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水泥原燃料特性对烧成热耗的影响分析

日期:2015-2-26 10:59:52 查阅:2127

众所周知,水泥熟料煅烧过程热耗高低是衡量生产系统性能和考核操控水平优劣的重要经济指标之一。如何最大限度降低能耗,实现水泥工业的可持续发展是每个水泥工作者孜孜不倦的追求。

1、矿物成因及其对热耗的影晌分析

水泥熟料煅烧过程实质上也是矿物的再造过程,与自然成矿过程基本相同。在水泥煅烧的过程中,人为地提供了高温、低压和一定的煅烧时间,使得各种矿物出现了重组性结构变化并伴随着一定的热效应。原料矿物的形成过程、存在形态的不同,导致其所处的能态也不相同,所以经过再加工实现统一能级的目标产品的能态之差也就不同,即理论耗能亦不同,这也就为选择原、燃料矿物实现节能降耗目标提供了充分条件和空间。

1.1 石灰石成及因影响分析

生产水泥用石灰岩的形成过程主要有海相沉积与陆相沉积两种方式,我国绝大部分石灰石矿为海相沉积。水泥煅烧热耗中仅石灰石分解一项的理论吸热为1985.5kJ/kg,几乎占热耗的一半,足见石灰石特性的重要性。据文献12,31研究发现,用低品位石灰石比使用纯的高品位石灰石煅烧水泥熟料,其热耗一般低约10%~15%。

1.2 燃料煤的成因影响分析

按照主流的煤岩沉积成因说,地表上各类型植物在地质构造活动中被掩埋于地表之下,经过复杂的地质作用,原有的炭质结构被压实、碳化,逐渐形成可燃烧的煤岩。

成煤系统周围的地质状况、水、温度等都是成煤的重要外在要素。成煤后地质构造的变化、围岩的性质等都将影响煤的成分和性质。不同的煤岩结构导致煤的燃烧性能有所差异;氧化程度较高的丝煤发热量低但易燃。

煤的燃烧性能不同,就会影响熟料热耗。如难燃的煤(如石煤),由于燃烧特性较差,不易充分燃烧,会给系统带来一定的干扰,对系统稳定运行不利。高灰分、高含水量的泥煤会影响水泥熟料煅烧品质。因此,使用石煤和泥煤时均会变相增加系统的热耗。

1.3 辅助原料成因与影响分析

自然界矿物种类主要有沉积岩、岩浆岩和变质岩三类。水泥行业大量使用的辅助原料是沉积岩和变质岩。

1.3.1 沉积岩

黏土、页岩、泥质岩、粉砂岩、煤矸石等是常见的水泥辅助原料,它们都属于沉积岩。黏土是地质岩石经过自然风化,由不稳定的矿物形态逐渐转换为最稳定的矿物。从黏土的熔点一般高达1500~1700℃可以看出,使用黏土耗能也较高。认为黏土土质疏松、易于煅烧的认识也值得商榷。

页岩、泥质岩等为黏土沉积后,在低温低压条件下经压熔、热熔等地质能量运动产生的不稳定矿物,一般含有能量矿物C、FeO、FeS、FeS2、PbS、ZnS等,具有低熔点特性,易烧性好,耗能较黏土低。

石英砂岩主要由石英矿物组成,其富含Si—O架状结构的SiO2,难以解聚,熔点高,难以粉磨,应尽量避免使用。

用黏土不仅会减少人类赖以生存的土地资源,破坏自然环境,且热耗较高,因此宜优先选择页岩、粉砂岩、泥质岩等硅铝质矿物。

1.3.2 岩浆岩

岩浆岩是高温岩浆上升过程中冷却结晶而成的岩石,一般以SiO:含量多少分类,常见有流纹岩、安山岩和玄武岩等。岩浆岩冷却结晶时多富含玻璃质,硅酸盐矿物中复杂的si—O结构被急冷破坏,熔点相对较低,易烧性变好。目前普遍对岩浆岩重视不够,应用也不是很普及。 

1.3.3 变质岩

变质岩为地质岩石在地质热力、压力的条件下,经扩散、重组、固熔等形式的变质作用形成的岩石。变质岩至少经过两次以上的能量运动,因此它储存有更多的地质潜在能量。变质岩中低分解点、低熔点的矿物多,矿物成分复杂,自身调节能力强,是烧制水泥的有利因素,也是最具节能降耗的原料岩种。

千枚岩、板岩、角闪石等是典型的变质岩,为众多的水泥企业带来了良好的经济效益,不仅热耗低而且熟料强度也很高.

目前被水泥工业大量使用的铜矿渣、铅锌尾矿、硫酸渣、水淬钢渣等各种工业废渣也可划归变质岩的一种,均经过高温煅烧具有很好的活性,能量矿物多,具有明显的降耗效应。

2、原、燃料的加工要求

采用不同成因的原、燃料矿物烧制水泥,除了因自身特性直接影响烧成热耗外,它们的加工性能和要求也是影响能耗的重要因素之一,这也为加工环节的节能降耗提供了空间。

大量的实验研究表明,对于易烧性好的原料和易燃性好的燃料,其粉磨加工产品目标细度可适当放宽。因此在保证熟料煅烧质量的情况下,原、燃料粉磨加工产品细度需根据它们自身特性和生产系统的适应能力合理选定,以达到节能降耗的目的。

实践经验证明,原料矿物成因是影响水泥生产能耗的重要因素之一,因此原燃料选用时注意以下方面。(1)石灰石的选择并非完全是品位越高越好,合理的选用低品位石灰石有助于节能降耗。

(2)择燃料时需对燃煤进行性能试验,掌握燃烧特性并据此合理确定烧成系统及操控方案。

(3)原、燃料的特性,适当放宽粉磨加工细度控制指标,有利于节能降耗。

因此在筹建新厂时,应充分调查周边的原、燃料资源情况并进行合理选矿;应充分研究原、燃料特性并根据其特性来选择适宜的配料设计方案;实际生产过程中应结合具体情况和条件对原、燃料进行合理的选择并对其加工过程加以控制。最大限度实现降低能耗的目标。



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