水泥生產(chǎn)工藝方面的中庸之道（連載二）

賈華平

（天瑞集團(tuán)水泥公司，河南汝州市 467500）

7 你見過哪兒有生料還搞分別粉磨的嗎

這個(gè)問題的潛臺詞是：生料搞什么分別粉磨，那是畫蛇添足。事實(shí)果真如此嗎，我們先來看看分別粉磨的概念和意義。

分別粉磨這個(gè)概念起源于水泥粉磨系統(tǒng)，國內(nèi)外在這方面已有諸多室內(nèi)試驗(yàn)和工業(yè)使用案例，主要是針對“易磨性相差較大的不同組分”采取的措施，目前在國內(nèi)外仍有使用的案例。而對于生料粉磨系統(tǒng)，目前確實(shí)尚未見到有關(guān)這方面的報(bào)道。既然分別粉磨，是針對“易磨性相差較大的不同組分”采取的粉磨提效措施，這項(xiàng)技術(shù)并沒有綁定在水泥粉磨上，那么就生料制備來講，是否也存在“易磨性相差較大的不同組分”呢？

實(shí)際上，就生料粉磨來講，在不少的廠家，同樣存在著“易磨性相差較大的不同組分”。比如硅質(zhì)原料，特別是采用硬質(zhì)砂巖配料的企業(yè)，其砂巖與石灰石等其他組分，其易磨性就相差很大。這一點(diǎn)在窯灰的成分上有很好的體現(xiàn)，窯灰的KH明顯高于生料的，就說明砂巖與石灰石的易磨性相差很大。因此，也有必要對生料的分別粉磨作一番探討。

當(dāng)砂巖與其他組分的易磨性相差較大時(shí)，其生料中的組分細(xì)度就會有較大差別。生料就會在預(yù)熱器內(nèi)發(fā)生分選現(xiàn)象，導(dǎo)致窯灰與生料的成分產(chǎn)生了較大的差別，給窯灰的使用帶來一定的麻煩，最終導(dǎo)致了含窯灰的入窯生料在成分上的不穩(wěn)定，勢必要干擾窯系統(tǒng)熱工制度的穩(wěn)定。

更重要的是，較大的砂巖顆粒形成了制約固相反應(yīng)的瓶頸。我們都知道，水泥熟料礦物都是通過固相反應(yīng)完成的，生料磨得愈細(xì)、物料的顆粒愈小、比表面積愈大、組分間的接觸面積就愈大、表面質(zhì)點(diǎn)的自由能也就愈大，就能使擴(kuò)散和反應(yīng)能力增強(qiáng)，反應(yīng)速度加快。

有人做過試驗(yàn)，當(dāng)生料中粒度大于0.2mm的顆粒占到4.6%時(shí)，在1400℃燒成的熟料fCaO為4.7%；當(dāng)生料中粒度大于0.2mm的顆粒減少到0.6%時(shí)，同樣在1400℃燒成的熟料，其fCaO竟然減少到1.5%以下。可見粒度對生料易燒性的影響有多么大！

理論上，物料的固相反應(yīng)速度與其顆粒尺寸的平方成反比，即使有少量較大尺寸的顆粒存在，都會顯著延緩其反應(yīng)過程的完成。所以，生產(chǎn)上，要盡量使生料的顆?？刂圃谳^窄的范圍內(nèi)，特別是要控制好0.2mm以上的顆粒。

但在實(shí)際生產(chǎn)中，生料粉磨得越細(xì)電耗就會越高。我們怎么樣在盡量減少生料粗顆粒的同時(shí)又少增加電耗呢？就是要將生料細(xì)度控制在較窄的范圍內(nèi)；對于易磨性相差較大的原料組分，怎么樣在將砂巖磨細(xì)的同時(shí)，又不會把其他組分磨得過細(xì)呢？將砂巖與其他組分進(jìn)行分別粉磨，就是完全必要的了。

在這方面，亞東水泥的江西公司已進(jìn)行了工業(yè)嘗試，實(shí)踐證明，對于同樣細(xì)度的生料，其易燒性得到了大幅度提高，可以節(jié)約燃料。換句話說，在同樣易燒性的情況下，可以將生料細(xì)度放粗，實(shí)現(xiàn)節(jié)電的目的。

