预分解窑生产工艺对熟料的影响

邓 勇

(成都建筑材料工业设计研究院有限公司 610051)

预分解窑生产工艺对熟料的影响

邓 勇

(成都建筑材料工业设计研究院有限公司 610051)

本文首先分析了预分解窑内火焰温度高、烧成带长、窑速快等特点，并结合预分解窑的人工特点分析了窑炉用煤分配、用风量、煤粉细度以及分解炉气体温度对熟料产量的影响。最后浅析了微量组分以及配料方案对熟料质量的影响。

预分解窑；熟料；产量；质量；因素

预分解技术是以悬浮预热和预分解为核心，具有高效、优质、节能、环保和大型化、自动化等特征的现代化水泥生产方法。预分解技术在水泥行业中具有里程碑的意义。预分解技术是一个完整的系统，烧成系统的任何一个环节都有可能影响熟料产量。微组分的危害，是预分解窑生产技术难点之一，预分解窑生产中微组分对熟料的影响绝对不能忽视，其危害程度甚至高于对生产过程的影响。为此，综合分析预分解窑熟料产量和质量的影响因素具有重要意义。

1 预分解窑的热工特性

1.1 火焰温度高

不同于传统的回转窑，进入预分解窑的生料 CaCO3分解过程大半已经完成，窑内主要进行熟料的烧成过程。根据碳酸盐分解热力学方程式，该过程需要大量的热量，在整个熟料形成中占到热能损耗的近 50%。预分解窑内进行的烧成主要发生硅酸二钙与氧化钙的微吸热反应，在这个过程中只需要极少的热量，每千克熟料仅耗能105kJ。

1.2 烧成带长

传统的回转窑内物料分解反应为吸热过程，反应过程需要大量的热量，反应过程中由于吸热反应对热能的损耗导致火焰向料层内部热能传递速度快，高温带短。预分解窑内部吸热反应少，高温火焰向料层热能传递慢，延长了高温带。预分解窑窑尾温度比传统的回转窑温度高，同时二次风量也有所提高，促进了高温带延长。高温带的延长使得温度分布更加均匀，避免热能集中造成的窑皮损坏和阿利特晶体的形成。

1.3 窑速快

传统的转窑内物料集中，物料受热不均，热量的传导主要通过热辐射和物料与耐火砖之间的对流传热，故热能主要集中的生料堆积物表面，加上综合导热系数低，物料内外温差大，内部物料温度明显低于表面物料温度。预分解窑物料温度高，烧成带长，故可适当提高窑转速，一般预分解窑转速可达湿法回转窑的三倍，窑内物料的翻滚次数相比于传统的回转窑多，增加了物料与热气流及衬砖的接触次数，提高了物料的高温均匀作用，同时缩短了物料在烧成带的停留时间。

2 预分解窑熟料产量的影响因素

2.1 窑炉用煤量分配

为了使生料分解过程进行彻底，必须保证煤粉颗粒在分解炉有适宜的停留时间。预分解窑内煤粉的燃烧分布在物料的烧成带和冷却带区段，煤粉主要通过熟料热辐射使煤粉温度达到煤粉的着火温度，通过预分解窑内的气流的扰动可以提高煤粉和空气的混合强度，进而促进煤粉燃烧。分解炉内煤粉升温过程要慢，分解炉内的煤粉燃烧为物料的分解提供热能，但是碳酸盐的分解过程是一个强烈的吸热反应，反应过程中会损耗煤粉燃烧过程中释放的热量，同时碳酸盐岩分解会产生的大量二氧化碳，对于炉内煤粉燃烧环境极其不利，大大降低了煤粉和空气的混合强度，导致煤粉颗粒升温速度相比于窑内慢要慢。因此窑头用煤量对熟料产量也有着重要关系，必须合理选择炉煤及窑煤的比例

表1 不同炉煤窑煤的煅烧熟料对比

通过对比可以看出，预分解窑在操作上要做到窑温与炉温同时控制稳定，不能仅仅只靠窑煤去完成熟料锻烧任务，更不应该让炉煤完成生料分解任务，因此，合理使用窑、炉用煤量才能保证熟料的质量，以确保熟料产量。预分解窑的烧成系统中，在预热器及分解炉的悬浮状态下传热效果最好。为了提高传热效率，要尽可能地充分发挥分解炉用煤的潜力，以尽量少的热量完成预分解的任务。

