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水泥熟料生产系统节能技术探讨之原料和配料

作者:卡卡  来源:www.zyjxjc.cn  更新时间:2020-03-14 14:09:01  点击次数:

   水泥熟料生产系统节能技术探讨之原料和配料

  原料的选择和配料方案的选择在水泥生产中占据重要地位,好的原料和配料方案是水泥熟料节 能降耗的最直接的手段。易烧性好且能经济地生产出高品质水泥熟料的生料才是好料,而并非仅仅只是易 烧性好或是可能会生产出高质量熟料的料。这必须依赖于对原料的科学选择和使用,依赖于对配料方案的优 化。成功的配料方案应以熟料质量为最终目的,以最大可能地提高易烧性为原则,就不同的原料做不同的选择,才可以取得预期目的。
  随着市场竞争的加剧及环境保护标准的提 高,节能降耗已经成为目前水泥熟料生产线的一个 重要选择。不同的建设理念和技术管理以及应用水 平导致我国不同企业水泥熟料生产能耗差距较大,而在目前成本、环保、政策及经营业绩等多重压力下,不降低能耗往往会导致企业死亡。因此,可以 说在世界上任何一个地方和时期,从未有当下中国水泥生产企业这样关注和践行节能降耗的理念,也从未有如此大规模、大范围地进行技术提升。那么在目前预分解窑工艺技术条件下,如何有效地节能降耗?采取哪些手段可以起到较好的效果?技术改造和升级的必要性如何评价?这些问题应当是目前从业人员都需要考虑的问题。
  从目前水泥厂的生产过程来看,笔者认为水泥生产过程的节能降耗应从以下几个方面着手:(1) 重视原料及配料,从根本上降低熟料生产的难度;(2 ) 重视生产过程管理,为后续工艺做好准备;(3 ) 重视局部改造,从点滴做起降低能耗;(4 ) 规划好大设备的改造和升级,全面平衡全厂能耗成本。
  从以上几个方面的顺序来看,前两点很容易 被生产人员忽视,特别是第一点,原料和配料,从 生产原则上来看,这是建厂时就已经确定的内容,与生产的关联性不大,本文仅就此点作以下说明,
  以资参考。
  1 原料及配料的影响
  原料和配料方案的选择在水泥生产中占据重 要地位,好的原料和配料方案是水泥熟料节能降耗 的最直接的手段。从生产过程来看,水泥厂建厂之 初原料的选取和配料方案就已经确定了,生产过程 中各厂在质量控制时也会调整,但都不会太大,但 是在这里,笔者还是要强调,这是水泥生产节能降 耗的最根本控制手段,为了节能降耗,我们可以想 办法去调整。原料的选取虽然不易调整,但每个厂 的特性不同,即使是石灰石,也可以在科学规划开 采利用的基础上对石灰石本身的性质进行调整,更 何况其它原料的来源。配料方案对水泥熟料生产的 影响是最直接的,好的配料方案可直接降低烧成难 度,保证合理的熟料质量,从而提高产量,降低能 耗。因此,在需要时,我们也可对配料方案进行科 学的调整。
  原料和配料怎么影响消耗?从理论上看, 水泥熟料形成热大约范围在1 692_9 ~ 1 _ kj/kg, 差 距达209 kj/kg, 仅从这一点就可以看出配料对热耗 的影响有多大。此外不同的原料会对石灰石的分解 反应、灼烧粉体的粘度和团聚、液相量的大小及出 现的温度、窑皮的厚度及长度、熟料的煅烧温度及 熟料质量中一个或几个产生影响,这些都会在系统 产量、质量和能耗上有所反应,因此,我们才说原料和配料是影响水泥生产能耗水平的重要因素。
  原料和配料现实生产中存在两种极端的错误 控制:不受重视或是过分教条的重视,因为目前每 个水泥厂为了达到想要的熟料质量,都会利用现有 的原料形成一个相对固定合理的熟料配料方案进行 煅烧,这种方案的调整空间并不大,可操作空间也 小,受限于原料品种和对水泥质量的要求,这种调 整空间就更小了,所以都依靠现有条件,按通用的 指标控制或是教条地按同一指标控制。这就很容易 在不同的水泥厂产生差异较大的结果,这在水泥大 集团企业中表现得尤为明显,这类大集团往往是集 团管理要求或是质量控制人员的流动从而在不同的 生产线上采用相近的配料方案,但不一定能取得相 近的结果,从而给人的感觉是生产好的装备和管理 水平很高,而生产差的就是装备和管理有问题。当 然,装备和管理水平的确是一方面的原因,但有很 大一部分原因还是原材料改变了,但配料方案改变 不大造成的。
