摘要：結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，闡述日產(chǎn)4600噸生產(chǎn)線實(shí)現(xiàn)提產(chǎn)降耗，從原料與生料穩(wěn)定性、生料配方、設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)率、燃料和燃燒器的調(diào)整以及精細(xì)化操作五大要素進(jìn)行調(diào)整改進(jìn)，取得明顯效果。

  0  前 言

  我公司從事水泥生產(chǎn)已有20多年歷史，自2008年到2010年與南京院合作先后建成5條4600t/d水泥生產(chǎn)線，其中設(shè)計(jì)產(chǎn)量為4600t/d，經(jīng)過幾年生產(chǎn)實(shí)踐，產(chǎn)量大幅提高，超過設(shè)計(jì)產(chǎn)量的20%，同時(shí)各項(xiàng)消耗指標(biāo)都處于領(lǐng)先水平。總結(jié)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)回轉(zhuǎn)窯提產(chǎn)降耗直接受原料與生料穩(wěn)定性、生料配方、設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)率、燃料和燃燒器的調(diào)整以及精細(xì)化操作五大要素影響。

  1  原料與生料的均勻、穩(wěn)定是提高熟料產(chǎn)能的首要因素

  1.1 原材料種類穩(wěn)定

  水泥的原材料主要分為石灰質(zhì)原料、粘土質(zhì)原料、校正原料以及能夠改善生料易燒性或者某種特別性能的原材料。由于地理位置的不同或者各個(gè)地方的巖土形成時(shí)間不同，使得各個(gè)地方的水泥原材料差別巨大，但是要做到提產(chǎn)降耗必須保證原材料種類穩(wěn)定。我公司擁有自己的礦山，能夠提供穩(wěn)定的石灰石質(zhì)原材料，同時(shí)，公司通過與固定的供應(yīng)商合作以提高其它外購原料的均勻穩(wěn)定性。

  1.2  原材料成分均勻穩(wěn)定

  原材料成分穩(wěn)定是提產(chǎn)降耗的前提，通過以下途徑可以提高原材料成分均勻穩(wěn)定性：

  （1）自有礦山的合理搭配開采和外買原料的固定供應(yīng)；

  （2）設(shè)置專門的石灰質(zhì)原料預(yù)均化堆場(chǎng)和輔料預(yù)均化堆場(chǎng)以提高原料的預(yù)均化；

  （3）外購原料必須經(jīng)過破碎并達(dá)到控制粒度后才能進(jìn)入預(yù)均化堆場(chǎng)進(jìn)行預(yù)均化,同時(shí)質(zhì)控人員必須及時(shí)掌握各礦點(diǎn)（包括外購礦點(diǎn)）的質(zhì)量分布和穩(wěn)定情況，以指導(dǎo)開采和搭配；

  （4）當(dāng)原料發(fā)生變化時(shí)有專業(yè)人員督查搭配情況，避免出現(xiàn)不合格、均勻系數(shù)變異大的結(jié)果；

  （5）每個(gè)生產(chǎn)班組定時(shí)對(duì)配料站的各種原料庫進(jìn)行測(cè)量，保證各種原料庫容在總庫容的70%以上，這樣可減小配料庫內(nèi)離析對(duì)原料成分的影響。

  1.3  生料成分均勻穩(wěn)定

  生料成分均勻穩(wěn)定，不僅可以提高熟料的質(zhì)量，還對(duì)穩(wěn)定窯熱工制度、提高窯運(yùn)轉(zhuǎn)率、產(chǎn)量、降低能耗大有好處。我公司一條4600噸生產(chǎn)線配備兩臺(tái)HRM3400生料磨，通過均化庫庫容與磨機(jī)產(chǎn)能的合理搭配能夠更加迅速調(diào)節(jié)生料成分波動(dòng)，為生料成分均勻提供保障。窯灰對(duì)生料成分均勻性影響很大，我公司采用窯灰與生料一同進(jìn)入均化庫均化的方法減小窯灰對(duì)生料成分均勻性的影響。

  2  合理的配方調(diào)整是熟料生產(chǎn)的致命因素

  水泥生產(chǎn)素來有七分配料三分煅燒的說法，我們且不去討論這個(gè)說法是否正確，但在新型干法水泥生產(chǎn)過程中配料的確相當(dāng)重要，而穩(wěn)定鐵鋁合量、兼顧生料的易磨性、易燒性和石灰極限含量都是配方調(diào)整的控制要點(diǎn)。