江西亞東由原來外購軟砂巖，改采用自有砂巖（硬質(zhì)結(jié)晶），降低成本約21元/t(生料）。 使用一套原有RM56.4立磨，既研磨砂巖粉又磨石灰石粉，不增加主設(shè)備投資。采用砂巖分磨技術(shù)后，初步的結(jié)果顯示，對于熟料的強(qiáng)度有較大的提高，電耗下降，具體對比見表1。

表1 砂巖分磨前后技術(shù)指標(biāo)對比

當(dāng)然，要實(shí)現(xiàn)砂巖與其他物料的分別粉磨，是需要條件或一定投資的，如果不具備條件、又不想作投資，至少也應(yīng)該嚴(yán)格控制砂巖的入磨粒度，必要時(shí)可進(jìn)行砂巖的預(yù)破碎。

8 怕雨怕土的生料輥壓機(jī)終粉磨還有前途嗎

目前，用于生料制備的方案有中卸烘干磨、立磨、輥壓機(jī)終粉磨三種，由于中卸磨能耗較高（22～26kWh/t），目前大都采用電耗較低的立磨粉磨生料（～18kWh/t），近幾年將輥壓機(jī)終粉磨用于粉磨生料，進(jìn)一步降低了電耗（11～13kWh/t）。

輥壓機(jī)終粉磨用于生料制備，不但節(jié)電效果顯著，而且操作和維護(hù)都較容易，備品備件費(fèi)用也低得多，應(yīng)該是今后的一個(gè)發(fā)展方向。表2是南京院有關(guān)專家以2500t/d窯所配生料制備系統(tǒng)作的一個(gè)對比。

表2 2500t/d窯所配生料制備系統(tǒng)對比

就生料粉磨系統(tǒng)來講，影響產(chǎn)質(zhì)量的主要是易碎性，生料的比表面積一般在200m2/kg左右，在這個(gè)階段根本就談不上易磨性（受易磨性影響的階段，比表面積一般在320m2/kg以上，這就是水泥了）。所以，對原料關(guān)注的應(yīng)該是易碎性，而不是易磨性，輥壓機(jī)用于生料粉磨比用于水泥粉磨更適合。

目前，幾家采用生料輥壓機(jī)終粉磨公司的運(yùn)行情況大致如下：陜西滿意水泥，采用 Φ2000×1600mm 2×1800kWh 輥壓機(jī)，臺時(shí)430t/h，電耗10.7kWh/t生料；四川亞東水泥，采用Φ1700×1800mm 2×1800kWh 輥壓機(jī)，臺時(shí)340～350t/h，電耗15～16 kWh/t生料；登封嵩基水泥，采用Φ2000×1600mm 2×1800kWh 輥壓機(jī)，臺時(shí)430～450t/h，電耗12 kWh/t生料左右；邯鄲太行水泥，采用Φ1700×1000mm 2×1120kWh 輥壓機(jī)，臺時(shí)250t/h，電耗13.5kWh/t生料；采用鋼渣配料時(shí)，臺時(shí)200t/h，電耗17kWh/t生料；山西智海水泥，采用Φ1800×1000mm 2×900kW輥壓機(jī)，臺時(shí) 210～230t／h，電耗12kWh／t左右。河南嵩基5000t/d線輥壓機(jī)終粉磨中控操作畫面見圖3。

圖3 河南嵩基5000t/d線輥壓機(jī)終粉磨中控操作畫面

仔細(xì)分析各公司的情況，有成功的、有不理想的、也有失敗的，但總體上節(jié)電效果都是肯定的，問題主要出在輥壓機(jī)的粘堵上。在北方干旱地區(qū)沒有太大問題，而同樣在南方多雨地區(qū)為什么有成功有失敗呢？

