摘要：現(xiàn)代化新型干法水泥窯生產(chǎn)的核心部分是熟料煅燒，熟料煅燒的重點(diǎn)在于窯系統(tǒng)操作參數(shù)的穩(wěn)定，而煅燒的關(guān)鍵又是控制風(fēng)、煤、料的平衡，在具體操作中如何做到全面觀察、重點(diǎn)監(jiān)控、準(zhǔn)確判斷、及時調(diào)整來實現(xiàn)風(fēng)、煤、料三者間的動態(tài)平衡，保證窯爐系統(tǒng)熱工制度穩(wěn)定，是實現(xiàn)新型干法水泥窯連續(xù)穩(wěn)定、優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)、低成本運(yùn)行的重要保證。本文就結(jié)合2500t/d新型干法水泥熟料生產(chǎn)線，對窯爐系統(tǒng)風(fēng)、煤、料的控制方法進(jìn)行分析探討，旨在分析風(fēng)、煤、料的匹配關(guān)系和相互間的影響，使問題從點(diǎn)到面、從局部到全局地得以解決，供同仁參考。
1 系統(tǒng)風(fēng)量的控制要求和優(yōu)化
1.1 系統(tǒng)總風(fēng)量的控制要求
掌握用風(fēng)的原理是降低能耗的一個重要因素，也是提高生產(chǎn)效率最為重要的操作手段。風(fēng)量控制的主要依據(jù)是保證窯爐煤粉的完全燃燒，合理用風(fēng)。
(1)可根據(jù)窯頭負(fù)壓、各級旋風(fēng)筒進(jìn)出口溫度、壓力和高溫風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速及其電流的變化情況，結(jié)合電收塵進(jìn)口CO含量來判斷風(fēng)量是否足夠，以此來調(diào)節(jié)總風(fēng)量和篦冷機(jī)用風(fēng)量。一般新型干法窯氣料比較為合理的范圍在1.4~1.6kg空氣/kg物料。
(2)正常生產(chǎn)情況下，高溫風(fēng)機(jī)排風(fēng)量決定了預(yù)熱器及分解爐各部位的風(fēng)速、窯爐用風(fēng)總量和系統(tǒng)空氣過剩系數(shù)。過?？諝庀禂?shù)α是燃燒過程中的一個重要參數(shù)，可以判斷窯爐的用風(fēng)量或煤粉和空氣量的比例情況，過剩空氣量愈多，加熱空氣耗熱越多，熱效率將隨著過?？諝饬康脑黾佣陆?，造成熱耗升高。一般窯尾煙氣中O2含量控制在1.0%～1.5%，分解爐出口煙氣O2含量控制在3.0%之內(nèi)，C1預(yù)熱器出口煙氣O2含量控制在4%～5%，同時應(yīng)盡量避免CO的出現(xiàn)，保證窯尾電收塵進(jìn)口CO含量≤0.15%。
(3)系統(tǒng)總風(fēng)量和窯爐用風(fēng)匹配具有相對穩(wěn)定性，但在系統(tǒng)出現(xiàn)如結(jié)蛋、結(jié)圈、粘結(jié)堵塞等工藝故障時，各部位風(fēng)量將發(fā)生改變，需要及時地根據(jù)變化情況進(jìn)行調(diào)節(jié)。
(4)一般在投料初期或喂料量偏低時，為保證有足夠的風(fēng)量使物料懸浮，要求適當(dāng)加大空氣過剩量，提高氣固比，可不必考慮風(fēng)煤的配合比例。投料前可將C1筒出口負(fù)壓拉至2800～3500Pa，投料后無需過多的調(diào)整，即可滿足逐步加產(chǎn)的用風(fēng)要求。在投料量正常狀況下，主要以消耗的煤粉充分燃燒所需空氣量為基礎(chǔ)，也就是要盡可能提高窯爐頭尾煤的完全燃盡率，空氣過剩量不需要過大。
1.2 窯頭用風(fēng)的控制要求
