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技術 | 提高水泥熟料質量途徑研究

來源:《淮海中聯水泥有限公司》 發布日期:2019/10/30 編輯:徐展迪
核心提示:提高水泥熟料質量途徑研究

隨著科學技術的發展,水泥熟料燒成系統在各大水泥生產企業中得到了推廣應用,從而在一定程度上提高了水泥生產過程的自動化水平,并且降低了水泥生產能耗。但是,這些企業大多注重系統的硬件設施配置,卻忽視了系統軟件的設計應用問題,從 而導致系統的功能沒能得到充分發揮。因此,有必要對水泥熟料燒成系統優化控制問題展開研究,從而更好的促進水泥行業的發展。


1、水泥熟料燒成系統及其優化問題分析


隨著科學技術的發展,目前水泥熟料燒成普遍使用DCS分散控制系統。從系統工作流程上來看,系統控制部分主要分成預熱器、回轉窯和冷卻機這三個部分。在系統工作的過程中,來自原料制備系統的生料將進入系統的第二級預熱器,然后將會在預熱器和回轉窯中與燃燒的高溫氣體進行熱交換。而經過窯內燒成的熟料最終會進入冷卻機,然后完成水泥熟料的燒制。


從水泥熟料燒成系統的使用情況來看,國內水泥熟料生產設備水平都比較成熟,但是軟件的重要性卻沒能得到重視。在這種情況下,大多數水泥熟料燒成系統并沒有發揮其應有效能,系統控制仍然停留 在PID調節反饋控制階段,從而導致回轉窯等設備的控制仍然處在人工操作水平。所以,想要實現水泥熟料生產的優質高效發展,還需要進行水泥熟料燒成系統的優化控制。


在新型干法生產的生料制備過程中,把礦石搭配開采、原料預均化、生料磨前配料和生料均化庫等四個環節稱為原料均化鏈。作為干法生產的技術進步,加強這些環節的作用是十分必要的。但這四個環節對保證人窯生料的質量起著不同的作用。


一般說來,對入窯生料的質量在化學方面有兩點要求:


一是要求生料的化學成分符合規定的各項率值;


二是要求它的化學成分均勻,即這些率值只容許圍繞其目標值在一定范圍內波動。前者一般通過“配 料”來實現,后者則通過“均化”來實現。


上述四個環節中,礦石搭配開采和磨前配料屬于“配料”的范疇,而原料預均化和生料均化則屬于“均化”的范疇。嚴格按照化學成分要求進行配 料,是現代水泥生產的特征。因此,配料環節對現代水泥生產是至關重要的。某公司目前的現狀是,石灰石資源豐富,且品位較好,CaO平均在48%以上,MgO含量平均在2%以下,高鎂石夾層較少,但礦山石灰石采用平臺段式開采,頂部及邊坡含土量較大,且石灰石堆取料機不能正常使用,導致入磨石灰石質量波動大,出磨生料LSF波動大,上半年平均合格率不足30%,且回轉窯噴煤管老化嚴重,煤管竄風,熟料燒結能力下降,高溫風機振動大,風機轉速受限,窯系統用風量不足。


2、原材料的預均化質量控制



2.1 控制好石灰石CaO、MgO含量,我們通過每周一次對石灰石礦山鉆孔樣、爆堆樣進行檢測,根據檢驗結果下發搭配比例,只要能通過搭配使用的,為使資源不浪費,全部在礦山搭配后入廠,保證進廠石灰石進廠質量滿足使用要求。


2.2 煙煤質量控制,除了煙煤的熱值及內水含量對煅燒影響較大外,煙煤中的全硫對煅燒及熟料質量影響較大,全硫含量過高時不但易造成預熱器系統結皮多,嚴重時造成預熱器堵料,另外3-28天增長率大幅下降,使熟料28天強度大幅下降。我們三月份因煙煤無庫存且供應緊張,讓步接收了一批全硫在1.7%左右的煙煤,導致熟料三天強度為29.6MPa,但28天平均強度只有53.3MPa,因此我們加強了對煙煤全硫的控制,通過數據分析,公司熟料硫堿比控制在0.6范圍以內,對熟料后期強度不會造成影響,公司熟料中堿含量平均在0.8%,熟料中的SO₃在0.5%以內時,熟料3天至28天強度及增進率較正常。因此進廠煙煤全硫超過1.0%,我們采取拒收,正常情況下不讓步接收高硫煤。 


