中所含可燃性燒失量的特殊性，我們必須對整個系統(tǒng)重新進(jìn)行配置。由熱分析檢測已知，石灰石中的不明燒失量放出的熱量約為310kJ，這部分熱量和1.06%的標(biāo)準(zhǔn)煤放出的熱量相當(dāng)。假如按設(shè)計(jì)2000t/d熟料、石灰石配比85%計(jì)算，每小時生料消耗量約為135t，則這部分生料中可燃性燒失量所帶入的熱量換算成標(biāo)準(zhǔn)煤為(不考慮水分、各項(xiàng)損失的情況下)：135×85%×1.06%≈1.22t，也就是說如果每小時投料135t，就會有1.22t標(biāo)準(zhǔn)煤隨生料帶入系統(tǒng)。如果這部分熱量能夠充分加以利用，必然能夠節(jié)能降耗；但如果利用不當(dāng)，這部分熱量也會給生產(chǎn)帶來麻煩。

圖1 石灰石（生料中配比為90.5%）DSC曲線

2.1 高可燃性燒失量生料對燒成系統(tǒng)的影響

由于這部分可燃性燒失量與普通煙煤燃燒特性比較接近，其起始燃燒溫度為310℃，終止燃燒溫度為586℃，這個溫度階段是生料在預(yù)熱器系統(tǒng)的預(yù)熱階段，可燃性燒失量經(jīng)預(yù)熱器預(yù)熱后達(dá)到燃點(diǎn)，必然會在預(yù)熱器系統(tǒng)中燃燒放出熱量，使局部產(chǎn)生高溫，引發(fā)一系列問題：

表4 各種燃料的燃燒起始溫度及終止反應(yīng)溫度

（1）預(yù)熱器系統(tǒng)溫度升高，從理論上計(jì)算，本項(xiàng)目所含的多余燒失量可使預(yù)熱器出口溫度上升70～110℃，局部高溫區(qū)可能發(fā)生結(jié)皮、堵塞。根據(jù)以往使用高燒失量的粉煤灰配料的經(jīng)驗(yàn)，預(yù)熱器的堵塞通常發(fā)生在三級、四級甚至二級旋風(fēng)筒。

（2）由于預(yù)熱器系統(tǒng)溫度升高，可能會造成預(yù)熱器系統(tǒng)收塵困難。

（3）C1出口溫度到450℃左右，對后續(xù)設(shè)備的安全性能產(chǎn)生影響。

2.2 燒成系統(tǒng)的解決方案和措施

通過實(shí)驗(yàn)和上述分析，為確保燒成系統(tǒng)安全、穩(wěn)定運(yùn)行，系統(tǒng)關(guān)鍵要解決可燃性燒失量燃燒時產(chǎn)生的局部高溫對預(yù)熱器系統(tǒng)造成的結(jié)皮堵塞。根據(jù)各廠實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，預(yù)熱器系統(tǒng)堵塞的部位一般發(fā)生在三、四、五級旋風(fēng)筒錐體，主要原因是局部溫度過高，物料粘結(jié)致使結(jié)皮堵塞。結(jié)合燒高燒失量粉煤灰系統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)，其堵塞部位多發(fā)生在三級筒[3]，因此如果能使這部分多余的可燃性燒失量在進(jìn)入三級筒之前在某一特定空間實(shí)現(xiàn)完全燃燒，也就能減少或避免三級筒錐體的結(jié)皮堵塞，實(shí)現(xiàn)燒成系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。參照本項(xiàng)目可燃性燒失量的燃燒特性，設(shè)計(jì)人員決定對預(yù)熱器系統(tǒng)重新進(jìn)行設(shè)計(jì)（原設(shè)計(jì)和改進(jìn)后設(shè)計(jì)的預(yù)熱器如圖2、圖3所示）：

（1）C4旋風(fēng)筒出口上升煙道改為煅燒生料中可燃性燒失量的燃燒爐（見圖3）。

（2）確保燃燒爐中不明燒失量的完全燃燒。雖然理論計(jì)算只要保證出C4旋風(fēng)筒的氣體中O2含量在3.5%（即正?？刂品秶┮陨希紵隣t中的燒失量即可燃燒完全，但考慮到燃燒爐中為厭氧環(huán)境，可能會有不完全燃燒的狀況發(fā)生，因此設(shè)計(jì)上考慮引少量純空氣的三次風(fēng)入煅燒爐，以保證多余燒失量的充分燃盡。

圖2 正常五級單系列懸浮預(yù)熱器+TTF分解爐

圖3 技改后的五級單系列懸浮預(yù)熱器+TTF分解爐及燃燒爐

（3）考慮到多余燒失量燃燒時產(chǎn)生的熱量可能會造成旋風(fēng)筒收塵困難，特增設(shè)兩組喂料系統(tǒng)（見圖3）：①直接入C1-C2連接管道；②直接入C2-C3連接管道。如果預(yù)熱器收塵系統(tǒng)良好，則選擇①方案；如果預(yù)熱器收塵系統(tǒng)飛灰非常大，收塵困難，則選擇②方案。