  2.1  鐵鋁合量的調(diào)整

  鐵鋁合量直接決定煅燒過程中液相量、表面張力、結(jié)粒情況以及熟料晶體發(fā)育成長情況。生產(chǎn)中，應(yīng)合理設(shè)計(jì)熟料率值，在保證熟料燒結(jié)范圍的同時(shí)控制合理的鐵鋁合量。鐵和鋁對(duì)液相的粘度和表面張力的影響程度是不同的，在注意合量的同時(shí)，不可忽略它們各自的影響。我公司根據(jù)原、燃料實(shí)際情況采取高鋁配方，通過控制熟料鐵鋁合量以及熟料鋁氧率，實(shí)現(xiàn)了鐵鋁的合理組合，同時(shí)在配方中適當(dāng)增加鋁含量以擴(kuò)大煅燒范圍，更利于提產(chǎn)降耗；不同公司可根據(jù)自身原、燃料特點(diǎn)控制不同的鐵鋁合量，但控制燒成溫度時(shí)的總液相量在25%左右是非常必要的。

  2.2  生料的易燒性與易磨性

  生料的易燒性與易磨性是相輔相成的，一般來說生料易燒性好必然易磨性好，易燒性好則所需燒成溫度低，這樣不利提高熟料強(qiáng)度。在生產(chǎn)過程中，控制合理生料配方的同時(shí)應(yīng)該兼顧各種原材料的變化，當(dāng)一段時(shí)間內(nèi)生料比較難磨、難燒時(shí)（例如石灰石礦山某個(gè)開采斷面石灰石結(jié)晶度比較好或者外購砂巖結(jié)晶度有所變化）就應(yīng)該在穩(wěn)定熟料質(zhì)量的情況下對(duì)生料配方進(jìn)行細(xì)微的調(diào)整以穩(wěn)定單位產(chǎn)品消耗；當(dāng)生料易燒性好時(shí),就應(yīng)該根據(jù)熟料情況及時(shí)調(diào)整生料配方，防止因?yàn)闊蓽囟鹊投斐墒炝腺|(zhì)量差的情況發(fā)生。

  2.3 石灰極限

  硅酸鹽水泥熟料強(qiáng)度與C3S含量有關(guān)，C3S含量高一般強(qiáng)度高，有時(shí)為了提高C3S含量就可能在配料時(shí)提高CaO含量，但在生產(chǎn)中應(yīng)該避免這種情況，因?yàn)檫^多CaO在熟料中不能完全化合時(shí)就以游離CaO的形式出現(xiàn),它的水化速度比較慢，體積膨脹大影響水泥后期安定性。實(shí)際配料過程中CaO極限含量變化與游離CaO變化關(guān)系如下：

  從上圖可以看出如果CaO含量超過極限含量，則游離CaO偏高，所在實(shí)際生產(chǎn)中控制合理的CaO含量非常重要，提高熟料強(qiáng)度并不是直接提高熟料的KH，更應(yīng)該綜合考慮，所以在配方調(diào)整過程中必須兼顧石灰極限含量。

  3  高效的設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)率是提產(chǎn)降耗的關(guān)鍵因素

  提高回轉(zhuǎn)窯運(yùn)轉(zhuǎn)率對(duì)產(chǎn)量和各種消耗的影響特別大，系統(tǒng)越平衡穩(wěn)定，指標(biāo)控制就越優(yōu)越。生產(chǎn)過程中可通過穩(wěn)定窯內(nèi)熱工制度、精確設(shè)備計(jì)量準(zhǔn)度、先進(jìn)技術(shù)或設(shè)備的應(yīng)用、提高各次故障檢修質(zhì)量以及加強(qiáng)設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)過程中的維護(hù)實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)窯運(yùn)轉(zhuǎn)率穩(wěn)步提高。

  3.1  穩(wěn)定窯內(nèi)熱工制度

  回轉(zhuǎn)窯是一個(gè)輸送傳熱的動(dòng)態(tài)設(shè)備,其內(nèi)部耐火磚在正常運(yùn)轉(zhuǎn)過程中會(huì)受機(jī)械應(yīng)力、熱應(yīng)力和化學(xué)腐蝕的損害。穩(wěn)定窯內(nèi)熱工制度能夠穩(wěn)定各種應(yīng)力大小，延長耐火磚使用壽命，防止耐火磚脫落而影響窯筒體變形從而影響回轉(zhuǎn)窯的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

  回轉(zhuǎn)窯內(nèi)耐火磚受到的機(jī)械應(yīng)力包括徑向剪切應(yīng)力和軸向擠壓應(yīng)力。徑向剪切應(yīng)力主要來自于窯筒體在運(yùn)行過程中產(chǎn)生的機(jī)械變形，而軸向擠壓應(yīng)力主要與回轉(zhuǎn)窯自身3.5%-4.0%的斜度和回轉(zhuǎn)窯內(nèi)物料自窯尾向窯頭運(yùn)動(dòng)有關(guān)，在設(shè)計(jì)和運(yùn)轉(zhuǎn)過程中可通過如下方法穩(wěn)定各種應(yīng)力大?。?

