熟料烧成精准平衡操作技术

1、窑外分解技术在中国出现已经四十多年了。技术已经很成熟。以至于如果有人说这个系统还可以进行优化时都很少有人相信。但是，按照任何技术都是在发展， 虽然窑外分解的基本理论是成熟的， 但是 其应用技术却在日新月异的快速发展着。 对系统技术发展方面的论述， 我的观点 已在“水泥熟料烧成系统优化升级的技术措施” 一文中介绍过了。 今天主要是讲 操作方面的事情。细细分析起来，这项操作技术的产生应该追溯到 1995 年我们开始从事中小 型旋窑改造的时候。那时候因为生产线的能力都不大， 700t/d 的就是大生产线 了。当时很多生产线的熟料冷却都是采用的单筒冷却机。 在生产时， 窑头罩都是 正压或是微正压。 完

2、全负压的很少。 有些工厂窑头正压到看火都需要拿着像盾牌 一样大的看火镜。 当时大家都不明白产生正压的原因， 有些工厂甚至将高温风机 的风量加大了一倍， 祈望将窑头拉成负压， 但是没有作用， 反而使生产更不稳定 了。当时就有一些文章探讨单筒冷却机的规格和回转窑规格的匹配问题， 希望通 过匹配来解决窑头正压问题。 也有一些工厂， 对窑头罩进行了改造， 特别是窑头 冷烟室的尺寸。 改造后确实有些效果， 但随之带来的是产量的影响。 我们在开始 从事旋窑改造以后，也研究了这种现象， 并在一些在水泥厂工作的专家的启发下， 利用组合技术实现了窑头罩的负压工况， 并使旋窑的产量大幅度提高。 在这种情 况下逐渐

3、认识了系统空气平衡和烟气平衡的重要性以及其中的一些特殊关系。 真 正达到高峰的是利用这方面的技术解决了当时被称为水泥行业老大难问题的河 北宣化水泥厂（今张家口金隅） 700t/d 生产线的达标问题。在以系统空气平衡 为主要指导思想的基础上， 没有对系统进行大的改动， 只改了一些在他人看来无 足轻重的若干细节部位，就使这个建厂 10 年没有达标的生产线，远远得超过了 设计产量而达到了 800t/d 。时至今日， 科邦公司已经完成了关于分解炉和篦冷机的优化操作的研究， 完 成了烧煤燃烧器的合理使用的研究， 同时完成了在 2500t/d 以下规模生产线应用 这项操作技术的工作。 并取得了显著效果。

4、为了推广这项技术， 近期将这项技术 总结并起了一个名字，开始给大家介绍。俗话说，三分技术七分操作。 一个技术设计好的烧成系统， 设计者如果不能 同时设计出相对应的合理的操作方法，那它就不会充分发挥出设计者期望的性 能。所以科邦公司在推出系统优化技术的同时也推出了这项操作技术。 希望它与 淄博科邦公司推出的其他技术一起， 为水泥熟料生产线再次降低热耗， 减少有害 气体的排放的技术进步做出一些贡献。以下就是这项技术的介绍。技术简介水泥熟料烧成系统的操作， 是直接关系到水泥质量和成本的重要工作。 因此， 掌握先进的、 正确合理的、 精准的、 高水平的操作技术是水泥厂中控工作的最重 要的任务。新型干法

5、水泥生产技术的核心是悬浮预热和窑外分解技术。 因此，采用窑外 分解技术的烧成系统， 首先需要保证窑尾预热器系统特别是分解炉的正常、 稳定、 高效的工作。 并使其最大限度的发挥预热预分解作用。 而目前正在运行的新型干 法熟料烧成生产线，多年以来一直都是延续一种基本相同得原则和方法来操作。 这种方法在运行中的表现特点为：三次风管的阀门开度控制在 30-50% ，以加强窑内通风；喷煤管的火焰调 整为活泼有力，把喷煤管定位在第四象限，加强火焰对熟料的直接热交换作用； 调节头排风机的风量，把窑头罩压力控制在 -500pa 。随着新型干法生产技术的进步和社会环境对节能减排和减少氮氧化物等有 害气体排放要求