進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)：輥壓機(jī)終粉磨系統(tǒng)并不怕雨水多、也不怕含土多，怕的是兩者都多，導(dǎo)致輥壓機(jī)系統(tǒng)多處的粘結(jié)堵塞。只要不是兩者都多，或者采取足夠的防雨抗雨措施，生料輥壓機(jī)終粉磨系統(tǒng)還是可以大有作為的。

就目前的運(yùn)行情況來看，臺灣花蓮是雨水多，但含土少，運(yùn)行良好；邯鄲太行是含土多，但雨水少，運(yùn)行也良好；登封嵩基公司是新廠設(shè)計(jì)，加大了物料的防雨庫存，具有較強(qiáng)的抗雨能力，也運(yùn)行良好；四川亞東是雨水多、含土多、天氣潮濕，經(jīng)常發(fā)生粘堵現(xiàn)象，臺時(shí)產(chǎn)量較低，但由于節(jié)電效果還是有的，目前仍在使用。

因此，在選擇輥壓機(jī)生料終粉磨系統(tǒng)時(shí)，一定要慎重考慮輥壓機(jī)的粘堵問題，適當(dāng)加大防雨庫存、加強(qiáng)系統(tǒng)保溫措施、加強(qiáng)系統(tǒng)的烘干能力、甚至在破碎系統(tǒng)引入烘干功能，以確保在節(jié)電的同時(shí)能正常生產(chǎn)。

9 進(jìn)廠煤的指標(biāo)好就說明它是好煤嗎

對于水泥行業(yè)來講，煤的主要作用就是通過其燃燒，按照熟料燒成硅物化的工藝需求，實(shí)時(shí)且可控地提供能量，形成煅燒溫度。熟料燒成是玩兒火的，而且要玩兒出花樣、玩兒出水平，所以煤對熟料燒成是再重要不過了！

一種煤是否適合水泥熟料燒成使用，與它的可燃性有很大的關(guān)系，通常影響原煤可燃性的技術(shù)指標(biāo)有：水分（M）、灰分（A）、揮發(fā)分（V）、固定碳（FC）、發(fā)熱量（Q）、全硫（St）、膠質(zhì)層最大厚度（Y）、粘結(jié)指數(shù)（G）、煤灰熔融性溫度（灰溶點(diǎn)）、哈氏可磨指數(shù)（HGI）、吾氏流動度（ddpm）、煙煤的奧亞膨脹度（B）、焦渣特征(CRC)、透光率（PM）、干燥無灰基氫含量（H）、氧指數(shù)（OI）、著火點(diǎn)、燃燒速度等十多項(xiàng)。

但我們一般日?？刂频倪M(jìn)廠煤的技術(shù)指標(biāo)只有水分、灰分、揮發(fā)份、固定碳、發(fā)熱量、全硫St這五六項(xiàng)。也就是說，有一半以上的與燃燒有關(guān)的技術(shù)指標(biāo)處于失控狀態(tài)。所以，對一種煤來講，即使日?？刂频母黜?xiàng)技術(shù)指標(biāo)都合格，它也不一定燃燒特性就好。

而且，煤的水分有內(nèi)水和外水之分，內(nèi)水是由植物變成煤時(shí)所含的水分，外水是在開采運(yùn)輸?shù)冗^程中附在煤表面和裂隙中的水分。一般來講，煤的變質(zhì)程度越大內(nèi)水就越低，褐煤、長焰煤的內(nèi)水普遍較高，貧煤、無煙煤的內(nèi)水一般較低。就現(xiàn)有的煤粉制備工藝來講，內(nèi)水是很難被烘干出來的。

水分的存在對煤粉的燃燒是極其不利的，它不僅浪費(fèi)了大量的運(yùn)輸資源，而且當(dāng)煤作為燃料時(shí)，煤中的水分會成為蒸汽，在蒸發(fā)時(shí)還要消耗熱量。理論上，對6000kca1/kg的原煤，環(huán)境溫度為25℃時(shí)，煤的水分每增加1%，發(fā)熱量降低約80kca1/kg；實(shí)際上，水分的增加勢必影響到煤粉的著火點(diǎn)和燃燒速度，影響到火力的集中度，其綜合影響力約在100～150 kca1/kg左右，這與經(jīng)驗(yàn)中的感覺是相符的。

