預分解窯生產工藝對熟料的影響

鄧 勇

(成都建筑材料工業設計研究院有限公司 610051)

預分解窯生產工藝對熟料的影響

鄧 勇

(成都建筑材料工業設計研究院有限公司 610051)

本文首先分析了預分解窯內火焰溫度高、燒成帶長、窯速快等特點，并結合預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量的影響。最后淺析了微量組分以及配料方案對熟料質量的影響。

預分解窯；熟料；產量；質量；因素

預分解技術是以懸浮預熱和預分解為核心，具有高效、優質、節能、環保和大型化、自動化等特征的現代化水泥生產方法。預分解技術在水泥行業中具有里程碑的意義。預分解技術是一個完整的系統，燒成系統的任何一個環節都有可能影響熟料產量。微組分的危害，是預分解窯生產技術難點之一，預分解窯生產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過程的影響。為此，綜合分析預分解窯熟料產量和質量的影響因素具有重要意義。

1 預分解窯的熱工特性

1.1 火焰溫度高

不同于傳統的回轉窯，進入預分解窯的生料 CaCO3分解過程大半已經完成，窯內主要進行熟料的燒成過程。根據碳酸鹽分解熱力學方程式，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%。預分解窯內進行的燒成主要發生硅酸二鈣與氧化鈣的微吸熱反應，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

傳統的回轉窯內物料分解反應為吸熱過程，反應過程需要大量的熱量，反應過程中由于吸熱反應對熱能的損耗導致火焰向料層內部熱能傳遞速度快，高溫帶短。預分解窯內部吸熱反應少，高溫火焰向料層熱能傳遞慢，延長了高溫帶。預分解窯窯尾溫度比傳統的回轉窯溫度高，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

傳統的轉窯內物料集中，物料受熱不均，熱量的傳導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，加上綜合導熱系數低，物料內外溫差大，內部物料溫度明顯低于表面物料溫度。預分解窯物料溫度高，燒成帶長，故可適當提高窯轉速，一般預分解窯轉速可達濕法回轉窯的三倍，窯內物料的翻滾次數相比于傳統的回轉窯多，增加了物料與熱氣流及襯磚的接觸次數，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 預分解窯熟料產量的影響因素

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。預分解窯內煤粉的燃燒分布在物料的燒成帶和冷卻帶區段，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，通過預分解窯內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。分解爐內煤粉升溫過程要慢，分解爐內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，反應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生的大量二氧化碳，對于爐內煤粉燃燒環境極其不利，大大降低了煤粉和空氣的混合強度，導致煤粉顆粒升溫速度相比于窯內慢要慢。因此窯頭用煤量對熟料產量也有著重要關系，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，預分解窯在操作上要做到窯溫與爐溫同時控制穩定，不能僅僅只靠窯煤去完成熟料鍛燒任務，更不應該讓爐煤完成生料分解任務，因此，合理使用窯、爐用煤量才能保證熟料的質量，以確保熟料產量。預分解窯的燒成系統中，在預熱器及分解爐的懸浮狀態下傳熱效果最好。為了提高傳熱效率，要盡可能地充分發揮分解爐用煤的潛力，以盡量少的熱量完成預分解的任務。

2.2 窯爐用風量

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

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煤粉的燃燼率，但是考慮到實際工業生產過程中，要降低煤粉粒徑需要消耗大量的電能，并且對煤磨產量影響很大，因此應該綜合考慮二者的相互影響關系。

2.4 分解爐氣體溫度

分解爐內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，應有一個最優操作溫度。

3 預分解窯熟料質量的影響因素

3.1 微量組分

原燃材料對預分解窯的熟料質量影響較大的組分有堿(K2O， Na2O)、MgO、晶質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，縮小燒結范圍縮小，引發預分解窯內的熱工系統失衡，造成煙道、分解爐、預熱器中結皮堵塞工藝故障， 增加 f-CaO 的含量，影響熟料質量。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會使水泥的凝結加快，這是由于過剩的硫極易引起預熱器結皮堵塞，同時造成窯內結圈， 降低熟料品質。另外，氯在高溫環境下極易揮發，引發燒成系統內的循環富集，造成預熱器結皮堵塞，進而影響到熟料質量。

3.2 配料方案

預分解窯的窯內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，能適應預分解窯內的高溫和長燒成帶。盡管較高的鋁率會增加液相粘度，但仍能適應預分解窯的高溫火焰環境，比較之下，低硅率和低鋁率配料方案在高火焰溫度環境下易結大塊，。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，能保證優質、高產、低消耗的效果，提高熟料質量。

4 結語

綜上所述，預分解窯燒成系統用煤量與用風量的合理匹配直接影響系統熟料燒成熱耗及產量，考慮到我國目前預分解窯采取的高硅率、高鋁率、中飽和比配料方案的同時應考慮微組分，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，在實際生產過程中還必須考慮影響窯正常操作（如提高窯內火焰溫度和拉長火焰長度）等因素，確保熟料產量和質量。

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1007-6344（2016）10-0002-01