6、的不断提高。 这种旧有的操作方法已经逐渐感到难以适应这些要 求。例如：控制窑内的煤粉在低过剩空气系数的工况下燃烧（ 1.05 ），可以 减少氮氧化物的生成量， 减少系统脱硝的成本， 就是一个突出的例子； 很多窑如 果这样操作，就会出现熟料呈现还原气氛的现象，严重影响熟料质量。还有，将 喷煤管定位在中心以上位置， 使火焰的中心落点移动到窑尾， 可以使生料入窑后 快速通过过渡带，进入烧成带，这样生料升温速度快， CaO的吸收速度也越快， 越有利于 C3S 的形成。同时减少煤灰落入熟料的机率，提高熟料的质量。是将来 降低热耗和运行成本的一种的操作方法。而目前的操作方法都较难做到这一点。淄博科邦热工科

7、技有限公司， 在近二十年的旋窑改造工作中积累了大量的操 作经验，特别是在针对大型的新型干法生产线，推出“熟料烧成系统优化升级” 技术的过程中， 在为很多工厂解决了一些运行中经常出现的工艺难题的同时， 配 套推出了新的操作方法 “精准平衡操作技术”（暂定名）。这项操作技术是建立在淄博科邦公司对烧成系统优化理论的基础上。 其中科 邦公司创始人郭红军先生 关于分解炉的优化和操作 ；篦冷机的优化和操作 ； 烧煤燃烧器的合理使用 等系列讲座中的理论解释和对烧成系统的全面认识和 分析，为这种操作方法奠定了基础。同时指导着这种种操作技术的合理应用。“精准平衡操作技术”的核心是：以理论计算、数据分析为依据；以

8、系统空 气平衡为前提（包括窑的烟气平衡）；以保证分解炉用风（三次风）和烧成带恒 温煅烧为重点； 以窑头罩的温度、 压力两个数据为主要控制参数； 通过合理调整 窑头喷煤管的四个风速和风量的匹配、 合理篦冷机的操作， 最终实现熟料烧成的 高质、高产、低消耗、低排放的目标。这项操作技术在系统运行参数中的表现特点为：三次风管的阀门开度在 85-100%；喷煤管定位在窑口中心线以上（ 0，10-50 ）；窑头罩压力仪表显示值为“正压”或“零压”（根据窑头罩的容积）。以理论计算、数据分析为依据，以系统空气平衡为前提（包括窑的烟气 平衡）采用这项技术进行操作之前 , 首先要进行系统分析计算。弄清楚系统中各部

9、 位的空气来源和数量。弄清楚排出多余空气的数量和能力以及排出烟气的能力。 清楚篦冷机内零压点的位置和对应的风机数量。制作简单的平衡图（见下）。然 后进行分析。悬浮预热预分解系统的分解炉有三十几种。这些分解炉由于结构不同、 规格不同或是结构相同参数不同，以及配套的喷煤管不同，其性能是不一样的。 而且运行中需要的空气量也不一样。 以 5000t/d 的 D-D炉窑尾系统为例： 这种炉 型其过剩空气系数需要 1.15 。在产量达到 5700吨时，分解炉的用风量为132941m3/h 。进入分解炉时的工况风量为 603576m3/h 。按照此平衡数据计算，窑 内的烟气量为 526683m3/h （工况

10、），窑尾烟室缩口的实际风速为 32-33m/s ；如 果在操作中将三次风管的阀门关到很小， 窑内的实际通风就更大了， 所以缩口的 风速就会更高。 这时如果窑尾烟室缩口的直径是一样的话， 分解炉内的气体流场 就会因为三次风风速和风量脱离设计时的工况， 使分解炉不能按照设计参数来发 挥作用，使系统的能力受到了限制。系统中采用的篦冷机在冷却风机的配套风量上也不一样； 一般第三代篦 冷机的冷却风量大约是 2.3nm3/kgcl 。而第四代篦冷机的冷却风量仅有 1.5-1.8nm 3/kgcl 。这样余风抽取口和煤磨抽风口的位置设置就应该不一样。烧 成系统用风量和余风排风量的分界线（也即人们常说的篦冷机

