李海濤：燒成系統(tǒng)健康與節(jié)能

國家統(tǒng)計局數(shù)據(jù)顯示，2022年上半年，全國累計水泥產(chǎn)量9.77億噸，同比下降15.0%，創(chuàng)近11年來新低； 在需求大幅下滑背景下，上半年國內(nèi)水泥價格行情下行趨勢明顯。據(jù)中國水泥網(wǎng)大數(shù)據(jù)顯示，全國水泥價格指數(shù)CEMPI從年初的184.34跌至6月底的144.91點，下滑40點。

在市場態(tài)勢嚴峻的同時，水泥行業(yè)還面臨著節(jié)能降碳的巨大挑戰(zhàn)。8月1日，工信部、發(fā)改委、生態(tài)環(huán)境部聯(lián)合印發(fā)了《工業(yè)領域碳達峰實施方案》（簡稱《方案》）。《方案》要求，到2025年，規(guī)模以上工業(yè)單位增加值能耗較2020年下降13.5%，單位工業(yè)增加值二氧化碳排放下降幅度大于全社會下降幅度，重點行業(yè)二氧化碳排放強度明顯下降。

無論是處于降低生產(chǎn)成本的需要還是為了早日實現(xiàn)“雙碳目標”，水泥行業(yè)都需要進一步加大節(jié)能技術升級，而燒成系統(tǒng)作為水泥生產(chǎn)流程中最為主要的耗能環(huán)節(jié)，備受關注。

近日，在中國水泥網(wǎng)主辦“第九屆中國水泥節(jié)能環(huán)保技術交流大會暨水泥‘雙碳’大會”，洛陽理工大學教授李海濤就燒成系統(tǒng)健康與節(jié)能與參會代表做了詳細交流。

李海濤認為，當前超塵系統(tǒng)存在五大問題。即：生料易燒性差，熱交換效率低，漏風嚴重、熱損失大，系統(tǒng)阻力大、電耗高，熱工制度不穩(wěn)定、熟料質(zhì)量差等問題。

在談到生料易燒性時，李海濤指出，石灰石原料差異是重要影響因素。石灰石中方解石結晶程度高，晶體粗大、反應活性差；CaCO₃晶體愈大，分解溫度愈高。在選取原料時，要盡量控制石灰石中游離硅含量≤4%。當fSiO₂含量高時，為了減少影響，還需要最大限度地降低fSiO₂的篩余量45μm<2.5%

生料成分均勻性也非常重要。具體包括成分、顆粒組成、細度、水分和流量的均勻。適當增加生料粉磨時間，有利于提高生料的易燒性。主要原因是粒徑減小，生料比表面積增加，有利于燒結反應進行。粉磨時間增加，生料中粗顆粒石英含量降低，也有利于提高生料的易燒性。

生料中的CaCO₃含量每增加1%，C3S含量約增加13%，而C2S含量約減少11.5%，產(chǎn)生較大的fCaO波動。為避免生料對C3S、C2S及fCaO的波動，要求生料中CaCO₃含量的波動應≤±0.2%。

生料細度均勻性指標以n＝0.6～1.2為宜。用80μm方孔篩余控制，如果篩余較小時，n可取小值；反之，則n值應偏大。

正常情況下，KH值越高，A 礦含量增加，燒成溫度越高，物料越難燒，適當調(diào)整用煤量或減產(chǎn)，可以燒成質(zhì)量比較好的熟料，熟料中硅酸三鈣的含量高，熟料的強度也高，但飽和比過高

當硅率過高時，煅燒困難，熱耗高，窯頭飛砂較大；液相量太少，缺乏足夠的液相將C2S和CaO相連或潤濕，易產(chǎn)生粉狀物料，即飛砂。

當硅率過低時，產(chǎn)生的液相量多，窯內(nèi)容易結圈、結球。鋁率高，液相的粘度大，離子擴散困難，料不好燒。通常，熟料KH增加0.01，熟料形成熱增加約2kcal/kg；熟料 SM下降0.1，熟料形成熱增加約0.7kcal/kg；熟料IM增加0.1，熟料形成熱增加約1kcal/kg。

李海濤總結，入窯生料KH標準偏差要小于0.02，最好在0.015。

燃料方面。燃煤熱值高、煤灰分少、細度細，煤粉燃燒速度快，形成的火焰提溫速度快燃燒溫度高，有利于熟料的燒成，改善物料易燒性。理論計算，煤粉濃度4 kg/Nm³ 與2 kg/Nm³ 相比，系統(tǒng)熟料熱耗可降低近10 kcal/kg；頭送煤風量增大10%，標煤耗增加約0.9kg /t；分解爐送煤風量增大10%，標煤耗增加約0.6kg /t。