  我们期望能生产出高品质熟料,但易烧性差 的生料往往不能得到或是很难达到理想的煅烧效 果,熟料的质量及其稳定性波动较大,熟料的结晶 达不到理想状态,这反而会降低熟料质量。为提高 熟料强度,很多质量控制人员不断地提高KH和SM的控制值,这又会造成易烧性进一步变差,质量更 不好,从而进入恶性循环,产量质量的波动和热工 制度的不断调整又进一步提高了能耗和生产成本,从而使企业长期在高能耗水平下生产。这种问题很 隐闭,不容易发现,我们质量控制人员只是按正常 水平控制,没有提高要求,烧制不出合格的熟料,这就会把责任推给设备或操作人员,于是改造设 备,于是换人,但总是不能如愿,问题依旧存在。
  配一库好料,这是每个质量控制和烧成中控 的目标和期望,什么是好料?以什么为标准才能称 为好料?易烧性好且能经济地生产出髙品质水泥熟 料的生料才是好料,而并非仅仅只是易烧性好或是 可能会生产出高质量熟料的料。现实生产中,为提 高水泥熟料质量,对配料和原料的选择都以可能会 生产出高品质熟料为目标,但是这也仅仅是可能,实际是否能或是否能经济地烧出髙品质熟料往往被 质量控制者选择时忽视。从根本上讲,要重视水泥 熟料品质,更要重视熟料易烧性,不好烧的生料很 难经济地生产出高品质的熟料,这是必须坚持的逻 辑。
  2 重视原料的选择
  近年来,国内水泥厂大规模扩张,在原料选 取上往往不能做到特别全面,在建厂初期,大部分 业主关注的是能不能烧成熟料,能不能用,只是简 单地考察就确定了配料方案,甚至出现将石灰石矿 点选取在以白云石为主的矿床周边的情况,这种情 况并不是个案。
  2.1石灰石原料
  实际生产中,石灰石矿点一般不能改变,能 做的大约只是对开采方案进行优化,基本上不能选 择。但是,好的石灰石矿现在已经是重要资源,在 开发利用时要注意同其它劣质原料搭配,最好不要 也没必要只采用优质石灰石,应合理地将优质石灰 石的作用发挥到最大。现在许多水泥企业利用矿石 资源发展骨料生产项目,需要注意的是利用优质石 灰石作骨料是对资源的浪费,有必要对此进行远期 规划。对石灰石原料要求一定要相对稳定,为生料 配料合格率提供前提保障。
  结晶态越好的石灰石的易烧性和易磨性都比较差, 从这一点上来说,白垩等泥灰岩的易烧性一般较好也 是 舱 实 际 纪 倩 况 的 。越纯的石灰石矿体其实本质上对水泥生产并不有利,因为纯就意味着晶体发育 越完全,难磨也难烧;另一方面,含一定量杂质的 石灰石的易烧性反而较较纯的石灰石好,因此低 质石灰石在含结晶桂不高时更有利于提高生料的易 烧性。
  高镁石灰石的利用也要特别注意,首先必须 要有完备的矿山开采计划,保持矿山开采出来的原 料成分的稳定,并将镁含量控制在一个相对合理的 区间内,否则会造成后期矿山无优质石灰石搭配;其次,要配备石灰石预均化堆场,保证人磨石灰石 成分的相对稳定,为后续操作提供MgO含量相对稳 定的生料,以稳定窑的热工制度;再次,必须要有 与之相适应的配料方案,但不要教条地迷信文献经 验,可以适当试验。
  由于石灰石是水泥生产的主要原料,一般与 厂址选择相关联,因此,可选余地较小,只有做合 理的矿山开采方案或是外购部分石灰质原料平衡生 产,但多少还是可以做一些有益的工作。
  2 . 2 硅质和硅铝质原料
  硅质和硅铝质原料是水泥生产的重要原料,一般也在建厂时选定,但硅质和硅铝质原料矿山规 模一般不大,为了调整配料方案实现更低的能源消耗,有全部或是部分替换的可能性。