目前，混煤燃燒在中國被廣泛地使用，我們使用的煤大部分是從配煤場采購的，各種指標(biāo)都滿足要求，采購部門的工作受到了肯定；但其燃燒特性千差萬別，而且波動很大，給生產(chǎn)部門帶來了被動。

在煤的使用上，最忌諱可燃性相差大的煤配用，這一點(diǎn)國內(nèi)外的專家已有很多的試驗(yàn)和論文，結(jié)論是一致的。奧鎂的磚家在替代燃料的試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，特性差別大的燃料混合使用，水泥窯內(nèi)會出現(xiàn)幾段窯皮，也就是說，窯內(nèi)出現(xiàn)了幾個(gè)燒成帶，這雖然是個(gè)極端的例子，但也證明了配煤使用的副作用。

針對這種情況，河南某公司做過研究，對燃燒性能相差較大的鞏義金鼎煤和平煤天安煤，進(jìn)行了“先混后磨”和“先磨后混”試驗(yàn)，對兩種不同的摻混方式得到的混煤進(jìn)行了熱重分析，并對兩種摻混方式下的混煤的“著火溫度、燃盡溫度、可燃性指數(shù)Cb、綜合燃燒特性指數(shù)S、穩(wěn)燃指數(shù)G”進(jìn)行了對比。結(jié)果表明，在相同升溫速率、質(zhì)量比的情況下，“先磨后混”要比“先混后磨”獲得的混煤，其各項(xiàng)著火特性、燃燒特性都好得多。

實(shí)踐表明，對于兩種燃燒特性差別大的煤，無論如何地強(qiáng)化混合，其燃燒特性還是各行其是、無法均一的。這個(gè)問題一直困擾著燃燒專家，上述試驗(yàn)給予了解釋：煤粉細(xì)度與其可燃性有著很強(qiáng)的相關(guān)性，可燃性好的煤一般都好磨，“先混后磨”工藝把需要放粗的煤給磨細(xì)了，可燃性更好；可燃性差的煤一般都難磨，“先混后磨”工藝卻把需要磨細(xì)的煤給磨粗了，可燃性更差。

煤是一種復(fù)雜的有機(jī)和無機(jī)礦物的混和體，其化學(xué)結(jié)構(gòu)至今尚未完全闡明。在燃燒過程中，不同煤種有著不同的燃燒特性，同煤種但產(chǎn)地不同的煤，其燃燒特性也可能有較大的差別。這不僅與煤的元素組成、成煤的原始植物種類有關(guān)，而且還與成煤的地質(zhì)條件等因素有關(guān)。

實(shí)驗(yàn)表明，雖然煤的燃燒特性在很大程度上與其揮發(fā)份的含量有關(guān)，但它并不是唯一因素，對于個(gè)別煤種，只根據(jù)揮發(fā)份來判斷其燃燒特性，有時(shí)甚至?xí)贸鱿喾吹慕Y(jié)果；有的專家以及大部分教科書上，都推薦用煤的揮發(fā)分來確定煤粉細(xì)度，實(shí)踐證明，是有很大偏差的。

多年來，人們一直在尋找一種能準(zhǔn)確、方便地預(yù)測煤的燃燒特性的方法，近年來人們采用的熱重分析曲線就是一種突破。具體定義如下：

TG（Therma1 Gravity Ana1ysis），指樣品的升溫速度與其重量減少速度的函數(shù)關(guān)系。在什么溫度下樣品的重量減少最多，在此溫度下的分解或者其他化學(xué)反應(yīng)最劇烈。

DTG （Differentia1 therma1 gravity），是TG的一次微分，它反映試樣的質(zhì)量隨時(shí)間的變化率與溫度（或時(shí)間）的函數(shù)關(guān)系。如果失重溫度很接近，在TG上的臺階不容易區(qū)分，作DTG就可以看到明顯的溫度變化。

DTG的峰頂對應(yīng)于TG的拐點(diǎn)，即失重速率的最大值；DTG的峰數(shù)對應(yīng)于TG的臺階數(shù)，即失重的次數(shù)；DTG的峰面積正比于失重量，可用于計(jì)算失重量。