  （1）回轉(zhuǎn)窯設(shè)計(jì)階段采取提高筒體厚度、加強(qiáng)輪帶寬度等措施防止機(jī)械變形；

  （2）使用過程中加強(qiáng)對(duì)托輪的調(diào)整，公司每年會(huì)在冬、夏季節(jié)對(duì)托  輪進(jìn)行調(diào)整，其目的在于防止氣溫的變化影響窯體軸線，改變各檔的正壓力大小，引起摩擦力的變化，破壞窯體的相對(duì)平衡；

  （3）防止喂料瞬間大起大落而引起軸向擠壓應(yīng)力發(fā)生巨大變化；

  （4）保證回轉(zhuǎn)窯在正常范圍內(nèi)的上下滑動(dòng)，定期檢測(cè)窯基礎(chǔ)的沉降。

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  現(xiàn)在的新型干法回轉(zhuǎn)窯出窯熟料溫度高、二次風(fēng)溫高、回轉(zhuǎn)窯內(nèi)火焰溫度高，在這種情況下，回轉(zhuǎn)窯內(nèi)部耐火磚時(shí)刻承受著窯內(nèi)高溫?zé)釕?yīng)力的剝蝕，在生產(chǎn)中可以通過如下操作減少高溫?zé)釕?yīng)力對(duì)耐火磚的損壞：

  （1）控制好每次停窯點(diǎn)火升溫。任何一臺(tái)窯都會(huì)因?yàn)椴煌蛞鹜８G，且每次停窯時(shí)間和季節(jié)都不定相同，針對(duì)每次停窯制定不同的點(diǎn)火升溫曲線，控制窯磚與窯筒體膨脹系數(shù)相適宜，確保窯內(nèi)磚和筒體共同升溫膨脹；

  （2）在工藝操作中，中控要保障窯皮的相對(duì)平整，如果出現(xiàn)結(jié)前圈或者長輔窯皮時(shí)應(yīng)及時(shí)采取措施，避免窯出現(xiàn)大幅度振動(dòng)而影響設(shè)備安全運(yùn)行，造成不確定因素的設(shè)備故障。

  回轉(zhuǎn)窯內(nèi)部在進(jìn)行熟料燒結(jié)時(shí)發(fā)生的是高溫物理化學(xué)反應(yīng)，這必然會(huì)對(duì)耐火磚發(fā)生化學(xué)腐蝕，而化學(xué)腐蝕中又以硫堿化學(xué)腐蝕最為嚴(yán)重，所以保證原材料的各種有害元素的含量在控制范圍內(nèi)是降低化學(xué)腐蝕最有效的方法。

  3.2  設(shè)備計(jì)量準(zhǔn)度

  設(shè)備計(jì)量準(zhǔn)度對(duì)設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)率有很大影響。一般大型設(shè)備都會(huì)設(shè)置各種聯(lián)鎖以加強(qiáng)對(duì)設(shè)備保護(hù)，超過設(shè)定值時(shí)設(shè)備就自動(dòng)跳停，設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)中的各種溫度、振動(dòng)值都是設(shè)置聯(lián)鎖的主要參數(shù)，如果設(shè)備的這些計(jì)量數(shù)據(jù)準(zhǔn)度出現(xiàn)誤差則會(huì)導(dǎo)致設(shè)備經(jīng)常跳停嚴(yán)重影響設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)率。另外預(yù)熱器系統(tǒng)壓力計(jì)量準(zhǔn)度也會(huì)對(duì)設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)率造成影響，如果負(fù)壓顯示錯(cuò)誤則可能造成預(yù)熱器堵塞等嚴(yán)重影響運(yùn)轉(zhuǎn)率的事件發(fā)生。所以定時(shí)對(duì)設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)過程中的各種參數(shù)的計(jì)量準(zhǔn)度進(jìn)行校正是提高設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)率不可或缺的。

  3.3 先進(jìn)技術(shù)或設(shè)備的合理應(yīng)用

  先進(jìn)技術(shù)或設(shè)備的合理應(yīng)用是提高設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)率的必要條件，我公司在生產(chǎn)中分別使用了如下先進(jìn)技術(shù)或設(shè)備：