  硅质和硅铝质原料是影响熟料易烧性的重要 原料,要特别关注硅质原料中的结晶硅及结晶硅晶 体的尺寸。结晶硅含量高的硅质原料,一般来说所 配的生料易烧性不会太好,粉磨也比较难,不是好 用的硅质原料,如以此作为生料配料的主要硅质原 料,不是特别妥当,一般建议更换硅质原料或改作 硅质校正原料。结晶硅含量高又无硅质原料替代 时,也要从其晶体尺寸大小上进行适当选取,尽 可能选取晶体尺寸小的硅质原料,可适当改善生料 的易烧性和易磨性。可以适当扩大桂质原料的选取 范围,包括一些废料和废渣。
  其实硅质或是硅铝质原料可以利用部分低品 质原料,以低品质硅铝质原料为主搭配少量含硅高 的物料配料生产水泥熟料,同样可以获得易磨性或 是易烧性较好的生料。
  硅质和硅铝质原料要特别注意其所含的有害 成分K、Na、Cl-情况,这是影响水泥熟料生产系统 稳定性的重要因素,可适当控制其在生料中的含量 或是采用旁路放风系统。
  2.3铁质和铁鋁质校正原料
  铁铝质原料方面,目前大部分利用废矿和废 渣,这些废弃物往往含有一定的杂质金属,有可能 会对生料的易烧性产生影响,杂质金属的存在大 部分会对易烧性产生好的影响,但也往往会导致液 相量提前出现,影响烧成系统的稳定运行,需要予 以关注。
  此外,铁质原料由于用量较少,没有特别的 预均化措施,不可多矿点混合采购,否则会导致原 料配料困难。
  2.4原料选择要考虑生料易磨性和硫的含量
  实际上,原料配料除了要强调生料易烧性 外 ,还有两个比较重要的问题, 一 是生料的易磨 性,二是硫的含量。
  在易磨性上主要要关注各种物料的易磨性差 异对人窑生料稳定性的影响,在生料混合粉磨时,难磨的物料在生料混合料中的颗粒尺寸相对要大一 些,在旋风收尘器中更容易被收集下来,这时C1筒 出口的飞灰中的相对容易粉磨的物料就更容易被气 流带走,从而影响入均化库的物料成分的稳定,特 别是在生料磨开停之间变换时,这种影响将会达到 最大, 对窑系统的热工稳定性影响比较致命。这个 问题一般采用增加窑灰仓的方式解决,除了增加系统复杂程度以外,窑灰直接入窑一般也会由于计量 不精的情况对窑况产生影响,增加窑灰仓只是一个 缓解手段而已,如果能在原料有所选择的情况下适 当更改,则这种情况基本上可以杜绝。
  废气中的S02主要来自石灰石中的S含量,这 就要求我们在选择石灰石矿山时有所考虑。在矿山 已定无法改变时,我们只能在生产环节采取措施。在超标不严重时可采用在线喷热石灰粉的形式,如 比较严重,则多以采用专业的脱硫措施才能解决,这些都会额外增加生产成本。华润水泥(金沙)有 限公司利用碱渣参与配料生产水泥熟料实现节能降 耗减排的实践经验值得我们推广。
  3 关于生料配料方案的选择问题
  生料配料方案关系到烧成系统能耗水平。好 的配料方案不但能得到易烧性好、易磨性好的生 料,还能生产出符合要求的优质熟料,从而能使系 统的能耗水平有一个明显的提高。
  3.1配料方案的选取
  一般地,水泥厂配料方案的选取以得到合格 的熟料为目的,以提高易烧性为原则,从根本上降 低水泥熟料的烧成难度和热耗水平,达到低耗、高 质、高产的生产效果。
  从水泥国家标准GB175-1999实施以来,国内 预分解窑水泥生产线一直都被建议采用“双高一 中”的率值配料方案,即高KH、高SM和中IM,一 般认为能较容易得到高质量的熟料,随市场上混凝 土搅拌站越来越成为主要使用水泥的对象后,一些 水泥厂也采用了低IM方案来配料,但总的来说,为了得到高强度熟料,一些水泥厂的KH、SM则是 越来越高。
  KH 高 ,熟料中硅酸盐矿物中的C3S越高,而 SM越高则熟料中的硅酸盐矿物总量就越高,从本 质上熟料的早期强度会上升,但另一方面,高KH及SM都会使生料的易烧性变差,熟料的烧结范围 会变窄,烧成温度也要求较高,从而推高熟料能耗 并增加了烧成难度。在烧成状况比较差时,熟料合 格率下降,从而又使熟料质量下降,达不到高质高 产的效果,还増加了能耗,很不经济。
  IM反应的是熟料中铝酸盐矿和铁铝酸盐矿物 的比例,在烧成上, 越低,原则上烧成范围越 窄,不利于熟料烧成,但近年来的实践表明,这种 低熟料在预分解窑水泥生产中并没有太大的难 度 ,影响不大,建议在条件合适时可以适当降低IM ,对水泥在混凝土中使用时更有利。本质上来 说,笔者认为,提高IM不利于水泥品质的提高,对水泥的耐久性也不利,对早强也有影响,不适宜 提高,建议控制在1.4以下。
