水泥生产中风、煤、料的控制操作

现代化新型干法水泥窑生产的核心部分是熟料煅烧，熟料煅烧的重点在于窑系统操作参数的稳定，而煅烧的关键又是控制风、煤、料的平衡，在具体操作中如何做到全面观察、重点监控、准确判断、及时调整来实现风、煤、料三者间的动态平衡，保证窑炉系统热工制度稳定，是实现新型干法水泥窑连续稳定、优质高产、低成本运行的重要保证。本文就结合2500t/d新型干法水泥熟料生产线，对窑炉系统风、煤、料的控制方法进行分析探讨，旨在分析风、煤、料的匹配关系和相互间的影响，使问题从点到面、从局部到全局地得以解决，供同仁参考。

  1 系统风量的控制要求和优化

  1.1 系统总风量的控制要求

  掌握用风的原理是降低能耗的一个重要因素，也是提高生产效率最为重要的操作手段。风量控制的主要依据是保证窑炉煤粉的完全燃烧，合理用风。

  （1）可根据窑头负压、各级旋风筒进出口温度、压力和高温风机转速及其电流的变化情况，结合电收尘进口CO含量来判断风量是否足够，以此来调节总风量和篦冷机用风量。一般新型干法窑气料比较为合理的范围在1.4~1.6kg空气/kg物料。

  （2）正常生产情况下，高温风机排风量决定了预热器及分解炉各部位的风速、窑炉用风总量和系统空气过剩系数。过剩空气系数α是燃烧过程中的一个重要参数，可以判断窑炉的用风量或煤粉和空气量的比例情况，过剩空气量愈多，加热空气耗热越多，热效率将随着过剩空气量的增加而下降，造成热耗升高。一般窑尾烟气中O2含量控制在1.0％～1.5％，分解炉出口烟气O2含量控制在3.0%之内，C1预热器出口烟气O2含量控制在4%～5%，同时应尽量避免CO的出现，保证窑尾电收尘进口CO含量≤0.15%。

  （3）系统总风量和窑炉用风匹配具有相对稳定性，但在系统出现如结蛋、结圈、粘结堵塞等工艺故障时，各部位风量将发生改变，需要及时地根据变化情况进行调节。

  （4）一般在投料初期或喂料量偏低时，为保证有足够的风量使物料悬浮，要求适当加大空气过剩量，提高气固比，可不必考虑风煤的配合比例。投料前可将C1筒出口负压拉至2800～3500Pa，投料后无需过多的调整，即可满足逐步加产的用风要求。在投料量正常状况下，主要以消耗的煤粉充分燃烧所需空气量为基础，也就是要尽可能提高窑炉头尾煤的完全燃尽率，空气过剩量不需要过大。

  1.2 窑头用风的控制要求

  窑头操作用风控制的好与否在一定程度上影响到窑系统能否长期稳定安全运转，通过控制窑头用风量，可灵活调节窑内火焰形状、火焰强度、窑皮状况、煅烧性能等。窑内用风又分为一次风和二次风，一次风的主要作用是提供煤粉挥发分的燃烧，二次风主要通过系统拉风和三次风来调节。

  （1）通过调节一次风速和二次风量的大小，可达到合适的火焰长度与形状，调整好火焰长度就是调整合适的窑皮长度（也即烧成带长度），所以火焰长度要适中，不可过长，否则窑前温度降低，对物料适应性变差；火焰也不可太短，否则高温带过于集中，会冲刷窑皮和损伤窑衬，因此窑内火焰形状粗细必须与窑断面积相适应，实际生产中要求火焰顺畅有力，燃烧器一般定位与窑中心线平行。

  （2）低温的一次风量占入窑空气量的比例不宜过多，一次风用量小，可以增加高温二次风的入窑量。根据相关文献资料可知，当一次风量增加到总空气量的10%时，废气温度将上升4℃，相应热耗将增加58.5kJ/kg。但在实际生产中也不能过分降低一次风的用量，一次风量过低会影响煤粉着火的燃烧需要，应根据煤质状况进行相应调节；对于挥发份低的煤，应采用较低的一次风量，对于挥发份高的煤，一次风量不宜过小，否则可能使化学和机械不完全燃烧损失增加。

  目前国内新型干法窑设计，窑头送煤风和一次净风总量大多占窑内燃烧空气总量的8%～15%左右，国外较先进的可以达到6%～8%左右。

  （3）窑内操作用风控制是否合理，可通过以下几个方面判断：一是可通过现场观察，窑尾烟室是否存在煤粉未燃尽的火花，物料是否发粘、易结皮、缩口负压是否稳定、是否产生黄心熟料等，如果存在上述现象，说明窑内通风不足，煤粉存在不完全燃烧现象，风量偏低，二是可通过观察窑前实际煅烧状况来判断窑内通风是否适宜。具体判断如下：从窑前看，如果窑前温度偏低，黑火头长、窑内火焰长，烧成带筒体温度偏低而窑尾温度显著升高时，用筒体扫描仪判断窑皮长度超过窑内径的6倍时，说明窑内通风过大、三次风量偏小。如果窑前温度偏高、黑火头较短、火焰粗短而不顺、窑头有憋火现象，窑皮短、窑筒体温度前高后低时，说明窑内通风不足，应加大通风量。三是可通过中控操作参数如窑尾烟室温度和负压判断窑内通风量。如果窑尾烟室温度偏低、负压小，说明窑内通风不足，三次风相对过量。相反，若窑尾烟室温度高、负压增大，说明窑内通风过大，窑内烧成带有后移现象。

