道路硅酸盐水泥生产制备初探

2022-06-08张林谭建春杨勇刘波

水泥技术 2022年3期

张林，谭建春，杨勇，刘波

1 引言

我公司有两条5000t/d 水泥熟料生产线，配备4 台HRM3400 辊磨，预分解窑规格为ϕ4.8m×72m，带TDF 分解炉及第三代TC-12108 篦冷机，配套建有25MW 纯低温余热发电机组项目。其中，1 号生产线使用3台开路水泥磨，配置为：1400mm×1000mm 辊压机+V 型选粉机（JVX2500）+ϕ4.2m×13m球磨机；2号生产线使用2台开路水泥磨，配置为：1600mm×1400mm辊压机+V型选粉机（JVX3000）+ϕ4.2m×13m 球磨机；两条生产线共计年产水泥400 万吨，年发电量1.5 亿千瓦时。2021年，为供应某机场扩建项目所需P·R7.5 级道路硅酸盐水泥，公司成立了专项攻关小组，研究制定了从生产策划、过程指标控制到道路硅酸盐水泥生产的技术方案，顺利完成了生产任务。

2 道路硅酸盐水泥生产指标要求

2.1 水泥生产指标要求（见表1）

表1 道路硅酸盐熟料和水泥生产指标要求

2.2 原材料指标要求（见表2）

表2 原材料指标要求

原材料使用高品位石灰石、低碱砂岩、粗粉煤灰及有色金属灰渣，弃用碱含量高的粘土和常规砂岩。

3 原、燃材料的检验

3.1 原材料的检验

对进厂原材料进行取样检验。检验所得原材料化学成分见表3。由表3 可知，进厂原材料的主要化学成分均在预期控制指标要求范围内，满足生产实践要求。

表3 原材料化学成分，%

3.2 燃煤性能指标检测

道路硅酸盐水泥性能要求较高，熟料率值与常规熟料差别较大。燃煤性能指标检测结果见表4。由表4可知，生产道路硅酸盐水泥熟料所使用燃煤为热值和挥发分较高、灰分较低的燃煤，平均热值为24 871kJ/kg，挥发分>30%，灰分<12%。

表4 煤的工业分析

4 配料方案及率值的确定

4.1 配料方案

道路硅酸盐水泥生料配料方案见表5。由表5可知，道路硅酸盐水泥生料配料中，低碱砂岩和有色金属灰渣使用量较大，与常规生料相比，道路硅酸盐水泥生料易磨性较差。此外，由于生料配料中，有色金属灰渣和粗粉煤灰含水量较高，导致料耗系数高达103%。

表5 道路硅酸盐水泥生料配料方案

4.2 熟料率值的确定

经研究，确定道路硅酸盐水泥熟料采用中高硅率、低铝氧率配料，以减轻熟料率值大幅度变化对煅烧的影响。经计算，熟料矿物组成满足项目要求。设计的熟料率值及矿物组成见表6。

表6 设计的熟料率值及矿物组成

5 生产过程中遇到的问题及解决方案

5.1 生料制备问题及解决方案

（1）在普通水泥生料与道路硅酸盐水泥生料切换生产初期，均化库尚有65%的普通生料，库位较高。从调整生料配比至道路硅酸盐熟料生产检测合格，换料共耗时12h，造成部分物料消耗。生产初期，熟料质量不符合道路硅酸盐水泥熟料指标要求。后续生产需换料时，先降低均化库料位至55%再换料，可缩短换料时间，减少物料消耗。

（2）有色金属灰渣比例较大。由于有色金属灰渣含水率较高，生产过程中发生过一次下料口堵料事故，处理时长7min。

（3）道路硅酸盐水泥生料的易磨性较差，在后续大量生产时，需测量生料生产前后，磨机衬板及辊套的磨损曲线，并将数据存档建立台账，为工艺调整累积数据。同时，为满足道路硅酸盐水泥的煅烧需求，生料细度控制得较细，导致生料磨产量低、电耗高，生料制备工序数据见表7。

