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技術 | 新型干法水泥生產的特點及要求(一)

來源:《互聯網》 發布日期:2019/6/17 編輯:林曉慧
核心提示:新型干法水泥生產的特點及要求(一)

當前不同新型干法水泥生產線的管理與操作水平存在較大差異的根源是企業在新型干法水泥工藝的特點和要求——均質穩定及其重要性的領會程度上存在差異。水泥的生產過程中只有短暫的液相出現,更多的是固相反應。固態物料是最難實現均質穩定的形態,它需要從基本建設階段直到生產階段,在原燃料管理、操作控制、質量檢驗、設備維護、儀表自動化等每個環節都要滿足均質穩定的要求。均質穩定是新型干法水泥企業獲得最高效益的捷徑。


0 引言


談到新型干法水泥生產的特點與要求,人們都會脫口而出:“高產優質低消耗”,其實,這只是預分解工藝所表現出的先進水平,是它必將取代其它傳統水泥生產工藝的原因。但如果深究,為什么它能實現這個水平,又如何能不斷提高這個水平,就不是每個從事管理與生產的人員都能自覺地認識到的。因為這需要摸索出該工藝的根本特點與要求,并通過深刻理解其精髓,在生產實踐中有意識地發揮這個特點,滿足這種要求。當前不同新型干法水泥生產線的管理與操作水平存在較大差異的根源,正在于這種認識上的差異,而且這種差異還將更為深刻長久地影響著該類工藝線所創造效益的大小。因此,將新型干法水泥生產的特點與要求作為專題討論是非常必要的。


什么是新型干法水泥生產的特點與要求呢?筆者認為是“均質穩定”。而水泥的生產過程中只有短暫的液相出現,更多的是固相反應。固態物料是最難實現均質穩定的形態,它需要從基本建設階段直到生產階段,在原燃料管理、操作控制、質量檢驗、設備維護、儀表自動化等每個環節都要滿足均質穩定的要求。本文將從這幾個方面展開論述。


1 均質穩定是新型干法水泥生產的特點與要求


1.1均質穩定的基本理解


這里提到的所謂“要求”是指必要性,即新型干法水泥生產必須具備什么條件才能獲取預期效益;這里提到的所謂“特點”是指可能性,即新型干法水泥工藝具有什么獨特的優勢能使其發揮理想效益。答案就是“均質穩定”四個字。這就是說,新型干法水泥的生產必須滿足“均質穩定”的條件,才能獲取最佳效益;同時,在當今生產水泥的工藝中,也只有新型干法生產工藝才能為水泥生產提供“均質穩定”的最佳條件。

   

“均質穩定”中的“均質”是指在一個原料、半成品及產品批號中的任一部分取樣,對任何指標的測試結果,都能代表這一批號原料、半成品及產品質量的該項指標;“均質穩定”中的“穩定”是指不同批號原料、半成品及產品之間的質量是一致的。如果按照數理統計學的概念說,在同一批次物料中任意取樣的各項指標的標準偏差應該小于要求值;而不同批次物料的標準偏差中心值的波動應該在要求范圍之內。“均質”是‘穩定”的條件,“穩定”是“均質”的保證。以熟料強度為例,如果熟料庫內任意取出的熟料樣品,檢驗的熟料強度結果之間的標準偏差小于士2 MPa,而每天生產出的熟料平均強度值都為(60士2)MPa。這樣的熟料就應當是理想的均質穩定的熟料。用這種熟料生產水泥,在其它原料及工藝條件均質穩定的前提下,其水泥的均質穩定就非常容易實現。


上例說明,要想得到“均質穩定”的目標和結果,必須在正確思想指導下付出相當大的努力,最好的方法就是在生產過程的每個環節中追求“均質穩定”,尤其要從原燃料開始。這就是為什么在探討新型干法水泥生產的要求時,更要了解其特點。它是要求“均質穩定”這個基本條件,而且也恰恰是它在為實現“均質穩定”創造最佳條件。