窯頭操作用風(fēng)控制的好與否在一定程度上影響到窯系統(tǒng)能否長期穩(wěn)定安全運(yùn)轉(zhuǎn)，通過控制窯頭用風(fēng)量，可靈活調(diào)節(jié)窯內(nèi)火焰形狀、火焰強(qiáng)度、窯皮狀況、煅燒性能等。窯內(nèi)用風(fēng)又分為一次風(fēng)和二次風(fēng)，一次風(fēng)的主要作用是提供煤粉揮發(fā)分的燃燒，二次風(fēng)主要通過系統(tǒng)拉風(fēng)和三次風(fēng)來調(diào)節(jié)。
(1)通過調(diào)節(jié)一次風(fēng)速和二次風(fēng)量的大小，可達(dá)到合適的火焰長度與形狀，調(diào)整好火焰長度就是調(diào)整合適的窯皮長度(也即燒成帶長度)，所以火焰長度要適中，不可過長，否則窯前溫度降低，對物料適應(yīng)性變差;火焰也不可太短，否則高溫帶過于集中，會沖刷窯皮和損傷窯襯，因此窯內(nèi)火焰形狀粗細(xì)必須與窯斷面積相適應(yīng)，實際生產(chǎn)中要求火焰順暢有力，燃燒器一般定位與窯中心線平行。
(2)低溫的一次風(fēng)量占入窯空氣量的比例不宜過多，一次風(fēng)用量小，可以增加高溫二次風(fēng)的入窯量。根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)資料可知，當(dāng)一次風(fēng)量增加到總空氣量的10%時，廢氣溫度將上升4℃，相應(yīng)熱耗將增加58.5kJ/kg。但在實際生產(chǎn)中也不能過分降低一次風(fēng)的用量，一次風(fēng)量過低會影響煤粉著火的燃燒需要，應(yīng)根據(jù)煤質(zhì)狀況進(jìn)行相應(yīng)調(diào)節(jié);對于揮發(fā)份低的煤，應(yīng)采用較低的一次風(fēng)量，對于揮發(fā)份高的煤，一次風(fēng)量不宜過小，否則可能使化學(xué)和機(jī)械不完全燃燒損失增加。
目前國內(nèi)新型干法窯設(shè)計，窯頭送煤風(fēng)和一次凈風(fēng)總量大多占窯內(nèi)燃燒空氣總量的8%～15%左右，國外較先進(jìn)的可以達(dá)到6%～8%左右。
(3)窯內(nèi)操作用風(fēng)控制是否合理，可通過以下幾個方面判斷：一是可通過現(xiàn)場觀察，窯尾煙室是否存在煤粉未燃盡的火花，物料是否發(fā)粘、易結(jié)皮、縮口負(fù)壓是否穩(wěn)定、是否產(chǎn)生黃心熟料等，如果存在上述現(xiàn)象，說明窯內(nèi)通風(fēng)不足，煤粉存在不完全燃燒現(xiàn)象，風(fēng)量偏低，二是可通過觀察窯前實際煅燒狀況來判斷窯內(nèi)通風(fēng)是否適宜。具體判斷如下：從窯前看，如果窯前溫度偏低，黑火頭長、窯內(nèi)火焰長，燒成帶筒體溫度偏低而窯尾溫度顯著升高時，用筒體掃描儀判斷窯皮長度超過窯內(nèi)徑的6倍時，說明窯內(nèi)通風(fēng)過大、三次風(fēng)量偏小。如果窯前溫度偏高、黑火頭較短、火焰粗短而不順、窯頭有憋火現(xiàn)象，窯皮短、窯筒體溫度前高后低時，說明窯內(nèi)通風(fēng)不足，應(yīng)加大通風(fēng)量。三是可通過中控操作參數(shù)如窯尾煙室溫度和負(fù)壓判斷窯內(nèi)通風(fēng)量。如果窯尾煙室溫度偏低、負(fù)壓小，說明窯內(nèi)通風(fēng)不足，三次風(fēng)相對過量。相反，若窯尾煙室溫度高、負(fù)壓增大，說明窯內(nèi)通風(fēng)過大，窯內(nèi)燒成帶有后移現(xiàn)象。
?1.3 預(yù)分解系統(tǒng)用風(fēng)控制要求
預(yù)分解系統(tǒng)的用風(fēng)要求相對較高，所需風(fēng)量需保證物料懸浮狀態(tài)良好，分解充分，爐內(nèi)煤粉能夠完全燃燒。若系統(tǒng)用風(fēng)量過低，預(yù)熱器內(nèi)物料懸浮不好，達(dá)不到充分熱交換的目的，容易導(dǎo)致塌料、竄料等現(xiàn)象;若系統(tǒng)用風(fēng)量過高，不僅系統(tǒng)阻力變大，電耗增加，而且出口廢氣量增大，也會導(dǎo)致系統(tǒng)熱耗的增加。