表7 生料制备工序数据

5.2 熟料煅烧问题及解决方案

道路硅酸盐水泥熟料的矿物组成及熟料率值见表8，熟料的物理性能见表9。道路硅酸盐水泥熟料采用低碱配料，不用粘土，大量使用湿炉渣，SO3含量比普通熟料高0.07%，碱含量较低，为0.45%，硫碱比较高，为0.53%，导致道路硅酸盐水泥熟料凝结时间比普通水泥熟料长90min；道路硅酸盐水泥熟料3d 抗压强度比普通水泥熟料低6.5MPa，28d 抗压强度却比普通水泥熟料高2.1MPa。本次生产中，道路硅酸盐水泥熟料质量较稳定，fCaO合格率为96.7%，fCaO含量平均为0.6%。

表8 道路硅酸盐水泥熟料的矿物组成（%）及熟料率值

表9 熟料的物理性能

5.2.1 熟料煅烧过程中存在的问题

熟料煅烧工艺数据见表10。

表10 熟料煅烧工艺数据

（1）道路硅酸盐水泥熟料生产要求fCaO≤1.0%，对窑产量影响较大。生产普通水泥熟料时，窑平均喂料量为400t/h，熟料产量平均为5 926t/d。生产道路硅酸盐水泥熟料时，窑平均喂料量为360t/h，熟料产量平均为5 333t/d，下降593t/d。

（2）生产普通水泥熟料标煤耗为94.88kg/t，生产道路硅酸盐水泥熟料标煤耗98.76kg/t，标煤耗增加3.88kg/t。

（3）为确保熟料质量，生产道路硅酸盐水泥熟料时窑系统减产运行。生产普通水泥熟料电耗平均为28.36kW·h/t，生产道路硅酸盐水泥熟料电耗平均为29.80kW·h/t，熟料电耗升高1.44kW·h/t。

（4）生产道路硅酸盐水泥熟料时，采取中高硅酸率、低铝氧率配料，窑内烧结范围变窄，液相量平均约24.76%（普通水泥熟料在25%～26%）。为此，窑系统采用高热值煤，喂料量最低减至340t/h。窑头用煤量由10.5t/h 减至9.2t/h，一次风压由32kPa增加至35kPa，内流风开度由80%调至90%，外流风全开。

（5）生产道路硅酸盐水泥熟料过程中，易出现窑头飞砂料，窑内还原气氛较强，熟料结粒变差，窑尾高温CO、NOx 浓度大幅升高，烟室CO 平均浓度在0.15%左右，NOx 平均浓度在1 200～1 500ppm。窑内掉窑皮频繁，导致篦冷机固定端频繁积料，存在堆“雪人”情况。

（6）生产道路硅酸盐水泥熟料时，日发电量增加960kW·h，吨熟料发电量较之前增加2.7kW·h；熟料结粒差，篦冷机风室漏料严重；上过渡带窑皮不稳定，现场实测窑筒体28m 位置温度最高达400℃，较生产普通水泥熟料温度增加25℃左右。

5.2.2 熟料煅烧解决方案

（1）微调篦冷机固定端西墙空气炮“鸭嘴”角度，确保西墙空气炮在固定端清扫无死角。

（2）生产道路硅酸盐水泥熟料时，可根据窑尾烟室CO浓度，适当减少窑头用煤量，以减轻窑内还原气氛。

（3）分解炉出口温度不可长时间控制在885℃以上，防止预热器堵塞。

（4）在确保风机电流稳定的前提下，进行篦冷机操作时，应保持适当的篦床料层厚度，应尽可能提高二、三次风温，减少窑头、窑尾用煤量。

（5）生产道路硅酸盐水泥熟料时，生料及煤粉细度应比生产普通水泥熟料时控制得细，尽可能使煤粉燃烧完全。