煤粉在不同的氧體積分?jǐn)?shù)下，實(shí)驗(yàn)所得的熱重分析（DTG）曲線見圖4。

圖4 煤在不同氧體積分?jǐn)?shù)下的DTG曲線

該熱重分析（DTG）曲線表明：

① 隨著氧體積分?jǐn)?shù)的增加，使曲線向低溫區(qū)移動，說明著火溫度隨氧體積分?jǐn)?shù)的增加而降低。

② 隨著氧體積分?jǐn)?shù)的增加，使最大質(zhì)量損失速率增大，說明煤的活性隨氧體積分?jǐn)?shù)的增大而增強(qiáng)。

③ 隨著氧體積分?jǐn)?shù)的增加，使煤樣燃燒的平均質(zhì)量損失率增大，說明煤樣的燃盡時(shí)間縮短，整體燃燒速率提高。

④ 隨著氧體積分?jǐn)?shù)的增加，燃燒曲線的后部尾端變陡，說明煤的燃盡性能提高。

應(yīng)該說，熱重分析曲線是目前能方便有效地預(yù)測煤的燃燒特性的方法之一，水泥行業(yè)應(yīng)該在煤的質(zhì)量控制上逐步推行。

10 花錢買到好煤就能用上好煤嗎

我們講，煤對熟料燒成是再重要不過了！因此，我們反復(fù)要求供應(yīng)部門要給我們采購好點(diǎn)兒的煤。但供應(yīng)部門采購到好煤，我們就能用上好煤嗎？答案是：不盡然！還需要把好進(jìn)廠關(guān)和使用關(guān)。

多少年以前，我在與一個(gè)往山東運(yùn)煤的老板吃飯時(shí)，老板接了一個(gè)電話，然后對我說：“實(shí)在對不起，我得趕快回去一趟”。我問什么事這么急，老板說：“咳，我請的一個(gè)裝車大師，每天100元，現(xiàn)在不干了，要求加薪，每天200元，我得過去談?wù)劇薄Ｎ液闷娴貑枴笆裁创髱煛?，老板說：“人家能保證裝上車的劣質(zhì)煤，在卸車后還露不出來”。

除了設(shè)專人監(jiān)控裝車以外，在運(yùn)輸過程中，還有司機(jī)在中途加劣質(zhì)煤換飯吃的案例，有的公司便采取了裝車后貼封條的辦法，結(jié)果發(fā)現(xiàn)還是有的車摻假。經(jīng)過一段時(shí)間的跟蹤調(diào)查，才發(fā)現(xiàn)有的司機(jī)已經(jīng)和貼封條的人串通一氣了，封條是在摻假后才貼上去的。

如何把好煤的進(jìn)廠關(guān)，進(jìn)廠過程中的問題是防不勝防，包括進(jìn)廠以后的驗(yàn)收也有文章可做。只有在進(jìn)廠驗(yàn)收中采用自動取樣、自動檢驗(yàn)系統(tǒng)，最好是采用不需要取樣檢驗(yàn)的煤質(zhì)在線分析儀，排除人為因素，才可能做得好一些。圖5為東方測控公司的在線灰分儀系統(tǒng)圖。

圖5 東方測控公司的在線灰分儀系統(tǒng)圖

除了把好進(jìn)廠關(guān)以外，還必須把好使用關(guān)，努力降低煤在使用過程中的貧化程度。① 合理控制原煤的進(jìn)廠量，保持合理庫存，改善堆存條件，防止長期堆存引起自燃；② 加強(qiáng)堆場管理，將原煤與其他物料分開堆存，并保持一定的距離，防止與其他物料混雜導(dǎo)致貧化；③ 不論是窯尾取風(fēng)還是窯頭取風(fēng)，煤磨烘干用熱風(fēng)的含塵量，都是導(dǎo)致用煤貧化的重要原因，首先要選擇在含塵量低的部位取風(fēng)，必要時(shí)要在熱風(fēng)管路上設(shè)置沉降室或除塵器。