  1.3 预分解系统用风控制要求

  预分解系统的用风要求相对较高，所需风量需保证物料悬浮状态良好，分解充分，炉内煤粉能够完全燃烧。若系统用风量过低，预热器内物料悬浮不好，达不到充分热交换的目的，容易导致塌料、窜料等现象；若系统用风量过高，不仅系统阻力变大，电耗增加，而且出口废气量增大，也会导致系统热耗的增加。

  1.4 窑炉用风量的平衡

  操作上可根据窑炉内煤粉燃烧情况，调节好风的分配问题，使窑内通风和三次风量相匹配，窑炉用风过大或过小均会造成预分解窑的煅烧能力与预烧能力失去平衡，影响系统产质量。在操作中，若三次风量过小，分解炉供风量不足，用煤量与供风量不匹配，造成煤粉后燃，C5筒出口温度与分解炉出口温度易形成“倒挂”，会使入窑生料分解率降低，窑的热负荷增加，还会使分解炉煤粉燃烧不完全，燃烧后移造成结皮堵塞现象；若三次风量过大，窑内通风量降低，煤粉燃烧气氛变差，影响熟料烧成。合理的窑炉用风，能提高入窑生料分解率，减轻窑的负荷，提高窑速，有利于熟料的煅烧，还会促进三次风温、二次风温的上升，提高窑系统的热利用率，优化热工制度。

  在正常生产中，可根据实际情况，通过调节入分解炉三次风阀的开度来调节窑内通风和三次风用量。若操作用风控制不当，易造成窑内结圈、结球、长厚窑皮、预热器堵塞等工艺故障，严重影响系统熟料产量。因此，根据窑系统生产情况，及时有效地调节好回转窑和分解炉风量平衡显得尤为重要。

2 窑炉系统用煤量的控制要求

  2.1 煤质要求

  目前煤耗成本占到新型干法窑整个熟料生产成本的50％以上，热耗已经成为决定水泥厂竞争力的关键因素。煤质的好坏直接影响着水泥企业熟料产质量及综合效益。各水泥生产企业应根据地域限制合理定位用煤标准，并严格按定位基准进行采购，保证窑的产质量，降低消耗，最大限度地降低制造成本。

  煤粉灰分的变化，会使掺入到熟料中的煤灰发生改变，引起熟料的化学成分和率值变化，从而影响熟料强度。通过数据对比发现，煤灰每变化1%，熟料KH变化约0.008，可见煤质变化对熟料质量的影响。煤的挥发分低，着火温度低；煤的挥发分高，着火温度高，燃烧速度快。煤的灰分高，热值低，容易造成不完全燃烧，预分解系统易结皮堵塞；煤灰掺量过多，窑内的煅烧温度降低，烧成带易长厚窑皮。实践证明，煤的不完全燃烧是导致窑内结圈、结蛋的主要原因之一。

  新型干法窑煤粉的用量控制，应首先满足熟料煅烧热耗的要求。熟料标准煤耗一般控制在110～120千克/吨熟料左右，当燃煤灰分波动在20％～30％时，其熟料煤灰掺入量通常波动在5％～8％之间。因此，在实际配料控制过程中，应根据煤灰的变化和掺入量相应调整原料配比，最大程度地平衡因煤灰掺入引起的成分波动。

  2.2 窑头用煤量的控制

  窑头用煤量的大小主要是根据生料喂料量、入窑生料CaCO3分解率、熟料升重和fCaO来确定的。用煤量少，烧成带温度偏低，生料烧不透，熟料升重低，fCaO高；用煤量过多，窑尾废气带入分解炉热量过高，势必减少分解炉用煤量，致使入窑生料分解率降低，分解炉不能发挥应有的作用，同时窑的热负荷升高，耐火砖寿命缩短，窑运转率降低，从而使窑系统的生产能力大幅度降低。因此头煤用量的确定，在于窑尾上升烟道不结皮、窑内不结圈结蛋的情况下，尽可能提高烧成带温度为佳。

  2.3 分解炉用煤控制要求

  由于分解炉在预热器系统中的特殊性，为充分发挥其作用，应尽量增大分解炉喂煤量，其比例应达到窑炉总煤量的55％以上，使入窑生料分解率达90％以上，以减轻窑的热负荷。为保证分解炉的高分解率，一方面要控制煤粉细度和水分在合理范围之内，煤粉细度对着火温度和燃烧时间影响很大，提高煤粉细度，也就是增加煤粉中固定碳的比表面积，可使其与空气接触面积增大，有利于提高煤粉的燃烧速度；煤粉水分过高，将吸收窑内的热量成为水蒸气，会使窑的热耗升高，熟料的台时产量降低；另一方要控制三次风温在750℃以上，这样就为煤粉的燃烧创造了有利的条件。