1.4 窯爐用風(fēng)量的平衡
操作上可根據(jù)窯爐內(nèi)煤粉燃燒情況，調(diào)節(jié)好風(fēng)的分配問題，使窯內(nèi)通風(fēng)和三次風(fēng)量相匹配，窯爐用風(fēng)過大或過小均會造成預(yù)分解窯的煅燒能力與預(yù)燒能力失去平衡，影響系統(tǒng)產(chǎn)質(zhì)量。在操作中，若三次風(fēng)量過小，分解爐供風(fēng)量不足，用煤量與供風(fēng)量不匹配，造成煤粉后燃，C5筒出口溫度與分解爐出口溫度易形成“倒掛”，會使入窯生料分解率降低，窯的熱負(fù)荷增加，還會使分解爐煤粉燃燒不完全，燃燒后移造成結(jié)皮堵塞現(xiàn)象;若三次風(fēng)量過大，窯內(nèi)通風(fēng)量降低，煤粉燃燒氣氛變差，影響熟料燒成。合理的窯爐用風(fēng)，能提高入窯生料分解率，減輕窯的負(fù)荷，提高窯速，有利于熟料的煅燒，還會促進(jìn)三次風(fēng)溫、二次風(fēng)溫的上升，提高窯系統(tǒng)的熱利用率，優(yōu)化熱工制度。
在正常生產(chǎn)中，可根據(jù)實際情況，通過調(diào)節(jié)入分解爐三次風(fēng)閥的開度來調(diào)節(jié)窯內(nèi)通風(fēng)和三次風(fēng)用量。若操作用風(fēng)控制不當(dāng)，易造成窯內(nèi)結(jié)圈、結(jié)球、長厚窯皮、預(yù)熱器堵塞等工藝故障，嚴(yán)重影響系統(tǒng)熟料產(chǎn)量。因此，根據(jù)窯系統(tǒng)生產(chǎn)情況，及時有效地調(diào)節(jié)好回轉(zhuǎn)窯和分解爐風(fēng)量平衡顯得尤為重要。
2 窯爐系統(tǒng)用煤量的控制要求
2.1 煤質(zhì)要求
目前煤耗成本占到新型干法窯整個熟料生產(chǎn)成本的50%以上，熱耗已經(jīng)成為決定水泥廠競爭力的關(guān)鍵因素。煤質(zhì)的好壞直接影響著水泥企業(yè)熟料產(chǎn)質(zhì)量及綜合效益。各水泥生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)根據(jù)地域限制合理定位用煤標(biāo)準(zhǔn)，并嚴(yán)格按定位基準(zhǔn)進(jìn)行采購，保證窯的產(chǎn)質(zhì)量，降低消耗，最大限度地降低制造成本。
煤粉灰分的變化，會使摻入到熟料中的煤灰發(fā)生改變，引起熟料的化學(xué)成分和率值變化，從而影響熟料強(qiáng)度。通過數(shù)據(jù)對比發(fā)現(xiàn)，煤灰每變化1%，熟料KH變化約0.008，可見煤質(zhì)變化對熟料質(zhì)量的影響。煤的揮發(fā)分低，著火溫度低;煤的揮發(fā)分高，著火溫度高，燃燒速度快。煤的灰分高，熱值低，容易造成不完全燃燒，預(yù)分解系統(tǒng)易結(jié)皮堵塞;煤灰摻量過多，窯內(nèi)的煅燒溫度降低，燒成帶易長厚窯皮。實踐證明，煤的不完全燃燒是導(dǎo)致窯內(nèi)結(jié)圈、結(jié)蛋的主要原因之一。
? 新型干法窯煤粉的用量控制，應(yīng)首先滿足熟料煅燒熱耗的要求。熟料標(biāo)準(zhǔn)煤耗一般控制在110～120千克/噸熟料左右，當(dāng)燃煤灰分波動在20%～30%時，其熟料煤灰摻入量通常波動在5%～8%之間。因此，在實際配料控制過程中，應(yīng)根據(jù)煤灰的變化和摻入量相應(yīng)調(diào)整原料配比，最大程度地平衡因煤灰摻入引起的成分波動。
