水泥生產中風、煤、料的控制操作

現代化新型幹法水泥窯生產的核心部分是熟料煅燒，熟料煅燒的重點在於窯系統操作引數的穩定，而煅燒的關鍵又是控制風、煤、料的平衡，在具體操作中如何做到全面觀察、重點監控、準確判斷、及時調整來實現風、煤、料三者間的動態平衡，保證窯爐系統熱工制度穩定，是實現新型幹法水泥窯連續穩定、優質高產、低成本執行的重要保證。本文就結合2500t/d新型幹法水泥熟料生產線，對窯爐系統風、煤、料的控制方法進行分析探討，旨在分析風、煤、料的匹配關係和相互間的影響，使問題從點到面、從區域性到全域性地得以解決，供同仁參考。

1 系統風量的控制要求和最佳化

1.1 系統總風量的控制要求

掌握用風的原理是降低能耗的一個重要因素，也是提高生產效率最為重要的操作手段。風量控制的主要依據是保證窯爐煤粉的完全燃燒，合理用風。

（1）可根據窯頭負壓、各級旋風筒進出口溫度、壓力和高溫風機轉速及其電流的變化情況，結合電收塵進口CO含量來判斷風量是否足夠，以此來調節總風量和篦冷機用風量。一般新型幹法窯氣料比較為合理的範圍在1。4~1。6kg空氣/kg物料。

（2）正常生產情況下，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空氣過剩係數。過剩空氣係數α是燃燒過程中的一個重要引數，可以判斷窯爐的用風量或煤粉和空氣量的比例情況，過剩空氣量愈多，加熱空氣耗熱越多，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，C1預熱器出口煙氣O2含量控制在4%～5%，同時應儘量避免CO的出現，保證窯尾電收塵進口CO含量≤0。15%。

（3）系統總風量和窯爐用風匹配具有相對穩定性，但在系統出現如結蛋、結圈、粘結堵塞等工藝故障時，各部位風量將發生改變，需要及時地根據變化情況進行調節。

（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，投料後無需過多的調整，即可滿足逐步加產的用風要求。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，也就是要儘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能否長期穩定安全運轉，透過控制窯頭用風量，可靈活調節窯內火焰形狀、火焰強度、窯皮狀況、煅燒效能等。窯內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分的燃燒，二次風主要透過系統拉風和三次風來調節。

（1）透過調節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，調整好火焰長度就是調整合適的窯皮長度（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，否則高溫帶過於集中，會沖刷窯皮和損傷窯襯，因此窯內火焰形狀粗細必須與窯斷面積相適應，實際生產中要求火焰順暢有力，燃燒器一般定位與窯中心線平行。

（2）低溫的一次風量佔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。根據相關文獻資料可知，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，應根據煤質狀況進行相應調節；對於揮發份低的煤，應採用較低的一次風量，對於揮發份高的煤，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。

目前國內新型幹法窯設計，窯頭送煤風和一次淨風總量大多佔窯內燃燒空氣總量的8%～15%左右，國外較先進的可以達到6%～8%左右。

（3）窯內操作用風控制是否合理，可透過以下幾個方面判斷：一是可透過現場觀察，窯尾煙室是否存在煤粉未燃盡的火花，物料是否發粘、易結皮、縮口負壓是否穩定、是否產生黃心熟料等，如果存在上述現象，說明窯內通風不足，煤粉存在不完全燃燒現象，風量偏低，二是可透過觀察窯前實際煅燒狀況來判斷窯內通風是否適宜。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，用筒體掃描器判斷窯皮長度超過窯內徑的6倍時，說明窯內通風過大、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、窯頭有憋火現象，窯皮短、窯筒體溫度前高後低時，說明窯內通風不足，應加大通風量。三是可透過中控操作引數如窯尾煙室溫度和負壓判斷窯內通風量。如果窯尾煙室溫度偏低、負壓小，說明窯內通風不足，三次風相對過量。相反，若窯尾煙室溫度高、負壓增大，說明窯內通風過大，窯內燒成帶有後移現象。

1.3 預分解系統用風控制要求

預分解系統的用風要求相對較高，所需風量需保證物料懸浮狀態良好，分解充分，爐內煤粉能夠完全燃燒。若系統用風量過低，預熱器內物料懸浮不好，達不到充分熱交換的目的，容易導致塌料、竄料等現象；若系統用風量過高，不僅系統阻力變大，電耗增加，而且出口廢氣量增大，也會導致系統熱耗的增加。

1.4 窯爐用風量的平衡

操作上可根據窯爐內煤粉燃燒情況，調節好風的分配問題，使窯內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，影響系統產質量。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，造成煤粉後燃，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，燃燒後移造成結皮堵塞現象；若三次風量過大，窯內通風量降低，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，有利於熟料的煅燒，還會促進三次風溫、二次風溫的上升，提高窯系統的熱利用率，最佳化熱工制度。

在正常生產中，可根據實際情況，透過調節入分解爐三次風閥的開度來調節窯內通風和三次風用量。若操作用風控制不當，易造成窯內結圈、結球、長厚窯皮、預熱器堵塞等工藝故障，嚴重影響系統熟料產量。因此，根據窯系統生產情況，及時有效地調節好迴轉窯和分解爐風量平衡顯得尤為重要。