2.3 原料堿含量的控制,盡可能選擇堿含量偏低的原料,熟料中的堿大部分來自硅質原料,盡可能選擇堿較低的粘土、砂巖或其它硅質原料,經驗值是一般熟料中每增加0.1%堿,熟料28天抗壓強度將下降1MPa。


 3、調整配料方案 



3.1 通過對近幾年某公司熟料的分析數據進行統計分析,總結出C3S在50%-55%時,C2S 25-20%,硅酸鹽礦物在75%以上,f-CaO在以1.5以下時,熟料早后期強度較好,因此根據礦物的含量要求,確定公司的三率值為三中,即KH:0.910±0.02,SM:2.50±0.1,IM:1.50±0.1,但今年上半年由于噴煤管內風管磨穿,內外風不易調節,燒結能力下降,按上述率值控制時,熟料煅燒困難,f-CaO較高,合格率低,產質量均不理想,因此我們對配料方案做了調整,現在為KH:0.900±0.02,SM:2.55±0.1,IM:1.45±0.1,適當降低了熟料飽合比,增加了熟料中 Fe₂O₃含量,改善易燒性。 


3.2 同時在燒成條件允許的情況下,適當提高硅酸率,提高硅酸鹽礦物含量,此配料方案實施后,窯燒成狀況良好,強度穩定,4、5月份熟料3天平均值31.0MPa,28天平均值為58.9MPa。 


4、加強煅燒及冷卻過程管理



快燒急冷是提高熟料質量,試驗結果表明:煅燒充分、煅燒溫度高、升溫速率快、急冷的硅酸鹽水泥熟料28天抗壓強度最高。因此熟料的煅燒要采用快燒、急冷的方法


4.1 窯內煅燒氣氛直接影響著熟料強度,如果窯內呈還原后氣 氛,會使C3S和C4AF的晶體嚴重變形嚴重甚至破壞,導致熟料強度降低,因此我們在煤管老化竄風,又無條件立即更換的情況下,我們通過降低煤粉細度,調整三次風管開度,控制二、三次風溫,保證煤粉燃燒完全,無還原氣氛。 


4.2 另外保證入窯生料穩定及煤質均勻穩定是維持窯內熱工制度的前提,因石灰石堆取料機不能正常運行,出磨生料波動大,生料均化庫因使用年限較長,均化效果一度偏低,導致窯內熱工制度不穩定,因此利用今年大修對生料均化庫進行了徹底清理,更換了部分斜槽帆布,修復卸料裝置,使得在四五月份生料LSF合格率不足40% 的情況下,入窯生料合格率上升至80%以上,給煅燒提供了有利條件,為生產優質熟料打下良好基礎。


 4.3 同時為克服高溫風機振動高,轉速受限窯內供風不足的情況,我們通過對系統的漏風點進行堵漏,有效降低了熱損失,改善窯內通風,另外我們通過適當提高窯的轉速,降低窯內物料的填充率,增加燃燒空間,降低通風阻力,使煤粉燃燒完全,窯料物料化學反應完全,礦物發育良好。


 4.4 保證熟料得到有效的急冷也是保證熟料強度穩定必不可少的條件,我們通過控制一二段篦床速度,保持合理的料層厚度, 料層若過厚,則熟料冷卻不好,晶體發育不完全,對熟料的強度 及適應性影響較大,但料層過薄,會降低二三次風溫,增加熟料熱耗,因此我們采取中料層厚度的方法及適當降低熟料中液相量比例,提高硅酸率,避免熟料結大塊,使得熟料結粒細小,熟料易冷卻,使熟料得到有效的急冷,熟料的礦物晶體發育良好,使熟料的早后期強度及3-28天增進率較好。 



5、結論 


在原燃材料滿足使用的條件下,嚴格控制原燃材料中的有害成份含量,根據原材料及窯的工況制定適宜的配料方案及經過充分的煅燒及冷卻,將會得到理想的熟料強度。



來源:《淮海中聯水泥有限公司》


作者:郭 祥


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