11、的“零压点”）就 不一样了。如果“零压点”内设置了取风口，那么在操作时就很难保证系统运行 时的燃烧空气量。 即使“零压点”在抽取口之内，如果冷却风机的实际供风量 （阀 门开度或者转速）不能达到设计要求，则“零压点”就会向后移动到取风口的位 置。而这时仍然不容易保证系统用风。 或者是以高的用煤量来保证系统运行。 仍 以 5000t/d 的烧成系统为例：在产量达到 5700 吨时，热耗 105kgce/tcl 时，需 要用的空气量为 219888m3/h 。一般情况下，篦冷机的一段篦床配套风机有六台， 其总风量基本正好满足。但是在实际运行中，很多风机的进风口阀门开度只有 70-90%，或者是变频器

12、的频率调整在 45Hz 以下，这样一来，一段的供风量就不 能满足燃烧用空气的要求了。 在这种情况下， 如果再继续提高产量， 将会造成用 煤量大幅增加的现象 （有很多工厂的实际情况已经验证了这一点） ，使熟料的热 耗急剧增加。形成产量越高， 热耗越高的现象。 而且还会因为煤粉不能充分燃烧， 容易造成质量不稳定的状况。 所以，操作时就需要考虑如何用二段的风机来提供 风量的问题； 或者是提高喷煤管的供风量来保证空气量。 但这样做在实际操作时 一般的操作人员很难做到。对于小窑头罩结构的系统来说， 由于其窑内用风和分解炉用风是分别从 篦冷机的不同位置引风的。 这样就需要多考虑一种因素： 如果窑头罩的尺寸

13、范围 内的冷却风机供风量不能满足窑内煤粉燃烧的需要， 就需要调整三次风管的取风 口的位置， 或是调整三次风取风口的尺寸。 再或是关小三次风管阀门， 控制三次 风管在此范围内的抽风量。 这样一来， 系统地整体阻力就会增加， 高温风机的实 际风量就会减少，电机的电流就会增大了；所以，一个设计合理的烧成系统除了预热器、 分解炉设计合理之外， 还需要 窑头罩结构、篦冷机的冷却风机、余风排放口、三次风管直径、送煤管道规格及 布置等等细节设计合理。 才能保证系统中各部件的能力充分匹配， 才能使操作人 员在采用合理的操作方法时， 使系统发挥出全部能力。 以理论计算、 数据分析为 依据，以系统空气平衡为前提（

14、包括窑的烟气平衡）来进行操作，就是让操作者 在进行操作之前，就做到心中有数。可以使系统快速准确的进入到最佳状态。以保证分解炉用风（三次风）和烧成带恒温煅烧为重点； 新型干法水泥生产技术的核心是悬浮预热和窑外分解技术。 因此，采用窑外 分解技术的烧成系统， 首先需要保证窑尾预热器系统特别是分解炉的正常稳定工 作。并使其最大限度的发挥作用。任何一个分解炉都是通过模拟试验和工业试验得出其性能得。 同时在实际应 用到生产线中去的时候， 都利用放大系数进行了修正。 即使这样， 实际应用中也 会因为种种原因而与试验数据有些差别。三次风大多数都是由窑头罩的上方抽取， 也有从篦冷机的壳体上抽取的。 当 高温的

15、二次风经过窑头罩下部的烟室去往窑内和分解炉的时候， 回转窑的通道阻 力要小于三次风管。 因此窑内的通风比较容易保证。 而分解炉就要难一些。 所以 为了保证预分解系统的作用， 首先要保证分解炉的用风， 这样，三次风管的阀门 就应该尽可能的打开。但是，一般的烧成系统，如果打开的幅度超过60-70%，都会出现感觉窑内通风不足的现象。 所以，在操作中就需要有另外的操作来进行 相应的配合。以实现这种首先保证分解炉性能的操作方法。这样操作的结果与以往相比， 增加了分解炉的用风量， 保证了分解炉内实际流 场更加接近设计的流场，保证并提高了分解炉的性能。三次风管阀门开大，有四点明显的好处：三次风管的沿程阻力小