2 窯爐系統用煤量的控制要求

2.1 煤質要求

目前煤耗成本佔到新型幹法窯整個熟料生產成本的50％以上，熱耗已經成為決定水泥廠競爭力的關鍵因素。煤質的好壞直接影響著水泥企業熟料產質量及綜合效益。各水泥生產企業應根據地域限制合理定位用煤標準，並嚴格按定位基準進行採購，保證窯的產質量，降低消耗，最大限度地降低製造成本。

煤粉灰分的變化，會使摻入到熟料中的煤灰髮生改變，引起熟料的化學成分和率值變化，從而影響熟料強度。透過資料對比發現，煤灰每變化1%，熟料KH變化約0。008，可見煤質變化對熟料質量的影響。煤的揮發分低，著火溫度低；煤的揮發份高，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，預分解系統易結皮堵塞；煤灰摻量過多，窯內的煅燒溫度降低，燒成帶易長厚窯皮。實踐證明，煤的不完全燃燒是導致窯內結圈、結蛋的主要原因之一。

新型幹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，應根據煤灰的變化和摻入量相應調整原料配比，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，窯運轉率降低，從而使窯系統的生產能力大幅度降低。因此頭煤用量的確定，在於窯尾上升煙道不結皮、窯內不結圈結蛋的情況下，儘可能提高燒成帶溫度為佳。

2.3 分解爐用煤控制要求

由於分解爐在預熱器系統中的特殊性，為充分發揮其作用，應儘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範圍之內，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，有利於提高煤粉的燃燒速度；煤粉水分過高，將吸收窯內的熱量成為水蒸氣，會使窯的熱耗升高，熟料的臺時產量降低；另一方要控制三次風溫在750℃以上，這樣就為煤粉的燃燒創造了有利的條件。

分解爐用煤量的大小，主要是根據分解爐出口、C5和C1出口氣體溫度進行調節。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，則預分解系統溫度偏高，熱耗增加，甚至出現分解爐內煤粉不完全燃燒，煤粉到C5或後系統內繼續燃燒，致使在預分解系統易產生結皮或堵塞。

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後的生料煅燒成熟料，總耗煤量一般取決於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質的熟料是降低能耗、節約成本的關鍵環節。一般情況下，窯／爐用煤比例取決於窯的轉速、L/D及燃料的特性等，通常控制在（40％～45％）：（60％～55％）比較理想。生產規模越大，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：根據生料的率值、細度、易燒性，同時結合煤質和窯內煅燒狀況，合理調整喂料量的大小。

3.1 穩定喂料量是穩定熱工制度的前提

“窯穩需料穩，料不穩則窯不穩”。沒有穩定的喂料量，窯煅燒狀況及熱工引數就不能達到穩定。喂料量忽多忽少將導致窯系統引數和熱工制度的不穩定。當喂料量波動頻繁，超過5%時，就會對窯系統產生難以用操作來控制的影響，造成熱工紊亂、出窯熟料質量波動、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，應根據本公司原燃材料和煅燒系統的特點，配出的生料成分易於煅燒，使熟料優質高產。新型幹法窯對入窯生料成分的穩定性提出了嚴格的要求，一般要求入窯生料的KH標準偏差要小於0。02，最好能小於0。015。

3.3 遵循“薄料快轉”制度

正確認識窯的喂料量、窯的負荷填充率與窯速的關係，讓窯速與喂料量同步增加或減少，保持窯的填充率穩定。當系統在正常執行時，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，窯內熱工制度略有變化，少量增加喂煤量，系統很快就能恢復正常；若窯速太慢，窯內物料層就厚，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，因窯內料層厚，燒成帶溫度回升緩慢，容易造成頂火逼燒，產生黃心料，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，容易出現結蛋、結圈和篦冷機堆雪人現象。

4 風、煤、料的合理匹配和操作要求

窯爐的操作過程中，關鍵是控制風、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於喂料量，系統用風量的大小取決於用煤量，而喂料量又取決於風、煤配合下的煅燒狀況，三者之間相互關聯、相互制約。新型幹法窯監測控制引數和手段全面且連續，供操作人員參考和判斷的資料多，具體操作中如何使窯爐穩定在最佳狀態，如何實現動態平衡，是對操作人員和管理人員操作經驗、操作水平、綜合判斷能力的檢驗。

在生產操作過程中，風、煤、料的調整主要透過窯爐系統各點溫度、壓力、電流、O2含量、CO含量以及結合生料和熟料率值、熟料強度、fCaO含量等進行綜合判斷來調整喂料量、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，到後系統燃燒，窯內易結圈、結蛋、長厚窯皮，還原氣氛濃、熟料伴有黃心，fCaO升高，預分解系統易發生結皮堵塞，熟料能耗升高。煤少風多，則窯內溫度低，電流低，窯內飛沙大，易跑生料，升重低、fCaO升高，預分解系統溫度偏低，生料預燒不好，入窯分解率不高，不能發揮預分解系統的作用。

5 結論

綜上所述，風、煤、料的匹配關係比較複雜，既相互關聯，又互相制約，但可透過全面監控、準確判斷、科學管理、及時調整來實現三者間的動態平衡，從點滴抓起、從細節入手，提高風、煤、料的操作控制水平，確保窯爐系統熱工制度穩定，來實現新型幹法水泥窯連續穩定、優質高產、低成本執行。