新型预热预分解技术在硫铝酸盐水泥生产中的应用

　　摘要：硫铝酸盐水泥的生产除少数厂家采用预热器煅烧工艺，大部分企业仍采用干法中空窑生产工艺，煤耗高，排放超标，污染大，加上管理落后，生产质量不稳定。本文结合新型预热预分解技术在硫铝酸盐水泥生产中的应用实践，对预热预分解技术运用路线提出一些建议，供同仁参考。

　　关键字：  预热预分解技术。硫铝酸盐水泥生产应用

　　一、前言

　　硫铝酸盐水泥（CSA）作为中国四大特种水泥品种（白水泥、低热大坝水泥、铝酸盐水泥、硫铝酸盐水泥）之一，随着中国经济的发展，在中国有着广泛的市场。硫铝酸盐水泥是中国建筑材料科学研究院研制成功的特种水泥系列，它包括快硬、自应力、低碱等不同的水泥品种，二十多年来广泛应用在GRC制品、冬季施工、自应力水泥压力管及普通排水管等建筑工程和制品方面，取得了良好的效果；在配制刚性防水材料和混凝土膨胀剂等特种工程材料方面也得到了一定量的应用，受到了用户的欢迎；同时也被应用于抗渗堵漏、抢修抢建工程等特殊工程。目前中国硫铝酸盐水泥的年产量已达近150万吨。

　　硫铝酸盐水泥是以适当成分的石灰石、矾土、石膏为原料，经低温（1300～1350℃）煅烧而成的以无水硫铝酸钙和硅酸二钙为主要矿物组成的熟料，掺加适量混合材（石膏和石灰石等）共同粉磨所制成的具有早强、快硬、低碱度等一系列优异性能的水硬性胶凝材料。

　　目前全国共有硫（铁）铝酸盐水泥的生产企业28家，除唐山北极熊特种水泥有限公司和唐山六九水泥有限公司等少数厂家采用预热预分解器窑和五级旋风预热器煅烧工艺，大部分企业仍采用干法中空窑生产工艺，煤耗高，排放超标，污染大，加上管理落后，生产质量不稳定。由此应用新型预热预分解技术对干法中空窑进行改造，不仅可以提高产品产量和质量，降低生产煤耗，从而节约能源，降低成本，而且应用新型袋除尘技术可以确保粉尘排放浓度低于国家标准。2005年2月在山东金鲁城集团鲁中水泥有限公司日产1OOO吨窑外分解窑上首次生产硫铝酸盐水泥获得成功，标志着完全可以应用预热预分解技术进行硫铝酸盐水泥的生产，使硫铝酸盐水泥走出了小型化生产的模式，向大型化特种水泥企业迈进。由于大型化的实现，使硫铝酸盐水泥企业的产品质量稳定性明显提高，为进入大型水泥制品行业和大型工程应用创造了条件。

　　表1:目前各窑型熟料标准煤耗（kg标煤/t熟料） 

　　二、预热预分解技术运用路线

　　新型的预热预分解技术在普通水泥生产工艺已运用得普遍成熟，并根据不同的原燃料，分解炉的型式会有所变化，以适应不同工厂的原燃料状况。

　　硫铝酸盐水泥生产原料主要是铝矾土、石灰石和石膏，三种原料配合比例：

　　矾土为34～40%,石灰石为45～50%,石膏配合比例为15～19硫铝酸盐水泥熟料的矿物组成及形成过程也不尽相同，硫铝酸盐水泥熟料的烧成温度为1350±50℃，比普通水泥熟料稍低，同时要控制S03的挥发量。因此预热预分解技术的应用设计中必须充分考虑上述因素。

　　1、分解炉

　　分解炉的型式很多，有在线和离线两种类型。根据硫铝酸盐水泥的生产特点，我们认为一般宜采用在线炉。分解炉设计需从延长料气停留时间、强化流动形式、改善炉内环境气氛等方面着手，特别要注意适应性强的问题。地方厂的原燃料情况复杂，质量差是客观存在。除要求工厂尽量做到均匀搭配，适量存放，例如简易的均化堆棚均化措施外，设计上针对偏差的煤质，相对变化大一些的范围，考虑炉子的适应性是必要的。所谓适应性强一是要针对改造厂的基本煤质，二是有变动灵活的可能性如：入炉料量的分配可调性，喂煤点位置及数量的可变性；三是最好为纯空气点燃，部分纯空气燃烧，同时充分利用窑气。