16、了， 降低了从窑头罩到分解炉出口处窑、 炉两个系 列的平衡压力；三次风从窑头罩到分解炉的输送过程中， 温度降会减少， 也就是进入分解 炉时的温度会提高；三次风管阀门的磨损会减少；三次风管内的积灰减少甚至没有积灰。 这些效果，都是生产管理者希望而以前无法做到的。已经有实验证明， 分解炉的用风量和温度增加后， 可以加快煤粉的燃烧。 当 减少了窑内的用风量后，可以不用采用拉大窑内通风来拉长喷煤管火焰的做法， 使火焰的形状受外界（窑内通风）的影响小了。可以容易的调整火焰形状，形成 “正常火焰煅烧”的锻烧操作制度。研究水泥煅烧工艺的专家们发现， 水泥熟料的煅烧过程中， 在烧成带形成恒 定温度煅烧时，熟料

17、的各项指标是最好的。“正常火焰”的烧成制度，可以使火焰的形状更加规整，使火焰在长度方向 上的温度差变小，可以接近恒温度的工况， 最终形成了接近恒温煅烧的工艺状况。 而这种煅烧状况， 正是优质水泥熟料烧成所需要的。 采用这种煅烧制度烧制出来 的熟料，质量稳定， 不容易出现游离钙忽高忽低的大波动。 同时由于烧成带温度 稳定，熟料结粒好于其他几种烧成制度下生成的熟料。以窑头罩的温度、压力两个数据为主要控制参数； 烧成系统在运行中，大约有 100 个左右的温度和压力数据（单双系列不同， 不同类型篦冷机时亦不同）。这些运行参数分为两类：控制参数、状态参数。所有的控制参数都是需要在运行中进行控制的，并且有

18、直接对应的控制方 法。象窑尾烟室的温度， 就是用窑头喷煤管的加减煤量和风速、 位置的调节来直 接控制的。当然，入窑生料的温度高低， 高温风机拉风也会影响这个温度的变化。分解炉出口的温度， 就是用分解炉的用煤量来控制的。 一般情况下， 加煤就 可以提高温度。但是，当选用不同类型的喷煤管之后，通过调整喷煤管的位置， 减煤也会使温度升高。而状态参数则不需要控制。 它只是显示了某一部位的工作状态。 比如旋风筒 锥体的压力就是为了显示这个部位是否发生了堵塞。 而通过对比旋风筒出口压力 和锥体压力， 则可以发现系统内漏风的情况。 这些参数的变化， 虽然没有直接的 对应措施来控制， 但是可以通过其他的措施来

19、解决。 比如， 锥体压力从负值变为 零压力的时候，就可以用空气炮吹堵，使其恢复到负压值。窑尾烟室的压力参数就是一个状态参数， 其主要是用来判断窑内的通风状态 和窑内的某些工况。 如果压力的负压值增大， 就说明窑内通风阻力增大了， 实际 情况就有窑内结圈，结蛋等工艺故障也有比较特殊的参数，即属于控制又属于状态的参数，象 C1 出口温度。有 经验的人员都会知道， 这个温度的变化一是与预热器的设计有关， 当预热器的结 构确定之后， 这个温度也基本就确定了。 二是与喂料量有关， 三是与分解炉用煤 量有关， 四是与窑头喷煤管有关。 实际生产中， 这个温度经常会因为窑头喷煤管 的使用和调整发生变化。很多情

20、况下，当头煤加多了的时候， C1的温度也会很 快升高的；而有时候当喷煤管的位置调整后，这个温度又会下降。所以，其具有 部分可控制成分。对于在生产中， 要控制好窑尾和分解炉的温度的作法。 是众所周知的。 这两 个温度，不管是多大规模的生产线， 均须控制在 1050 50和 88010的范围 内。而对于窑头罩的压力和温度 （二次风温） 的控制， 则被大多数工厂放在了次 要一些的位置上。特别是当篦冷机的性能不是很好，或者是生料喂料量不稳定， 化学成分波动大的情况下，这两个参数就更不被重视了。但是，不管从理论上还是实际生产中， 在窑头罩上显示出来的这两个数据都 具有非同一般的重要意义。并应该在系统运行