2.2 窑炉用风量

过剩空气系数是反映窑炉的用风量和空气量的比例的一个重要参数，空气过剩系数对水泥窑内的气流温度，火焰长度，煤粉燃烬率都有影响，对于窑内生料锻烧而言，煤的燃尽程度随着过剩空气系数的降低而降低，考虑到烟气温度，出口烟气温度随过剩空气系数的变化不大，但是废气量增加而带来的热量损失，窑内的过空气系数不宜过高。过剩空气系数小于 1时会导致燃烧不完全的炭粒延伸至窑尾的上升烟道内燃烧，增加窑尾温度，严重时造成窑尾烟道的结皮与堵塞，进而难以保证煤粉的充分燃烧，影响熟料的产量。

2.3 煤粉细度

实验表明，煤粉颗粒特征粒径为20um-80um时出分解炉煤粉燃烬率的变化，随着粒径的不断减小，曲线的斜率越来越大，即对燃烬率的影响越来越明显。其中，特征粒径由50um减小到20um时，分解炉煤粉燃烬率提高为原来的1.2倍；虽然减小粒径可以提高分解炉内煤粉的燃烬率，但是考虑到实际工业生产过程中，要降低煤粉粒径需要消耗大量的电能，并且对煤磨产量影响很大，因此应该综合考虑二者的相互影响关系。

2.4 分解炉气体温度

分解炉内的燃烧温度对燃烧过程影响很大，随着气体温度的升高燃烬率明显增加，曲线的斜率较大，即温度对燃烬率的影响很大；气体温度由 860℃变化到900℃时，燃烬率由62%提高到81%，可见温度对燃烧过程的影响很大。但温度的变化率(曲线斜率)随温度升高而减小，因此对特定的分解炉来说，应有一个最优操作温度。

3 预分解窑熟料质量的影响因素

3.1 微量组分

原燃材料对预分解窑的熟料质量影响较大的组分有碱(K2O， Na2O)、MgO、晶质α-石英、SO3、氯。K2O，Na2O可提高熟料液相粘度，提高煅烧温度，但是使C3S和C3A水化加速，缩小烧结范围缩小，引发预分解窑内的热工系统失衡，造成烟道、分解炉、预热器中结皮堵塞工艺故障， 增加 f-CaO 的含量，影响熟料质量。研究表明，S03含量增加会使熟料中阿利特含量降低，尺寸增大。当贝利特含量增加，铝酸盐和铁酸盐定量时，过多的S03会使水泥的凝结加快，这是由于过剩的硫极易引起预热器结皮堵塞，同时造成窑内结圈， 降低熟料品质。另外，氯在高温环境下极易挥发，引发烧成系统内的循环富集，造成预热器结皮堵塞，进而影响到熟料质量。

3.2 配料方案

预分解窑的窑内一般使用碱性耐火砖(如铬镁砖)，低硅率、低铝率配料在高温环境(火焰温度一般在1700℃以上)使得液相量升高，并降低粘度，另外低粘度流体环境难以挂好窑皮，造成窑皮局部过热而烧蚀露砖，使碱性耐火砖受损剥落，影响熟料质量。较高硅率的硅酸盐矿物中熔剂矿物的少熟料强度高，可降低熟料易烧性，能适应预分解窑内的高温和长烧成带。尽管较高的铝率会增加液相粘度，但仍能适应预分解窑的高温火焰环境，比较之下，低硅率和低铝率配料方案在高火焰温度环境下易结大块，。高硅率、高铝率配料有利于挂好窑皮。因为在适合的熟料液相量和液相粘度下，使熟料结粒细小。时间证明，高硅率、高铝率、中饱和比的配料方案，能保证优质、高产、低消耗的效果，提高熟料质量。

4 结语

综上所述，预分解窑烧成系统用煤量与用风量的合理匹配直接影响系统熟料烧成热耗及产量，考虑到我国目前预分解窑采取的高硅率、高铝率、中饱和比配料方案的同时应考虑微组分，特别是MgO、S03、KZO和Na2O的影响。除了煤量、通风量、微组分等因素对熟料的影响，在实际生产过程中还必须考虑影响窑正常操作（如提高窑内火焰温度和拉长火焰长度）等因素，确保熟料产量和质量。

[1]李兆兰，章建国.预分解窑内结大蛋的原因及解决措施[J].水泥.2005(04)

[2]齐砚勇.预分解窑系统运行状态的诊断[J].四川水泥.2014(05)

[3]康怀云.合理配料，提高水泥熟料质量[J].洛阳工业高等专科学校学报.2004(03)

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1007-6344（2016）10-0002-01