  （1）變頻技術(shù)在各高壓風(fēng)機(jī)和篦冷機(jī)風(fēng)機(jī)的使用；

  （2）配套余熱發(fā)電項(xiàng)目；

  （3）生料轉(zhuǎn)子秤和煤粉轉(zhuǎn)子秤采用進(jìn)口設(shè)備。

  3.3  故障檢修質(zhì)量

  可靠的檢修質(zhì)量是設(shè)備實(shí)現(xiàn)長久運(yùn)轉(zhuǎn)的保證，每次設(shè)備檢修中應(yīng)該從以下幾方面提高故障檢修質(zhì)量:

  （1）必須充分了解設(shè)備存在的問題（內(nèi)部、外部問題）；

  （2）針對(duì)設(shè)備存在的問題做詳盡的檢修計(jì)劃；

  （3）檢修后分級(jí)的質(zhì)量檢查。

  3.4  設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)中的維護(hù)

  現(xiàn)在設(shè)備管理重在“管”而不再“修”，做好設(shè)備管理維護(hù)也就做好了設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)率，生產(chǎn)中可以從如下幾方面加強(qiáng)設(shè)備維護(hù)：

  （1）建立多級(jí)巡檢制度，每一臺(tái)設(shè)備每一班至少有三種操作人員對(duì)其進(jìn)行巡檢；

  （2）設(shè)備巡檢過程中對(duì)各參數(shù)做詳盡記錄；

  （3）車間定期收集巡檢記錄進(jìn)行檢查；

  （4）設(shè)備管理部門定期對(duì)各臺(tái)設(shè)備維護(hù)情況進(jìn)行考核。

  4  燃料與燃燒器是提產(chǎn)降耗的決定性因素

  在實(shí)際生產(chǎn)中，窯頭“一支槍”的使用直接決定了熟料產(chǎn)能情況，所以做好燃料與燃燒器的適應(yīng)性是實(shí)現(xiàn)提產(chǎn)降耗的關(guān)鍵。

  4.1  燃料種類

  水泥窯常用的固體燃料有無煙煤、貧煤、煙煤、褐煤、石油焦渣、工業(yè)廢料等。但是由于貧煤、褐煤以及石油焦渣在著火、燃盡、穩(wěn)燃等方面存在一定的技術(shù)難題，容易導(dǎo)致水泥熟料的品質(zhì)下降、熱耗增加等因素，通常在水泥回轉(zhuǎn)窯中不使用?，F(xiàn)在使用更多的是煙煤，也有部分使用的是無煙煤，我公司使用的是煙煤與無煙煤的混合煤。但不論使用什么燃料，燃料質(zhì)量必須穩(wěn)定，不能過高過低頻繁波動(dòng)。

  4.2  噴煤管的調(diào)整

  噴煤管的調(diào)整最終目標(biāo)就是做到火焰“短而不散、長而不細(xì)、活潑有力”。對(duì)于四通道噴煤管而言，中心風(fēng)主要作用在于穩(wěn)定火焰形狀，防止火焰產(chǎn)生回流燒壞噴煤管頭部；外風(fēng)主要作用在于包裹火焰，通過高速氣流產(chǎn)生射流卷吸高溫空氣促進(jìn)固定碳的燃燒；內(nèi)風(fēng)主要作用在于產(chǎn)生旋流，將煤粉打散，增大煤粉與空氣的接觸面積；煤風(fēng)的主要作用在于將煤粉輸送入窯內(nèi)，并提供揮發(fā)分燃燒所需要的氧含量，但其風(fēng)速不能低于25m/s。所以四通道噴煤管的調(diào)整主要是通過調(diào)整內(nèi)風(fēng)、外風(fēng)、中心風(fēng)以及噴煤管的坐標(biāo)得以保證火焰形狀，調(diào)整思路如下：

  （1）煤粉灰分增加熱值變低時(shí)應(yīng)該增大內(nèi)風(fēng)并將煤粉細(xì)度控制偏低范圍；

  （2）煤粉揮發(fā)分高時(shí)應(yīng)該增加外風(fēng)風(fēng)量；

  （3）當(dāng)煤粉揮發(fā)分偏低時(shí)應(yīng)該增加內(nèi)風(fēng)風(fēng)量，降低煤粉細(xì)度，同時(shí)適當(dāng)將噴煤管退出一些，盡量使用高溫二次風(fēng)促進(jìn)煤粉燃燒。