21、时认真来进行控制。首先，这个点是整个烧成运行时煤粉燃烧用空气的平衡点。 烧成系统煤粉燃 烧所需要的空气，大约 93%都要通过窑头罩（其余的通过喷煤管风机供给）。当 窑头罩压力数据稳定在 0 30pa 时（要真实数据。并与窑头罩大小有关），就说明通过的空气量是稳定的。 这样煤粉燃烧的条件 （过剩空气系数） 就能够保 证。其次，当这个位置的温度数据高 （最好是大窑头罩的时候 1150）并稳定 时，系统的用煤量就可以减少。还有重要的一点是，这个温度数据是篦冷机性能和熟料急冷效果的一个观测 点。当二次风温 1150（大窑头罩）说明熟料的急冷效果是好的（合理检测位 置）。反之则不够好。所以，只有这两个数

22、据稳定， 煤粉的燃烧条件和燃烧状况才能够稳定 （其它 条件不变时） 。系统的稳定运行才会有保障。 反之则很难稳定系统的其他运行参 数。并容易使系统出现窑内结圈、预热器结皮堵塞等工艺故障。中空操作人员稳定这两个参数的能力和水平， 也是评判篦冷机操作的一个重 要依据。而篦冷机的篦速、 篦床压力， 都应该依此参数的稳定、 提高来进行调整。稳定这个参数的操作， 也将篦冷机供风风机的开度和头排风机的操作关联起 来。将煤磨的开停机关联起来。 使窑头部分的所有风机全部纳入了一个完整的系 统，来保证系统空气用量的精准稳定。 改变了人们原来为了发电而随意调整头排 风机的错误做法。也使人们在开停煤磨时要注意增加供

23、风量。在评价一个中空操作人员的水平时， 能否稳定这两个数据， 并提高二次风温 也是一个重要依据。关于喷煤管的调整 经过对上百种不同类型、 不同结构、 不同规格喷煤管的使用情况的分析和验 算，淄博科邦总结推导出以下一些使用操作经验： 喷煤管的性能是由喷煤管的四个风速和风量的合理匹配来实现的。 单 一的高风速，并不能实现喷煤管火焰在实际使用中的大推力； 好的喷煤管需要有合理的调节使用和定位； 高性能的喷煤管，一定要有参数合理的拢焰罩； 喷煤管的内、 外净风和煤风的截面积， 一定要能够在使用中进行调节。 而不能通过调节供风量来调节风速； 名义上的低氮燃烧器（仅一次风量 6%），很容易产生高的氮氧化物

24、 （短焰急烧窑前亮度高）。 长而均匀的火焰形状，可以实现恒温度煅烧。并可以形成厚薄均匀， 坚固结实的窑皮。可以大幅度延长耐火砖的寿命； 调整好并定位合理的喷煤管，可以在生料成分波动比较大，合格率比 较低时，控制熟料的合格率达到比较高的水平。所以，在使用喷煤管之前，详细了解喷煤管的结构，并进行测量、计算；弄 清楚喷煤管净风机和煤风机的参数和管道直径并经行计算。 进行喷煤管性能的分 析，才能合理的调整喷煤管个风速的匹配。使喷煤管的性能发挥到更好。喷煤管定位在窑口中心线以上， 是根据回转窑内传热有三种热交换方式 传导、对流、辐射的原理以及回转窑的长度直径比在 10-12 （短窑）比较合理 的原理来确

25、定的。将喷煤管定位在窑口中心线以上后， 一是可以最大限度的利用火焰燃烧的热 气流，对窑皮进行加热。 在高温窑皮转到下方， 熟料堆积在上面与窑皮接触没有 相对移动的过程中时， 充分进行热交换， 提高热交换效率。 二是避免了火焰离熟 料太近, 煤灰容易落入熟料中形成还原气氛的工况。三是火焰的前部热气流吹向 了入窑生料的上方 ,而不是正对着向前移动得物料 , 这样使物料向前移动得速度 提高了。对于碳酸钙已经分解了 85-95%的生料来说 , 在主要矿物 C3S稳定形成之 前，从窑尾到烧成带的速度快了，升温速度也就快。 CaO 的吸收速度也越快，越 有利于 C3S的形成。 CaO等新生态氧化物的活化能和反应活性得到充分而及时的 利用，在这种情况下所形成的熟料矿物结粒好， 多呈微晶和微孔结构。 不仅可以 稳定提高熟料质量和 28d 强度，而且易磨性获得改善