1.2 新型干法水泥生產必須均質穩定的原因


1.2.1社會對水泥產品質量要求所必須


凡是化工產品都有“均質穩定”的要求,水泥也不例外,因此,在水泥的使用中,對水泥的均質穩定既是基本要求,也是最高要求。之所以是基本,是因為任何一家水泥產品如不能做到均質穩定,就不會有用戶敢使用;之所以是最高,是因為均質穩定程度的提高并不是輕而易舉的事,尤其對于像水泥這種固態的粉狀產品,比液態或氣態的化工產品的均質要難得多。評價水泥質量不能只是強度、泌水性等物理指標的高低,更是這些指標的穩定性。它決定了混凝土及砂漿性能的均質穩定,并由此決定建筑物的整體耐久性。


有人說,新型干法生產技術誕生前的水泥不是一樣滿足了均質穩定的使用要求嗎?并非如此,當時要想達到這個要求,完全是靠國家規定的多庫搭配制度予以滿足。一個年產二、三十萬噸的水泥廠,至少有十個以上的水泥庫,當時的生產規模小,事后搭配尚比較容易實現;用戶使用批量也小,均質穩定的要求也不高。更何況,當時建廠條件要比現在正規得多,一個20萬t/a規模的水泥廠,都要擁有自己開采的石灰石等原料礦山。但是所有這一切,隨著現代建設的發展,不但水泥生產大型化,而且建筑物越來越大,因此,對水泥生產的管理與操作就需要更加重視均質穩定的精細要求,傳統工藝無法適應,新型干法生產工藝正是面對這種要求,在不斷地發展和完善。 


1.2.2實現新型干法水泥高產的需要


新型干法生產線的生產規模越大,設備能力對各種參數的波動承受能力會增大,即同樣的風、煤、料的絕對波動值,5000t/d生產線比2000t/d生產線要顯得穩定得多。但決不意味對生產中每個環節的控制穩定程度的要求就可降低,因為如果是相同的相對波動值,則大規模生產線的絕對波動值要大得多。


(1)要想在最大允許喂料量下運行,生料喂料量就不能波動,因為向上的波動就會出現竄生料、塌料的問題;而生料成分的向高波動,就需要更多的熱量,不但鍛燒溫度難以穩定、窯皮難以保住,而這還使喂料量難以維持恒定。


(2)隨著原燃料的不穩定,喂料、喂煤、用風的任意一項不穩定都會造成堵塞、塌料、結圈等工藝事故發生,直接影響生產穩定。


(3)由于風、煤、料等參數的互相影響牽制,系統的不穩定加劇了操作難度,增加了錯誤操作的可能性。比如,喂煤量波動造成的窯內溫度不穩定,使喂料量必須隨之調整。如果用風量波動,即使喂煤量穩定,煤的燃燒也不能正常。這些都會制約產量的提高。


1.2.3生產優質熟料的需要


因為生料成分與煤粉的灰分都是化學反應的參加者,其中任何一者的變動都會直接使配料三率值改變因此,不論是生料成分的不穩定,還是煤粉成分的不穩定,都會對熟料鍛燒制度產生干擾,更無法保證熟料質量的均質穩定。因此只有熟料的礦物組成保持穩定,熟料標號才能穩定在高水平上。


一些配料人員為了追求理想質量的配料方案,做過不少努力,但如果原燃料缺乏均質穩定,這些努力都會徒勞,至少事倍功半。因此,明智的配料人員首先應該致力于原燃料的均質穩定。


1.2.4降低能耗的需要


如果系統在不穩定的狀態下運行,喂煤量、喂料量、通風量加減頻繁,最佳風、煤、料的配合就無法獲取,就會發生:


(1)過剩的風量消耗更多的熱量,不足的風量使燃料燃燒不完全,兩種情況都要消耗更多的燃料,而恰到好處的風量使用,在不穩定的窯中是很難實現的。


(2)加煤過多,不會有完全燃燒;加煤過少,溫度就會降低。窯內溫度的變化,不論是由高溫變成低溫,還是低溫升為高溫,都要消耗更多的燃料。而且用煤量的改變直接要求燃燒器的一次用風量及風速與之相符,如果喂煤量不穩定,這種相符很難達到。