  （4）坐標(biāo)的調(diào)整要求火焰順暢，既不掃窯皮又不能觸料以保證燒成帶窯皮長度在窯內(nèi)徑的5.2-5.5倍左右，如果坐標(biāo)靠近料層則造成頂料逼燒，未完全燃燒的煤粉包裹在熟料內(nèi)，燒成帶還原氣氛嚴(yán)重，影響熟料質(zhì)量；如果坐標(biāo)離物料太遠(yuǎn)，則容易造成燒成帶過長，形成低溫長火焰煅燒，造成窯內(nèi)三帶分不清，影響熟料質(zhì)量。坐標(biāo)的合理位置主要通過窯筒體掃描曲線進(jìn)行判定。

  （5）不同旋流風(fēng)風(fēng)翅角度對(duì)噴煤管的調(diào)節(jié)有很大影響。如下所示：

  當(dāng)旋流角度增大時(shí)，旋流強(qiáng)度明顯增加，更有利于低揮發(fā)分煤粉的煅燒。實(shí)際生產(chǎn)中可以要求生產(chǎn)廠家對(duì)噴煤管的旋流角度稍加改進(jìn)以增強(qiáng)煤粉適應(yīng)能力，我公司在2011年曾將噴煤管的旋流角度增大2-4度，從實(shí)際使用效果看是比較理想的。

  5  精細(xì)化操作是提產(chǎn)降耗的統(tǒng)籌管理必要因素

  精細(xì)化操作是實(shí)現(xiàn)提產(chǎn)降耗的必要手段，精細(xì)化操作的主題思想就是實(shí)現(xiàn)“風(fēng)、煤、料、窯速的合理匹配，兼顧前后生產(chǎn)過程，控制窯頭、窯尾及預(yù)熱器系統(tǒng)溫度、壓力在合適范圍，根據(jù)生料易燒性變化和煤質(zhì)變化及時(shí)調(diào)整系統(tǒng)，始終穩(wěn)定系統(tǒng)熱工制度，實(shí)現(xiàn)窯的優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低耗”。

  生產(chǎn)中，風(fēng)、煤、料、窯速是相輔相成，如果生料易燒性好，所需要的燒成溫度低，同樣產(chǎn)量時(shí)，則煤可以少用，風(fēng)可以降低，窯速可以不動(dòng)，但是風(fēng)的使用量有一個(gè)下限，必須保證管道內(nèi)的風(fēng)速大于18m/s，從而保證系統(tǒng)不塌料；如果生料易燒性好時(shí)保證風(fēng)、煤不動(dòng)就必須及時(shí)提高產(chǎn)量和窯速以保證系統(tǒng)熱工制度在合理范圍。當(dāng)煤質(zhì)變化時(shí)，就不能只靠簡單的風(fēng)、煤、料以及窯速的合理匹配就能穩(wěn)定窯內(nèi)熱工制度，更要配合噴煤管的調(diào)整才能穩(wěn)定窯內(nèi)熱工制度。

  生產(chǎn)中前后兼顧主要是對(duì)生料的生產(chǎn)情況以及水泥的生產(chǎn)情況進(jìn)行兼顧，如果生料生產(chǎn)發(fā)生波動(dòng)時(shí)必須有相應(yīng)的調(diào)整方案以保證窯內(nèi)熱工制度的變化情況最小，同時(shí)必須保證熟料冷卻以適應(yīng)水泥生產(chǎn)需要，實(shí)踐證明采用高鋁配方時(shí)必須使熟料急速冷卻才能保證熟料質(zhì)量。

  系統(tǒng)溫度和壓力的控制與風(fēng)、煤、料、窯速的匹配也是相輔相成的，系統(tǒng)溫度的產(chǎn)生都與煤有關(guān)系，煤產(chǎn)生熱量又與溫度和風(fēng)量大小有關(guān)系，系統(tǒng)溫度的變化直接是煤變化的外在表現(xiàn)，壓力的變化直接是風(fēng)量變化的外在表現(xiàn)，所以系統(tǒng)溫度和壓力的變化必然導(dǎo)致風(fēng)、煤、料、窯速一起變化，只有這樣才能實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)。

  精細(xì)化操作就是將系統(tǒng)的各個(gè)參數(shù)進(jìn)行細(xì)化以實(shí)現(xiàn)大風(fēng)大料高轉(zhuǎn)速的最優(yōu)組合，但是不管如何組合都必須實(shí)現(xiàn)合理匹配、穩(wěn)定窯內(nèi)熱工制度。

  6  結(jié) 論

  通過以上五大要素的控制和調(diào)整，我公司水泥熟料生產(chǎn)線的生產(chǎn)指標(biāo)見表2。

  注：以上數(shù)據(jù)為全年平均值

  從上表可以看出，我公司經(jīng)過不斷積累總結(jié)，水泥熟料生產(chǎn)線的各項(xiàng)指標(biāo)都處于先進(jìn)行列。