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、煤、料的平衡，在具體操作中如何做到全面觀察、重點監(jiān)控、準確判斷、及時調(diào)整來實現(xiàn)風、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、煤、料的控制方法進行分析探討，旨在分析風、煤、料的匹配關(guān)系和相互間的影響，使問題從點到面、從局部到全局地得以解決，供同仁參考。

  1 系統(tǒng)風量的控制要求和優(yōu)化

  1.1 系統(tǒng)總風量的控制要求

  掌握用風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。

  （1）可根據(jù)窯頭負壓、各級旋風筒進出口溫度、壓力和高溫風機轉(zhuǎn)速及其電流的變化情況，結(jié)合電收塵進口CO含量來判斷風量是否足夠，以此來調(diào)節(jié)總風量和篦冷機用風量。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，高溫風機排風量決定了預熱器及分解爐各部位的風速、窯爐用風總量和系統(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量或煤粉和空氣量的比例情況，過?？諝饬坑啵訜峥諝夂臒嵩蕉?，熱效率將隨著過剩空氣量的增加而下降，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預熱器出口煙氣O₂含量控制在4%～5%，同時應盡量避免CO的出現(xiàn)，保證窯尾電收塵進口CO含量≤0.15%。

  （3）系統(tǒng)總風量和窯爐用風匹配具有相對穩(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，各部位風量將發(fā)生改變，需要及時地根據(jù)變化情況進行調(diào)節(jié)。

  （4）一般在投料初期或喂料量偏低時，為保證有足夠的風量使物料懸浮，要求適當加大空氣過剩量，提高氣固比，可不必考慮風煤的配合比例。投料前可將C1筒出口負壓拉至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 窯頭用風的控制要求

  窯頭操作用風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)定安全運轉(zhuǎn)，通過控制窯頭用風量，可靈活調(diào)節(jié)窯內(nèi)火焰形狀、火焰強度、窯皮狀況、煅燒性能等。窯內(nèi)用風又分為一次風和二次風，一次風的主要作用是提供煤粉揮發(fā)分的燃燒，二次風主要通過系統(tǒng)拉風和三次風來調(diào)節(jié)。

  （1）通過調(diào)節(jié)一次風速和二次風量的大小，可達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)火焰形狀粗細必須與窯斷面積相適應，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）低溫的一次風量占入窯空氣量的比例不宜過多，一次風用量小，可以增加高溫二次風的入窯量。根據(jù)相關(guān)文獻資料可知，當一次風量增加到總空氣量的10%時，廢氣溫度將上升4℃，相應熱耗將增加58.5kJ/kg。但在實際生產(chǎn)中也不能過分降低一次風的用量，一次風量過低會影響煤粉著火的燃燒需要，應根據(jù)煤質(zhì)狀況進行相應調(diào)節(jié)；對于揮發(fā)份低的煤，應采用較低的一次風量，對于揮發(fā)份高的煤，一次風量不宜過小，否則可能使化學和機械不完全燃燒損失增加。

  目前國內(nèi)新型干法窯設(shè)計，窯頭送煤風和一次凈風總量大多占窯內(nèi)燃燒空氣總量的8%～15%左右，國外較先進的可以達到6%～8%左右。

  （3）窯內(nèi)操作用風控制是否合理，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)通風不足，煤粉存在不完全燃燒現(xiàn)象，風量偏低，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)通風過大、三次風量偏小。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)通風不足，應加大通風量。三是可通過中控操作參數(shù)如窯尾煙室溫度和負壓判斷窯內(nèi)通風量。如果窯尾煙室溫度偏低、負壓小，說明窯內(nèi)通風不足，三次風相對過量。相反，若窯尾煙室溫度高、負壓增大，說明窯內(nèi)通風過大，窯內(nèi)燒成帶有后移現(xiàn)象。

  1.3 預分解系統(tǒng)用風控制要求

  預分解系統(tǒng)的用風要求相對較高，所需風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)用風量過低，預熱器內(nèi)物料懸浮不好，達不到充分熱交換的目的，容易導致塌料、竄料等現(xiàn)象；若系統(tǒng)用風量過高，不僅系統(tǒng)阻力變大，電耗增加，而且出口廢氣量增大，也會導致系統(tǒng)熱耗的增加。