（4）由于C1出口溫度較正常高，因此C1出口高溫氣體先經(jīng)過增濕塔降溫，然后進(jìn)入高溫風(fēng)機(jī)。

3 熟料的煅燒與系統(tǒng)的穩(wěn)定性

2011年7月，越南Quan Trieu水泥有限公司2000t/d新型干法水泥生產(chǎn)項(xiàng)目順利點(diǎn)火投料。經(jīng)過一段時間的試生產(chǎn)，優(yōu)化生產(chǎn)中的工藝操作參數(shù)，熟料煅燒順利，由于原料中可燃性燒失量的特殊性，窯頭、窯尾用煤量較國內(nèi)同等規(guī)模生產(chǎn)線明顯減少，煙室、分解爐下縮口無結(jié)皮現(xiàn)象，

表5 系統(tǒng)正常投料期間主要工藝參數(shù)

表6 燒成系統(tǒng)考核記錄

表7 熟料全分析（%）及率值

表8 熟料不同齡期的抗壓強(qiáng)度，MPa

系統(tǒng)正常穩(wěn)定，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)符合生產(chǎn)要求，質(zhì)量指標(biāo)符合國家標(biāo)準(zhǔn)（fCaO≤1.5%）；采用圖3①方案，預(yù)熱器系統(tǒng)收塵良好，安全可靠，C1出口溫度在設(shè)計(jì)控制范圍內(nèi)，完全達(dá)到設(shè)計(jì)要求（見表5）。2011年9月9日至2011年9月12日，本項(xiàng)目燒成系統(tǒng)順利通過72h性能考核，各項(xiàng)考核指標(biāo)見表6。

4 生料的易燒性與熟料的物理性能

實(shí)際生產(chǎn)表明，以高可燃性燒失量石灰石為主要原材料的生料，易燒性較好,窯頭、窯尾用煤量較低，即使采用兩高配料：熟料KH≥0.95，SM≥2.6（見表7），熟料中fCaO也很少超過1.5%，熟料質(zhì)量穩(wěn)定，煙室、預(yù)熱器系統(tǒng)生產(chǎn)過程中未發(fā)生結(jié)皮、堵塞。實(shí)踐證明，無論是優(yōu)化配料方案，還是提高煅燒水平，采用高可燃性燒失量石灰石為原料煅燒的熟料強(qiáng)度和普通石灰石煅燒的熟料強(qiáng)度相當(dāng)（見表8）。

5 生產(chǎn)中遇到的問題

由于是首次使用這種高可燃性燒失量石灰石作原料，缺乏相應(yīng)操作經(jīng)驗(yàn)，生產(chǎn)過程中也遇到了不少問題，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：

（1）石灰石為大型露天煤礦開采剝落物，成分波動很大，造成生料率值波動相對較大，影響燒成系統(tǒng)熱工制度的穩(wěn)定。

（2）調(diào)試初期回轉(zhuǎn)窯系統(tǒng)出現(xiàn)結(jié)圈漏料，通過優(yōu)化操作參數(shù)，調(diào)整配料方案[4]，移動、調(diào)節(jié)窯頭燃燒器等措施得到明顯改善[5]。2012年1月份窯系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)率達(dá)到99%，保障了正常穩(wěn)定的生產(chǎn)。

（3）熟料中細(xì)粉料較正常石灰石配料的熟料稍多，通過觀察水泥磨運(yùn)行情況，采用高可燃性燒失量石灰石配料的熟料，易磨性較正常石灰石配料的熟料稍差。

6 結(jié)語

高可燃性燒失量石灰石原材料在水泥行業(yè)中的成功應(yīng)用，不但解決了其堆放難、污染大、占地多等實(shí)際問題，而且能物盡所用、變廢為寶，既節(jié)約了資源和能源，又降低了企業(yè)生產(chǎn)成本，為企業(yè)利潤最大化創(chuàng)造了良好條件。

[1]沈威,黃文熙,閔盤榮.水泥工藝學(xué)[M].武漢:武漢工業(yè)大學(xué)出版社，1998.

[2]天津水泥設(shè)計(jì)院技術(shù)研發(fā)中心.越南Quan Trieu項(xiàng)目燒成系統(tǒng)方案說明[G].2009.

[3]張志勇,于加濱.粉煤灰配料對預(yù)分解窯燒成系統(tǒng)的影響[J].水泥,2004(2):25-26.

[4]盧揚(yáng)芬.調(diào)整配料方案解決新型干法窯結(jié)圈問題[J].水泥技術(shù)，2008（1）：61-63.

[5]劉威.燃燒器位置及火焰形狀對預(yù)分解窯煅燒的影響[J].水泥,2006（10）：39-4.