  从具体的控制上,我们认为熟料的结晶状态 应该是判断熟料质量的重要因素,提高熟料合格 率,烧成颗粒大小相对均勻的熟料,一般质量不会 太差,早期湿法窑烧成系统以中KH 、低SM 和中IM 配料也能获得高品质熟料,说明熟料矿物组成虽然 是影响熟料质量的重要因素,但熟料的烧成质量也 同样是一个不可忽视的因素。熟料烧成研究发现:技术可行的限度内,KH 、SM 和IM 越低,成分颗粒 尺寸越小,物料越容易烧成。因此有条件的情况 下,适当调低KH或SM 是一条改善生料易烧性并降 低能耗的有效途径,不应迷信已有规律。
  3 . 2 配料方案的调整
  实践说明,提出一个符合或是接近所有原料 都适应的控制方案是很难的,在利用特定原料进行 配料时要根据实际情况适当调整配料方案,在同一 配料方案下原料改变往往会引起易烧性的变化。因 此,因地制宜、大胆实验是获得最佳配料方案的重 要途径。
  举以下两个实例说明:
  A厂为5 000 t/d熟料生产线,采用高镁石灰石 作原料,MgO含量在5%左右,初期采用1KH=0 . 9 3 、SW =2.5、IM =1.5方案配料,由于高镁原料的存 在,使得窑况极其不稳定,质量波动大,熟料结 粒情况极差,大块及细粉占很大比重,熟料28 d强 度一般为54~56 MPa, 产量长期运行在5 000 t/d左 右。调整时,先采用高5M 高iM 配料,未能改善状 况;于是改为KH=0.88、SM =2.3、IM =1.4方案配 料,产量稳定在5 800 t/d 以上,熟料结粒情况极大 改善,熟料28 d强度也达到了56 MPa,生产稳定高 效。
  以上改进方案仅以改善熟料易烧性为目的,降低烧成难度,改善熟料结粒状况,取得了良好效 果,在质量达到预期的情况下,提高了产量,稳定 了窑热工制度,为高产高效创造了条件。
  B厂为5 000 t/d熟料生产线,采用硅质原料中 结晶硅含量较大,硅质原料易磨性明显较差,采 用似KH=0.93、SW =2.3、IM =1.5方案配料,由于在同 集团其它厂使用,热耗较低、产质量较好,是效果 很好的配料方案,熟料28 d强度达60 MPa以上,高产稳定。但该方案在B厂应用不是很好,尽管 能稳定生产在5 800 t/d左右,但熟料28 d强度只有 56~58 MPa,热耗很高。
  从结果上来看,同一方案在其它厂有效地降 低了热耗,说明在此方案下原厂的易烧性好,效果 也好;但直接利用于B厂后,由于原料变化,易烧 性也相应改变,热耗上升也是必然结果。从以上两例可以看出,A厂中前面两个方案都 是别厂试验成功的案例,但利用于本厂却不适应,B厂复制配料方案但效果不理想,都充分说明,配 料方案不是定案,要因地制宜,对不同的原料作不 同的方案,不能一成不变。笔者以为,成功的配料 方案应以熟料质量为最终目的,以最大可能地提高 易烧性为原则,就不同的原料做不同的选择,才 可以取得预期目的。同时,高品质熟料的经济效 益是否最大也是一个必需考量的问题,熟料强度 提高2 MPa,对产量是否有影响?热耗是否上升较 大?都是质量控制人员需要思考的问题。
  4 结束语
  原料和配料是影响熟料热耗的重要方面,在 成本相同的情况下,适当地调整原料,改善生料配 料方案是最经济的改善系统能耗的手段,合适的原 料方案和好的配料方案不但能得到易烧性好、易磨 性好的生料,还能生产出符合要求的优质熟料,从 而能使系统的能耗水平有一个明显的改善。因此我 们必须重视原料的选择,尤其是建厂之前对矿点的 选择,在矿点不能改变时,要重视原料的科学开采 和使用;我们不能迷信已经成功的配料方案,以节 能降耗为中心的生产中,调整方案大有作为,大有 成效。
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