(3)影響下料量波動的因素更多,這種波動不僅造成窯內溫度的變化,而且直接影響風、煤、料的配比,使煤耗增加。我國大多預分解窯熱耗過高的主要原因之一正在于此。


1.2.5長期安全運轉的需要


影響窯的運轉率的主要因素一是窯襯壽命的長短,二是設備運轉的可靠性。二者也相互影響。


(1)窯襯壽命的影響:在生料成分及煤粉成分不穩定時,燒成系統溫度無法穩定,必然導致窯皮頻繁長落,加劇消耗燒成帶及其前后的窯磚,使壽命大為縮短。


(2)設備安全運轉的影響:在系統溫度不穩定時,無法保證窯體及托輪的正常上下竄動;如果發生窯內局部溫度過高紅窯,還會導致筒體變形; 而筒體變形更不利于窯襯的穩定,加劇了運轉周期的縮短。


綜上所述,對于某一設備及原燃料相對固定的生產線而言,實現高產、優質、低耗、安全運轉要求的最佳參數只會有一組,而該組參數只有在系統穩定時才能通過不斷摸索而獲得。


1.3新型干法工藝實現“均質穩定”的可能性


為了分析清楚其可能性,將分別敘述新型干法水泥生產中預分解窯的核心技術與其它輔助的先進技術對均質穩定所發揮的積極作用。


1.3.1新型干法工藝的核心技術—預分解窯


預分解窯是新型干水泥工藝的核心技術,它主要是指:懸浮狀態的預熱器及分解爐,高窯速的回轉窯以及高效快速冷卻的篦冷機。


(1)分解爐。新型干法水泥生產工藝的核心技術是熟料鍛燒前采取懸浮狀態的預分解技術,其核心裝備是各種類型的分解爐,它使煤粉在懸浮狀態下燃燒釋放出熱量,而生料同樣在懸浮狀態下接受這些熱量而分解,它不僅能快速地為生料的鍛燒創造最好的石灰石分解狀態,而且是提供了最為理想的均質穩定分解過程,化學反應過程能做到如此均質穩定的程度是任何傳統的水泥生產方法所望塵莫及的。比如,立窯因生料與煤粉的緊密接觸,其熱耗也不高,但它無法使傳熱及分解在懸浮狀態下進行,因而它所生產的熟料質量很難實現均質穩定,這種本質上的差異不僅是立窯質量提高的難題,也是其大型化的致命弱點。


(2)多級預熱器系統。采取懸浮狀態利用鍛燒的余熱預熱生料,而且是采取最多達六級的多級預熱方式,同樣不僅提高熱傳導效率,強化預熱效果,而巨也是均質穩定的過程。這同樣是其它窯型無法與之比擬的。


(3)高速運轉的窯。懸浮狀態下高分解率的物料,為較大幅度提高窯的轉速創造了可能,而恰恰是這種高而穩的窯速大大改善了熟料鍛燒階段均質穩定的效果,從而使熟料的受熱均勻程度及礦物之間的反應均勻程度都有明顯地改善。相對于中空干法窯、濕法窯及立波爾窯,這就是預分解窯熟料質量有得天獨厚優勢的原因。當然,要想從根本上改變鍛燒的均質穩定條件,應當使熟料鍛燒過程也處于懸浮狀態,這種試圖進一步提高質量、降低熱耗的研究從未停止過,但畢竟這種技術的難度要大得多,目前世界上還沒有生產成功應用的先例。


(4)篦冷機。熟料用空氣急冷是保證熟料質量的必要手段,受熟料加熱的高溫空氣則對煤粉的燃燒速度及火焰的質量有著決定的影響,篦冷機的不斷更新換代就是為了改善這種效果。篦板的類型、有效控制冷卻空氣量是開發蓖冷機的核心內容。


1.3.2輔助技術裝置


與懸浮狀態下預熱、分解、高窯速及快速冷卻相配的其它設備,被視為新型干法技術不可缺少的輔助設施,也無不為均質穩定做出了貢獻。比如原燃料的均化堆場、裝置,在線的質量檢驗設施,多風道燃燒器、自動化儀表等。它們的應用為保證最終產品的均質穩定做出了貢獻。但是這些設備并不為預分解窯所獨有,當前的JT立窯技術正是建立在這些設備的基礎上。


(1)原燃料的均化堆場。均化設施的原理是:讓同一時間進場的物料不同時間出場,而不同時間進場的物料同一時間出場。用于均化石灰石、輔料、原煤在內的各種類型的均化堆場、裝置是生產線上第一道均質穩定的設施,它們無非是讓天然的非均質礦石以均質的成分進人生產線。


