預(yù)分解窯生產(chǎn)工藝對熟料的影響

鄧 勇

(成都建筑材料工業(yè)設(shè)計研究院有限公司 610051)

預(yù)分解窯生產(chǎn)工藝對熟料的影響

鄧 勇

(成都建筑材料工業(yè)設(shè)計研究院有限公司 610051)

本文首先分析了預(yù)分解窯內(nèi)火焰溫度高、燒成帶長、窯速快等特點，并結(jié)合預(yù)分解窯的人工特點分析了窯爐用煤分配、用風量、煤粉細度以及分解爐氣體溫度對熟料產(chǎn)量的影響。最后淺析了微量組分以及配料方案對熟料質(zhì)量的影響。

預(yù)分解窯；熟料；產(chǎn)量；質(zhì)量；因素

預(yù)分解技術(shù)是以懸浮預(yù)熱和預(yù)分解為核心，具有高效、優(yōu)質(zhì)、節(jié)能、環(huán)保和大型化、自動化等特征的現(xiàn)代化水泥生產(chǎn)方法。預(yù)分解技術(shù)在水泥行業(yè)中具有里程碑的意義。預(yù)分解技術(shù)是一個完整的系統(tǒng)，燒成系統(tǒng)的任何一個環(huán)節(jié)都有可能影響熟料產(chǎn)量。微組分的危害，是預(yù)分解窯生產(chǎn)技術(shù)難點之一，預(yù)分解窯生產(chǎn)中微組分對熟料的影響絕對不能忽視，其危害程度甚至高于對生產(chǎn)過程的影響。為此，綜合分析預(yù)分解窯熟料產(chǎn)量和質(zhì)量的影響因素具有重要意義。

1 預(yù)分解窯的熱工特性

1.1 火焰溫度高

不同于傳統(tǒng)的回轉(zhuǎn)窯，進入預(yù)分解窯的生料 CaCO3分解過程大半已經(jīng)完成，窯內(nèi)主要進行熟料的燒成過程。根據(jù)碳酸鹽分解熱力學(xué)方程式，該過程需要大量的熱量，在整個熟料形成中占到熱能損耗的近 50%。預(yù)分解窯內(nèi)進行的燒成主要發(fā)生硅酸二鈣與氧化鈣的微吸熱反應(yīng)，在這個過程中只需要極少的熱量，每千克熟料僅耗能105kJ。

1.2 燒成帶長

傳統(tǒng)的回轉(zhuǎn)窯內(nèi)物料分解反應(yīng)為吸熱過程，反應(yīng)過程需要大量的熱量，反應(yīng)過程中由于吸熱反應(yīng)對熱能的損耗導(dǎo)致火焰向料層內(nèi)部熱能傳遞速度快，高溫帶短。預(yù)分解窯內(nèi)部吸熱反應(yīng)少，高溫火焰向料層熱能傳遞慢，延長了高溫帶。預(yù)分解窯窯尾溫度比傳統(tǒng)的回轉(zhuǎn)窯溫度高，同時二次風量也有所提高，促進了高溫帶延長。高溫帶的延長使得溫度分布更加均勻，避免熱能集中造成的窯皮損壞和阿利特晶體的形成。

1.3 窯速快

傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)窯內(nèi)物料集中，物料受熱不均，熱量的傳導(dǎo)主要通過熱輻射和物料與耐火磚之間的對流傳熱，故熱能主要集中的生料堆積物表面，加上綜合導(dǎo)熱系數(shù)低，物料內(nèi)外溫差大，內(nèi)部物料溫度明顯低于表面物料溫度。預(yù)分解窯物料溫度高，燒成帶長，故可適當提高窯轉(zhuǎn)速，一般預(yù)分解窯轉(zhuǎn)速可達濕法回轉(zhuǎn)窯的三倍，窯內(nèi)物料的翻滾次數(shù)相比于傳統(tǒng)的回轉(zhuǎn)窯多，增加了物料與熱氣流及襯磚的接觸次數(shù)，提高了物料的高溫均勻作用，同時縮短了物料在燒成帶的停留時間。

2 預(yù)分解窯熟料產(chǎn)量的影響因素

2.1 窯爐用煤量分配

為了使生料分解過程進行徹底，必須保證煤粉顆粒在分解爐有適宜的停留時間。預(yù)分解窯內(nèi)煤粉的燃燒分布在物料的燒成帶和冷卻帶區(qū)段，煤粉主要通過熟料熱輻射使煤粉溫度達到煤粉的著火溫度，通過預(yù)分解窯內(nèi)的氣流的擾動可以提高煤粉和空氣的混合強度，進而促進煤粉燃燒。分解爐內(nèi)煤粉升溫過程要慢，分解爐內(nèi)的煤粉燃燒為物料的分解提供熱能，但是碳酸鹽的分解過程是一個強烈的吸熱反應(yīng)，反應(yīng)過程中會損耗煤粉燃燒過程中釋放的熱量，同時碳酸鹽巖分解會產(chǎn)生的大量二氧化碳，對于爐內(nèi)煤粉燃燒環(huán)境極其不利，大大降低了煤粉和空氣的混合強度，導(dǎo)致煤粉顆粒升溫速度相比于窯內(nèi)慢要慢。因此窯頭用煤量對熟料產(chǎn)量也有著重要關(guān)系，必須合理選擇爐煤及窯煤的比例