  分解炉用煤量的大小，主要是根据分解炉出口、C5和C1出口气体温度进行调节。如果风量分配合理，但分解炉温度低，入窑生料分解率低，C5和C1出口气体温度低，说明分解炉用煤量过少。如果分解炉用煤量过多，则预分解系统温度偏高，热耗增加，甚至出现分解炉内煤粉不完全燃烧，煤粉到C5或后系统内继续燃烧，致使在预分解系统易产生结皮或堵塞。

  2.4 窑炉用煤比例的控制

  在熟料煅烧过程中，炉煤的作用是完成物料分解，窑煤的作用是将分解后的生料煅烧成熟料，总耗煤量一般取决于入窑生料的成份和喂料量，而窑炉喂煤量比例如何合理分配，以最少的燃料消耗煅烧出优质的熟料是降低能耗、节约成本的关键环节。一般情况下，窑／炉用煤比例取决于窑的转速、L/D及燃料的特性等，通常控制在(40％～45％):(60％～55％)比较理想。生产规模越大，分解炉用煤量也应按高比例控制。

  3 喂料量的控制要求

  喂料量的控制原则是：根据生料的率值、细度、易烧性，同时结合煤质和窑内煅烧状况，合理调整喂料量的大小。

  3.1 稳定喂料量是稳定热工制度的前提

  “窑稳需料稳，料不稳则窑不稳”。没有稳定的喂料量,窑煅烧状况及热工参数就不能达到稳定。喂料量忽多忽少将导致窑系统参数和热工制度的不稳定。当喂料量波动频繁，超过5%时，就会对窑系统产生难以用操作来控制的影响，造成热工紊乱、出窑熟料质量波动、强度降低。

  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，应根据本公司原燃材料和煅烧系统的特点，配出的生料成分易于煅烧，使熟料优质高产。新型干法窑对入窑生料成分的稳定性提出了严格的要求，一般要求入窑生料的KH标准偏差要小于0.02，最好能小于0.015。

  3.3 遵循“薄料快转”制度

  正确认识窑的喂料量、窑的负荷填充率与窑速的关系，让窑速与喂料量同步增加或减少，保持窑的填充率稳定。当系统在正常运行时，窑速一般应控制在3.5～4.0r/min，这是预分解窑的重要特性之一。在同样的喂料量情况下，窑速快，窑内料层薄，生料与热气体之间的热交换好，物料受热均匀，进入烧成带的物料预烧就好，如果遇到垮圈、掉窑皮或小塌料，窑内热工制度略有变化，少量增加喂煤量，系统很快就能恢复正常；若窑速太慢，窑内物料层就厚，物料与热气体热交换差，预烧不好，热工制度稍有变化，极易跑生料，这种情况即使增加喂煤量，因窑内料层厚，烧成带温度回升缓慢，容易造成顶火逼烧，产生黄心料，熟料fCaO也随之升高。同时大量未燃尽的煤粉落入料层造成不完全燃烧，容易出现结蛋、结圈和篦冷机堆雪人现象。

  4 风、煤、料的合理匹配和操作要求

  窑炉的操作过程中，关键是控制风、煤、料的平衡。原则上以“料定煤，煤定风”， 也就是说用煤量的多少取决于喂料量，系统用风量的大小取决于用煤量，而喂料量又取决于风、煤配合下的煅烧状况，三者之间相互关联、相互制约。新型干法窑监测控制参数和手段全面且连续，供操作人员参考和判断的数据多，具体操作中如何使窑炉稳定在最佳状态，如何实现动态平衡，是对操作人员和管理人员操作经验、操作水平、综合判断能力的检验。

  在生产操作过程中，风、煤、料的调整主要通过窑炉系统各点温度、压力、电流、O2含量、CO含量以及结合生料和熟料率值、熟料强度、fCaO含量等进行综合判断来调整喂料量、喂煤量及各处用风的大小。在喂料量一定的情况下，煤多风少，易造成煤粉燃烧不完全，到后系统燃烧，窑内易结圈、结蛋、长厚窑皮，还原气氛浓、熟料伴有黄心，fCaO升高，预分解系统易发生结皮堵塞，熟料能耗升高。煤少风多，则窑内温度低，电流低，窑内飞沙大，易跑生料，升重低、fCaO升高，预分解系统温度偏低，生料预烧不好，入窑分解率不高，不能发挥预分解系统的作用。

  5 结论

  综上所述，风、煤、料的匹配关系比较复杂，既相互关联，又互相制约，但可通过全面监控、准确判断、科学管理、及时调整来实现三者间的动态平衡，从点滴抓起、从细节入手，提高风、煤、料的操作控制水平，确保窑炉系统热工制度稳定，来实现新型干法水泥窑连续稳定、优质高产、低成本运行。