2.2 窯頭用煤量的控制
窯頭用煤量的大小主要是根據(jù)生料喂料量、入窯生料CaCO3分解率、熟料升重和fCaO來確定的。用煤量少，燒成帶溫度偏低，生料燒不透，熟料升重低，fCaO高;用煤量過多，窯尾廢氣帶入分解爐熱量過高，勢必減少分解爐用煤量，致使入窯生料分解率降低，分解爐不能發(fā)揮應(yīng)有的作用，同時窯的熱負(fù)荷升高，耐火磚壽命縮短，窯運(yùn)轉(zhuǎn)率降低，從而使窯系統(tǒng)的生產(chǎn)能力大幅度降低。因此頭煤用量的確定，在于窯尾上升煙道不結(jié)皮、窯內(nèi)不結(jié)圈結(jié)蛋的情況下，盡可能提高燒成帶溫度為佳。
2.3 分解爐用煤控制要求
?由于分解爐在預(yù)熱器系統(tǒng)中的特殊性，為充分發(fā)揮其作用，應(yīng)盡量增大分解爐喂煤量，其比例應(yīng)達(dá)到窯爐總煤量的55%以上，使入窯生料分解率達(dá)90%以上，以減輕窯的熱負(fù)荷。為保證分解爐的高分解率，一方面要控制煤粉細(xì)度和水分在合理范圍之內(nèi)，煤粉細(xì)度對著火溫度和燃燒時間影響很大，提高煤粉細(xì)度，也就是增加煤粉中固定碳的比表面積，可使其與空氣接觸面積增大，有利于提高煤粉的燃燒速度;煤粉水分過高，將吸收窯內(nèi)的熱量成為水蒸氣，會使窯的熱耗升高，熟料的臺時產(chǎn)量降低;另一方要控制三次風(fēng)溫在750℃以上，這樣就為煤粉的燃燒創(chuàng)造了有利的條件。
分解爐用煤量的大小，主要是根據(jù)分解爐出口、C5和C1出口氣體溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)。如果風(fēng)量分配合理，但分解爐溫度低，入窯生料分解率低，C5和C1出口氣體溫度低，說明分解爐用煤量過少。如果分解爐用煤量過多，則預(yù)分解系統(tǒng)溫度偏高，熱耗增加，甚至出現(xiàn)分解爐內(nèi)煤粉不完全燃燒，煤粉到C5或后系統(tǒng)內(nèi)繼續(xù)燃燒，致使在預(yù)分解系統(tǒng)易產(chǎn)生結(jié)皮或堵塞。
2.4 窯爐用煤比例的控制
?在熟料煅燒過程中，爐煤的作用是完成物料分解，窯煤的作用是將分解后的生料煅燒成熟料，總耗煤量一般取決于入窯生料的成份和喂料量，而窯爐喂煤量比例如何合理分配，以最少的燃料消耗煅燒出優(yōu)質(zhì)的熟料是降低能耗、節(jié)約成本的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。一般情況下，窯/爐用煤比例取決于窯的轉(zhuǎn)速、L/D及燃料的特性等，通常控制在(40%～45%):(60%～55%)比較理想。生產(chǎn)規(guī)模越大，分解爐用煤量也應(yīng)按高比例控制。
3 喂料量的控制要求
喂料量的控制原則是：根據(jù)生料的率值、細(xì)度、易燒性，同時結(jié)合煤質(zhì)和窯內(nèi)煅燒狀況，合理調(diào)整喂料量的大小。
3.1 穩(wěn)定喂料量是穩(wěn)定熱工制度的前提
“窯穩(wěn)需料穩(wěn)，料不穩(wěn)則窯不穩(wěn)”。沒有穩(wěn)定的喂料量,窯煅燒狀況及熱工參數(shù)就不能達(dá)到穩(wěn)定。喂料量忽多忽少將導(dǎo)致窯系統(tǒng)參數(shù)和熱工制度的不穩(wěn)定。當(dāng)喂料量波動頻繁，超過5%時，就會對窯系統(tǒng)產(chǎn)生難以用操作來控制的影響，造成熱工紊亂、出窯熟料質(zhì)量波動、強(qiáng)度降低。
3.2 配料方案合理