表1 不同爐煤窯煤的煅燒熟料對比

通過對比可以看出，預(yù)分解窯在操作上要做到窯溫與爐溫同時控制穩(wěn)定，不能僅僅只靠窯煤去完成熟料鍛燒任務(wù)，更不應(yīng)該讓爐煤完成生料分解任務(wù)，因此，合理使用窯、爐用煤量才能保證熟料的質(zhì)量，以確保熟料產(chǎn)量。預(yù)分解窯的燒成系統(tǒng)中，在預(yù)熱器及分解爐的懸浮狀態(tài)下傳熱效果最好。為了提高傳熱效率，要盡可能地充分發(fā)揮分解爐用煤的潛力，以盡量少的熱量完成預(yù)分解的任務(wù)。

2.2 窯爐用風量

過?？諝庀禂?shù)是反映窯爐的用風量和空氣量的比例的一個重要參數(shù)，空氣過剩系數(shù)對水泥窯內(nèi)的氣流溫度，火焰長度，煤粉燃燼率都有影響，對于窯內(nèi)生料鍛燒而言，煤的燃盡程度隨著過剩空氣系數(shù)的降低而降低，考慮到煙氣溫度，出口煙氣溫度隨過?？諝庀禂?shù)的變化不大，但是廢氣量增加而帶來的熱量損失，窯內(nèi)的過空氣系數(shù)不宜過高。過?？諝庀禂?shù)小于 1時會導(dǎo)致燃燒不完全的炭粒延伸至窯尾的上升煙道內(nèi)燃燒，增加窯尾溫度，嚴重時造成窯尾煙道的結(jié)皮與堵塞，進而難以保證煤粉的充分燃燒，影響熟料的產(chǎn)量。

2.3 煤粉細度

實驗表明，煤粉顆粒特征粒徑為20um-80um時出分解爐煤粉燃燼率的變化，隨著粒徑的不斷減小，曲線的斜率越來越大，即對燃燼率的影響越來越明顯。其中，特征粒徑由50um減小到20um時，分解爐煤粉燃燼率提高為原來的1.2倍；雖然減小粒徑可以提高分解爐內(nèi)煤粉的燃燼率，但是考慮到實際工業(yè)生產(chǎn)過程中，要降低煤粉粒徑需要消耗大量的電能，并且對煤磨產(chǎn)量影響很大，因此應(yīng)該綜合考慮二者的相互影響關(guān)系。

2.4 分解爐氣體溫度

分解爐內(nèi)的燃燒溫度對燃燒過程影響很大，隨著氣體溫度的升高燃燼率明顯增加，曲線的斜率較大，即溫度對燃燼率的影響很大；氣體溫度由 860℃變化到900℃時，燃燼率由62%提高到81%，可見溫度對燃燒過程的影響很大。但溫度的變化率(曲線斜率)隨溫度升高而減小，因此對特定的分解爐來說，應(yīng)有一個最優(yōu)操作溫度。

3 預(yù)分解窯熟料質(zhì)量的影響因素

3.1 微量組分

原燃材料對預(yù)分解窯的熟料質(zhì)量影響較大的組分有堿(K2O， Na2O)、MgO、晶質(zhì)α-石英、SO3、氯。K2O，Na2O可提高熟料液相粘度，提高煅燒溫度，但是使C3S和C3A水化加速，縮小燒結(jié)范圍縮小，引發(fā)預(yù)分解窯內(nèi)的熱工系統(tǒng)失衡，造成煙道、分解爐、預(yù)熱器中結(jié)皮堵塞工藝故障， 增加 f-CaO 的含量，影響熟料質(zhì)量。研究表明，S03含量增加會使熟料中阿利特含量降低，尺寸增大。當貝利特含量增加，鋁酸鹽和鐵酸鹽定量時，過多的S03會使水泥的凝結(jié)加快，這是由于過剩的硫極易引起預(yù)熱器結(jié)皮堵塞，同時造成窯內(nèi)結(jié)圈， 降低熟料品質(zhì)。另外，氯在高溫環(huán)境下極易揮發(fā)，引發(fā)燒成系統(tǒng)內(nèi)的循環(huán)富集，造成預(yù)熱器結(jié)皮堵塞，進而影響到熟料質(zhì)量。

3.2 配料方案

預(yù)分解窯的窯內(nèi)一般使用堿性耐火磚(如鉻鎂磚)，低硅率、低鋁率配料在高溫環(huán)境(火焰溫度一般在1700℃以上)使得液相量升高，并降低粘度，另外低粘度流體環(huán)境難以掛好窯皮，造成窯皮局部過熱而燒蝕露磚，使堿性耐火磚受損剝落，影響熟料質(zhì)量。較高硅率的硅酸鹽礦物中熔劑礦物的少熟料強度高，可降低熟料易燒性，能適應(yīng)預(yù)分解窯內(nèi)的高溫和長燒成帶。盡管較高的鋁率會增加液相粘度，但仍能適應(yīng)預(yù)分解窯的高溫火焰環(huán)境，比較之下，低硅率和低鋁率配料方案在高火焰溫度環(huán)境下易結(jié)大塊，。高硅率、高鋁率配料有利于掛好窯皮。因為在適合的熟料液相量和液相粘度下，使熟料結(jié)粒細小。時間證明，高硅率、高鋁率、中飽和比的配料方案，能保證優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低消耗的效果，提高熟料質(zhì)量。

4 結(jié)語

綜上所述，預(yù)分解窯燒成系統(tǒng)用煤量與用風量的合理匹配直接影響系統(tǒng)熟料燒成熱耗及產(chǎn)量，考慮到我國目前預(yù)分解窯采取的高硅率、高鋁率、中飽和比配料方案的同時應(yīng)考慮微組分，特別是MgO、S03、KZO和Na2O的影響。除了煤量、通風量、微組分等因素對熟料的影響，在實際生產(chǎn)過程中還必須考慮影響窯正常操作（如提高窯內(nèi)火焰溫度和拉長火焰長度）等因素，確保熟料產(chǎn)量和質(zhì)量。

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