　　我们设计的分解炉的具体特点：

　　分解炉采用喷腾流（窑气）与旋流（三次风）形成的复合流，兼具喷腾流与旋流的特点，二者强度的合理配合促使物料在分解炉锥体处充分分散。

　　·分解炉中部设置缩口，可以增大缩口下部物料的回流量并改善上部物料的分布，有利于延长物料停留时间。

　　·在分解炉与C5之间设置较长的鹅颈管，补充分解炉功能，延长气体和物料的停留时间。

　　2、预热器系统

　　最大限度换热，尽量低的流体阻力，尽量省的基建投资和运转可靠是对预热器的基本要求。据国内外现有生产资料统计，采用五级旋风预热器约比四级旋风预热器的出口废气温度降低40℃左右，可降低熟料烧成热耗约125kJ/kg.采用四级预热器的预分解系统，入窑生料分解率为80%～85%.而采用五级预热器的预分解系统，入窑生料分解率为90%～95%.所以，采用五级预热器的预分解窑，产量要比采用四级预热器的预分解窑高5%～1 5%.因此，目前普通水泥生产基本采用五级旋风预热器。对于硫铝酸盐水泥生产，其分解炉出口温度一般较普通水泥生产低60～8O℃，因此对于小型中空窑改造为节省投资可采用四级旋风预热器，中大型回转窑宜采用五级旋风预热器。

　　（1）高效低阻是预热器设计的目标。本设计将国内外大型设计中已经成熟应用的技术，运用于硫铝酸盐水泥预热器设计之中。主要特点如下：

　　·旋风筒采用三心270°包角、大偏心的蜗壳形式，将气流平稳引入旋风筒，兼顾高效与低阻；

　　·在C1锥体和涡壳中分别设有反射锥和导流板，减少系统外循环量；

　　·旋风筒锥体部分设计成斜锥，减少因气流折向而造成锥体底部物料的二次飞扬；

　　·进风口采用等角度变高度的切角五边形，顺应流体运动方向，减少进口气流与回流相撞，降低流体阻力损失，提高分离效率。

　　·出风口设置“脉动”风管，避免低风速下物料短路，增强物料的分散和换热。

　　（2）联接管道与旋风筒组成的换热单元里，气固热交换主要在管道，阻力损失也相当一部分在管道。为增加处理能力和延长气固停留时间，也为降低实际生产阻力，管道风速适当降低。在有撤料装置能使粉料分散的管道内，风速可在大于12m/s、小于16m/s的范围内（过去的数据是16<v<24）。

　　（3）采用新型的锁风阀、撒料装置和防堵清堵设施，在主体设备确定后，这些都是关键的小设备，起到事半功倍的作用，必须用新技术装备。

　　（4）改造后的各级料管尺寸、走向角度也要给予关注，以保证料流顺畅，生产稳定，事故少。尽量使溜角大于65°或不小于60°，这对硫铝酸盐水泥生产尤为重要。

　　（5）用大型国产化预分解系统的设计和加工技术，强化密闭堵漏和保温隔热，解决中小型系统废气带走热和胴体散失热损失大的严重缺陷。强调衬料性能和砌筑质量的重要。

　　（6）不必要求过高的自动化水平，但必要的仪器仪表必须齐备好用，能反映系统状况，方便操作。

　　3、关于回转窑的问题

　　由于预热预分解系统的技术改进和强化，提高了入窑物料分解率，相同产量时窑的负荷大大减轻。如果技改可沿用原有窑体尺寸，不必改动而达到增产目的。但应注意窑速范围，中空窑一般不超过1.5r/min.采用预热预分解技术改造为NSP窑必须根据需要核算应有的传动功率，调整窑速范围，最高窑速达到4.5r/min为宜。一般需更换电机减速机。

　　关于窑头窑尾即使在窑规格不变的情况下，仍需对涉及的部位进行相应的变动。如窑尾烟室喂料斜坡的变动；冷却机、燃烧器、三次风管等牵涉窑头罩的变动；窑头窑尾密封及护板的改进完善等等。建议由窑头抽取三次风更有利，一则大窑门的砌筑难度相对比大型小，二则也是主要的三次风温可提高约200℃，计算约相当于增加10%的分解炉燃料量，对预分解有利，尤其对硫铝酸盐水泥生产有利。

　　4、关于冷却机的选型

　　冷却机的配套完好是采用预热预分解技术后新型干法窑增产节能的关键因素之一，一般国内硫铝酸盐水泥生产线的冷却机型式为单筒冷却机，使用效果不太令人满意。冷却效率和热回收效率低，热损失大，妨碍了窑系统产能的发挥。为确保冷却机的性能与技改后窑系统指标相适应，并保证供应窑及预分解系统所需的高温助燃空气，冷却机建议采用如下方案：