  1.4 窯爐用風量的平衡

  操作上可根據(jù)窯爐內(nèi)煤粉燃燒情況，調(diào)節(jié)好風的分配問題，使窯內(nèi)通風和三次風量相匹配，窯爐用風過大或過小均會造成預分解窯的煅燒能力與預燒能力失去平衡，影響系統(tǒng)產(chǎn)質(zhì)量。在操作中，若三次風量過小，分解爐供風量不足，用煤量與供風量不匹配，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；若三次風量過大，窯內(nèi)通風量降低，煤粉燃燒氣氛變差，影響熟料燒成。合理的窯爐用風，能提高入窯生料分解率，減輕窯的負荷，提高窯速，有利于熟料的煅燒，還會促進三次風溫、二次風溫的上升，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)入分解爐三次風閥的開度來調(diào)節(jié)窯內(nèi)通風和三次風用量。若操作用風控制不當，易造成窯內(nèi)結(jié)圈、結(jié)球、長厚窯皮、預熱器堵塞等工藝故障，嚴重影響系統(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)窯和分解爐風量平衡顯得尤為重要。

[Page]

  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)應根據(jù)地域限制合理定位用煤標準，并嚴格按定位基準進行采購，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，引起熟料的化學成分和率值變化，從而影響熟料強度。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，應首先滿足熟料煅燒熱耗的要求。熟料標準煤耗一般控制在110～120千克/噸熟料左右，當燃煤灰分波動在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，應根據(jù)煤灰的變化和摻入量相應調(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)揮應有的作用，同時窯的熱負荷升高，耐火磚壽命縮短，窯運轉(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

  由于分解爐在預熱器系統(tǒng)中的特殊性，為充分發(fā)揮其作用，應盡量增大分解爐喂煤量，其比例應達到窯爐總煤量的55％以上，使入窯生料分解率達90％以上，以減輕窯的熱負荷。為保證分解爐的高分解率，一方面要控制煤粉細度和水分在合理范圍之內(nèi)，煤粉細度對著火溫度和燃燒時間影響很大，提高煤粉細度，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出口氣體溫度進行調(diào)節(jié)。如果風量分配合理，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?？刂圃?40％～45％):(60％～55％)比較理想。生產(chǎn)規(guī)模越大，分解爐用煤量也應按高比例控制。

  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)就不能達到穩(wěn)定。喂料量忽多忽少將導致窯系統(tǒng)參數(shù)和熱工制度的不穩(wěn)定。當喂料量波動頻繁，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，應根據(jù)本公司原燃材料和煅燒系統(tǒng)的特點，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)定性提出了嚴格的要求，一般要求入窯生料的KH標準偏差要小于0.02，最好能小于0.015。

  3.3 遵循“薄料快轉(zhuǎn)”制度

  正確認識窯的喂料量、窯的負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。當系統(tǒng)在正常運行時，窯速一般應控制在3.5～4.0r/min，這是預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，進入燒成帶的物料預燒就好，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)圈和篦冷機堆雪人現(xiàn)象。

  4 風、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、煤、料的平衡。原則上以“料定煤，煤定風”， 也就是說用煤量的多少取決于喂料量，系統(tǒng)用風量的大小取決于用煤量，而喂料量又取決于風、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、煤、料的調(diào)整主要通過窯爐系統(tǒng)各點溫度、壓力、電流、O₂含量、CO含量以及結(jié)合生料和熟料率值、熟料強度、fCaO含量等進行綜合判斷來調(diào)整喂料量、喂煤量及各處用風的大小。在喂料量一定的情況下，煤多風少，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，預分解系統(tǒng)易發(fā)生結(jié)皮堵塞，熟料能耗升高。煤少風多，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，預分解系統(tǒng)溫度偏低，生料預燒不好，入窯分解率不高，不能發(fā)揮預分解系統(tǒng)的作用。

  5 結(jié)論

  綜上所述，風、煤、料的匹配關(guān)系比較復雜，既相互關(guān)聯(lián)，又互相制約，但可通過全面監(jiān)控、準確判斷、科學管理、及時調(diào)整來實現(xiàn)三者間的動態(tài)平衡，從點滴抓起、從細節(jié)入手，提高風、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)、低成本運行。