合理的配料方案，就是合理匹配KH、SM、IM三率值，應(yīng)根據(jù)本公司原燃材料和煅燒系統(tǒng)的特點(diǎn)，配出的生料成分易于煅燒，使熟料優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)。新型干法窯對入窯生料成分的穩(wěn)定性提出了嚴(yán)格的要求，一般要求入窯生料的KH標(biāo)準(zhǔn)偏差要小于0.02，最好能小于0.015。
? 3.3 遵循“薄料快轉(zhuǎn)”制度
?正確認(rèn)識窯的喂料量、窯的負(fù)荷填充率與窯速的關(guān)系，讓窯速與喂料量同步增加或減少，保持窯的填充率穩(wěn)定。當(dāng)系統(tǒng)在正常運(yùn)行時，窯速一般應(yīng)控制在3.5～4.0r/min，這是預(yù)分解窯的重要特性之一。在同樣的喂料量情況下，窯速快，窯內(nèi)料層薄，生料與熱氣體之間的熱交換好，物料受熱均勻，進(jìn)入燒成帶的物料預(yù)燒就好，如果遇到垮圈、掉窯皮或小塌料，窯內(nèi)熱工制度略有變化，少量增加喂煤量，系統(tǒng)很快就能恢復(fù)正常;若窯速太慢，窯內(nèi)物料層就厚，物料與熱氣體熱交換差，預(yù)燒不好，熱工制度稍有變化，極易跑生料，這種情況即使增加喂煤量，因窯內(nèi)料層厚，燒成帶溫度回升緩慢，容易造成頂火逼燒，產(chǎn)生黃心料，熟料fCaO也隨之升高。同時大量未燃盡的煤粉落入料層造成不完全燃燒，容易出現(xiàn)結(jié)蛋、結(jié)圈和篦冷機(jī)堆雪人現(xiàn)象。
4 風(fēng)、煤、料的合理匹配和操作要求
窯爐的操作過程中，關(guān)鍵是控制風(fēng)、煤、料的平衡。原則上以“料定煤，煤定風(fēng)”， 也就是說用煤量的多少取決于喂料量，系統(tǒng)用風(fēng)量的大小取決于用煤量，而喂料量又取決于風(fēng)、煤配合下的煅燒狀況，三者之間相互關(guān)聯(lián)、相互制約。新型干法窯監(jiān)測控制參數(shù)和手段全面且連續(xù)，供操作人員參考和判斷的數(shù)據(jù)多，具體操作中如何使窯爐穩(wěn)定在最佳狀態(tài)，如何實現(xiàn)動態(tài)平衡，是對操作人員和管理人員操作經(jīng)驗、操作水平、綜合判斷能力的檢驗。
在生產(chǎn)操作過程中，風(fēng)、煤、料的調(diào)整主要通過窯爐系統(tǒng)各點(diǎn)溫度、壓力、電流、O2含量、CO含量以及結(jié)合生料和熟料率值、熟料強(qiáng)度、fCaO含量等進(jìn)行綜合判斷來調(diào)整喂料量、喂煤量及各處用風(fēng)的大小。在喂料量一定的情況下，煤多風(fēng)少，易造成煤粉燃燒不完全，到后系統(tǒng)燃燒，窯內(nèi)易結(jié)圈、結(jié)蛋、長厚窯皮，還原氣氛濃、熟料伴有黃心，fCaO升高，預(yù)分解系統(tǒng)易發(fā)生結(jié)皮堵塞，熟料能耗升高。煤少風(fēng)多，則窯內(nèi)溫度低，電流低，窯內(nèi)飛沙大，易跑生料，升重低、fCaO升高，預(yù)分解系統(tǒng)溫度偏低，生料預(yù)燒不好，入窯分解率不高，不能發(fā)揮預(yù)分解系統(tǒng)的作用。
5 結(jié)論
綜上所述，風(fēng)、煤、料的匹配關(guān)系比較復(fù)雜，既相互關(guān)聯(lián)，又互相制約，但可通過全面監(jiān)控、準(zhǔn)確判斷、科學(xué)管理、及時調(diào)整來實現(xiàn)三者間的動態(tài)平衡，從點(diǎn)滴抓起、從細(xì)節(jié)入手，提高風(fēng)、煤、料的操作控制水平，確保窯爐系統(tǒng)熱工制度穩(wěn)定，來實現(xiàn)新型干法水泥窯連續(xù)穩(wěn)定、優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)、低成本運(yùn)行。