燒成系統(tǒng)改進方面。

1) C1筒出口廢氣溫度高帶走了大量的熱量，廢氣溫度每降低10℃，系統(tǒng)熱耗可降低標準煤0.85kg/t；

2) C1出口廢氣量大也是導致熱耗高的重要原因，有的企業(yè)C1筒出口廢氣量達1.62Nm³/kg，而領先水平已達到1.31Nm³/kg以下；

此外，漏風問題同樣值得關注，各級預熱器下料翻板閥漏風，會造成上、下級預熱器嚴重竄風，不但影響生料的預熱效果，更影響生料的分離效率，由于漏風預熱器出口O2含量增加0.5%，噸標熟料煤耗增加1kg。

C1采用噴騰換熱技術，五級預熱器出口廢氣溫度可控制在280 ℃以下，熟料燒成系統(tǒng)的熱耗減少15~20 kcal/kg。另外，下料管可改為雙翻板閥，提高分離效率，減少飛灰?guī)ё邠p失。

李海濤表示，熟料燒成過程中，根據(jù)熱化學反應理論：熟料的燒結階段，C2S與CaO反應生成C3S。C3S的形成主要是CaO在高溫液相中溶解并以Ca2+的形式向C2S擴散來實現(xiàn)的。

在C3S的形成過程中，Ca2+的擴散系數(shù)為（2.65~5.31）×10-5cm2/s；C3S的結晶速度為5×10-5cm/s；CaO的溶解速度只有（6.95~22.5）×10-6 cm/s。C3S的形成被CaO溶解過程所控制，CaO的溶解速度快，Ca2+的擴散隨速度也快。

當溫度從1400℃分別提高到1450℃和1500℃時，0.1mm粒徑的CaO溶解完的時間從15min分別降到5min和1.8min；0.05 mm粒徑的則從5.5min分別降到2.2min和1.3min；0.025 mm粒徑的則從1400℃的3min下降到1450℃的1min。

溫度每提高50℃，CaO的溶解時間減少約60%~70%。當煅燒溫度從1400℃提高到1450℃時，Ca2+在飽和溶液中的擴散系數(shù)從3.77×10-5 cm2/s增大至5.31×10-5cm2/s，增大了40%。

熱工標定結果顯示：整個鍛燒系統(tǒng)的表面散熱損失約占熟料總熱耗的8%，其中回轉窯筒體就占表面總散熱損失的60%。降低窯筒體表面溫度是減少系統(tǒng)散熱損失的關鍵。

實際生產(chǎn)過程中，采取的主要措施是選擇合適的耐火材料及隔熱保溫材料。采用新型隔熱材料，加強旋風筒隔熱保溫措施；回轉窯微孔低導熱鎂鐵(鎂鋁)尖晶石磚，筒體溫度比傳統(tǒng)鎂鐵尖晶石磚，溫度可降低50℃左右，減少筒體熱損失，可有效降低噸熟料煤耗3公斤左右。改造煙室，增加通風面積煙室斜坡處通風面積偏小，縮口處風速偏大，為降低阻力，同時避免過多的料帶出回轉窯形成外循環(huán)，采用微晶板，降低熱損失

篦冷機改造方面。

篦冷機普遍存在出機熟料溫度高、熱損失大、熱回收效果差。理論計算，生產(chǎn)lkg熟料，需要進入分解爐和窯內(nèi)的空氣量約1Nm³/kg.cl。1Nm³的空氣(1200℃)可帶入約1565kJ/Nm³熱量。如果二次風溫由1100℃提高50℃，達到1150℃，因熱回收的增加可降低標準煤耗約2.16kg。

因此，降低熟料鍛燒煤耗，還要重視對篦冷機的改造，改善篦冷機性能，提高熱交換效率，達到出窯熟料帶出的熱量充分回收利用，出冷卻機熟料溫度有效降低。

理論計算，篦冷機熱回收效率每降低1.0%，熱耗約增加3.7kcal/kg.cl 左右。熟料溫度每增加10℃，熱耗約增加1.1 kcal/kg.cl 左右。熟料燒失量每增加0.1%，不完全燃燒的碳熱量約為8 kcal/kg.cl 隨熟料從篦冷機帶走。

預熱器出口廢氣量每增加0.1 Nm³/kg.cl，熱耗約增加10 kcal/kg.cl 左右。預熱器出口溫度每增加10℃，熱耗約增加5.0kcal/kg.cl 左右。預熱器出口粉塵含量每增加10 g/Nm³，熱耗約增加1.0kcal/kg.cl 左右。

另外，煤粉計量秤和生料計量秤是熟料生產(chǎn)的最關鍵參數(shù)，計量秤的虛實、準確度和穩(wěn)定。

一次風的作用是輸送煤粉、供給煤粉中揮發(fā)份燃燒所需的氧氣。由于一次風是冷風，其量越小對熟料煨燒越有利。每m3空氣加熱到1000℃需標煤量62g，窯頭一次風總量降低100m³/min，節(jié)約標煤量可達 1.49kg/t。

二次風的作用是供給煤粉中固定碳燃燒所需的氧氣；由于二次風是高溫熱風，其最高溫度可達1200℃，本身具有很大的顯熱，其量越多對熟料鍛燒操作越有利，所以正確控制、操作篦冷機，提高二次風溫，有利于降低熟料愎燒煤耗。