(2)γ在線分析儀。最近數年應用愈加廣泛的,γ在線分析儀,是保證配料穩定的理想控制設備,它改變了取樣、分析(人工或X熒光分析儀)、調整配料的傳統程序,通過在線即時分析進行調整控制,避免了傳統控制時間滯后較長、致使配料成分波動較大的弊病。與粉磨出的不均勻生料靠事后均化相比,這種效果要更為主動和有效。


(3)生料均化庫。為了進一步克服配料成分波動及生料系統控制的波動,提高人窯生料成分的穩定性,水泥專家們在開發生料均化庫上也曾花費大量精力。它的原理與均化堆場完全一致,但設施完全不同,管理與操作方法也各有特點。γ在線分析儀的投人使用可以減輕生料庫的均化壓力,甚至可以適當減少庫容量,以降低基建投資。


(4)多風道燃燒器。如果煤粉的燃燒能使火焰穩定,均勻地傳遞熱量,這對于鍛燒均質穩定的熟料非常有益。三風道與四風道燃燒器的開發就是實現這個要求最好的裝備。它不僅根據需要可以調節火焰的形狀,更重要的是能用最少的一次風使煤粉快速燃燒,能在回轉窯的高溫帶放出熱能,這是非常重要的。尤其當使用含揮發分低的煤質時,這種能力就變得必須具備和更加寶貴。


(5)自動化儀表。儀表準確地反映系統狀態,當測定值偏離給定要求時,根據設計的自控回路將實際值自動調整到給定值,這個過程遠比人為操作要精細、可靠、及時得多,使操作參數都能穩定在理想水平上。因此,只將自動化理解為可以節約勞動力,提高勞動效率,是一種片面認識應該明確,只有自動化,才能使系統的均質穩定程度提高到新的水平,這才是自動化重大而深遠的意義。


只有充分認識到新型干法L藝所具備的這些促進均質穩定的技術優勢,才有可能在設計與生產中主動發揮它,而不是采用錯誤的作法隨意改變這種特點,大大淡化它的優勢,降低它的效益。比如,某介紹所謂“低溫投料法”的文章,宣傳降低投料時的分解爐溫度有利于防止預熱器或分解爐的堵塞。我們且不說世上數百條生產線高溫投料并未造成堵塞的事實,僅就其低溫投料的結果就已經削弱了分解爐懸浮狀態下的分解功能,加重了窯內鍛燒負荷,從投料開始就忽視了預分解窯所具有的均質穩定優勢。


1.4 水泥生產實現均質穩定要求的難度


誠然,在論證新型干法水泥生產均質穩定的必要性及可能性的同時,必須清醒地認識到水泥生產中滿足均質穩定條件的難度。


這種難度在于它所使用的原料來自天然形成的千奇百怪、錯綜復雜的礦產資源,實現均質談何容易。這既為礦山原料工作者提出了難題,也為其提供了展示才能的機遇,他們可以充分利用自然資源及工業廢料,將非均質的原燃料,均質地進人生產線。明智的建設者既要聘請高明的地質、礦山開采及工藝工程師,更要給予必要的投資支持。


這種難度在于水泥雖是化工產品,但在它的生產過程中只有短暫的液相出現,更多的是固相反應。眾所周知,固態物料是最難實現均質穩定的形態,它需要從基本建設階段直到生產階段,在原燃料管理、操作控制、質量檢驗、設備維護、儀表自動化等每個環節都要滿足均質穩定的要求。 


相對于技術措施及現有的裝備水平的難度而言,更大的難度將來自于傳統管理的習慣思維。許多投資人沒有從必要性與可能性兩個方面充分認識新型干法水泥生產的特點與要求,不愿意或不舍得在原燃料的開采和控制上花費更多的精力和資金,認為“只要使用立磨及預分解窯等最先進的主機工藝裝備,就是先進技術的全部”。從目前國內大多數生產線的建設可以看出,這種舍本求末的思想還根深蒂固。


但是,不管滿足均質穩定要求的工作千難萬難,它既是新型干法水泥企業真正通向最高效益的捷徑,又是企業管理與操作從此擺脫被動局面的鑰匙。我們為什么不堅定不移地朝這個方向努力呢? 


資料來源:《互聯網》


作者:謝克平 


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