　　（1）小型生产线一般可以采用单筒冷却机。单筒冷却机简单，运行可靠，单位熟料冷却电耗低，不造成废气。缺点是，熟料的冷却速度较慢，出机熟料的温度较高，二次空气进风不均匀，影响火焰的稳定性。特别对于硫铝酸盐水泥熟料，由于烧成温度较低，立升重只有800～1000,有相当数量的细粉，使用单筒冷却机会造成窑头飞灰严重，影响窑内看火。为了仔细观察窑内情况，有时需要将冷却机停机观察，频繁的停开冷却机回造成机械磨损和电器的损坏，影响冷却机的使用寿命；而长时间的停冷却机会造成烟室的堵塞，影响窑的正常运转。为节省投资，建议小型生产线可以采用单筒冷却机，但需采用新型高效式，内部扬料装置的结构形式采用组合式，采用耐热、耐磨材质和抗热震性好的衬料，采用斜坡式进料，新型结构的热端密封。

　　（2）中大型生产线宜采用篦式冷却机。硫铝酸盐水泥的烧成系统过去很少采用篦式冷却机，是因为认识上存在误区，认为硫铝酸盐水泥熟料中微小颗粒过多，会造成蓖式冷却机的堵塞，从而影响窑内的气氛和热工制度。通过实践证明，这种观点是不对的，影响了硫铝酸盐水泥企业的技术进步和发展。

　　其优点为：①篦冷机热效率高，出机熟料温度低，供分解炉三次用风温度较高。熟料出冷却机的温度小于80℃，大大低于单筒冷却机120～150℃的水平，为熟料的急冷创造了有利的条件，使熟料的质量有所提高。同时，大大减轻了水泥磨的负担，对防止水泥中石膏的脱水和提高磨机的产量均有很好的作用。

　　②窑头环境好，第三代篦式冷却机，料层厚，流动性好，避免了细颗粒熟料导致的料层浮动现象。只要采取缩短集料斗下电动密封阀门卸料间隔的措施，不会造成冷却机的堵塞。因此不存在某些专家担心的“硫铝酸盐水泥熟料中的细颗粒飞扬入窑，使窑内清晰度下降，影响看火”的问题。

　　③产量高；篦式冷却机的产量较高，完全可以满足生产1000吨/日硫铝酸盐水泥的需要。因此，建议今后在新建或改、扩建大中型硫铝酸盐水泥厂时，应优先考虑应用篦式冷却机。

　　5、关于煤的计量及燃烧装置

　　目前很多厂煤粉计量系统多采用冲板流量计，甚至利用双管绞刀的转速进行计量由于该设备质量不过关，导致计量失准，入窑煤量忽大忽小，影响了产品的产质量。煤粉燃烧装置多采用国产化简易多通道喷煤管，甚至还有用单通道喷煤管。这不仅影响燃烧效率，而且也进一步影响到产品的产质量。由此我们建议：

　　（1）分解炉喂煤及回转窑喂煤计量设备都采用转子秤，煤的输送采用引进技术国内生的锁风螺旋泵。并采用微机调整和监控喂煤量的大小，从而保证了喂煤的稳定。

　　（2）窑头必须采用多通道喷煤管是新型干法窑的操作要求之一，便于火焰的调整，以及对煤质的适应。实践证明，使用新型多通道燃烧器相对单通道将节约煤耗5～10%.

　　三、应用实践

　　1、XT水泥公司Φ2.5/2.2×45m中空回转窑原产量为5t/h,标煤耗为260kg/吨熟料：运用预热预分解技术改造后产量提高到11t/h,标煤耗为130kg/吨熟料。停产改造45天。

　　2、AD水泥公司Φ1.9/1.6×36m中空回转窑原产量为2.5t/h,标煤耗为310kg/吨熟料，运用预热预分解技术改造后产量提高到6.5t/h,标煤耗降为170kg/吨熟料。停产改造40天。

　　四、结束语

　　在本文中通过新型预热预分解技术在硫铝酸盐水泥生产中的应用实践，提出了硫铝酸盐水泥生产应采用新型预热预分解技术。并重点讨论了运用过程中有关分解炉选型、预热器设计、冷却机及煤粉计量和燃烧器选型这几个问题。由于采用新型预热预分解技术改造后产量大幅度提高，烧成系统附属的冷却机、增湿塔、高温引风机、除尘器及供煤设备等都要相应进行更换或改造。