水泥熟料生產系統節能技術探討之原料和配料
原料的選擇和配料方案的選擇在水泥生產中占據重要地位，好的原料和配料方案是水泥熟料節 能降耗的最直接的手段。易燒性好且能經濟地生產出高品質水泥熟料的生料才是好料，而并非僅僅只是易 燒性好或是可能會生產出高質量熟料的料。這必須依賴于對原料的科學選擇和使用，依賴于對配料方案的優 化。成功的配料方案應以熟料質量為最終目的，以最大可能地提高易燒性為原則，就不同的原料做不同的選擇，才可以取得預期目的。
隨著市場競爭的加劇及環境保護標準的提 高，節能降耗已經成為目前水泥熟料生產線的一個 重要選擇。不同的建設理念和技術管理以及應用水 平導致我國不同企業水泥熟料生產能耗差距較大，而在目前成本、環保、政策及經營業績等多重壓力下，不降低能耗往往會導致企業死亡。因此，可以 說在世界上任何一個地方和時期，從未有當下中國水泥生產企業這樣關注和踐行節能降耗的理念，也從未有如此大規模、大范圍地進行技術提升。那么在目前預分解窯工藝技術條件下，如何有效地節能降耗？采取哪些手段可以起到較好的效果？技術改造和升級的必要性如何評價？這些問題應當是目前從業人員都需要考慮的問題。
從目前水泥廠的生產過程來看，筆者認為水泥生產過程的節能降耗應從以下幾個方面著手：(1) 重視原料及配料，從根本上降低熟料生產的難度；（2 ) 重視生產過程管理，為后續工藝做好準備；（3 ) 重視局部改造，從點滴做起降低能耗；（4 ) 規劃好大設備的改造和升級，全面平衡全廠能耗成本。
從以上幾個方面的順序來看，前兩點很容易 被生產人員忽視，特別是第一點，原料和配料，從 生產原則上來看，這是建廠時就已經確定的內容，與生產的關聯性不大，本文僅就此點作以下說明，
以資參考。
1 原料及配料的影響
原料和配料方案的選擇在水泥生產中占據重 要地位，好的原料和配料方案是水泥熟料節能降耗 的最直接的手段。從生產過程來看，水泥廠建廠之 初原料的選取和配料方案就已經確定了，生產過程 中各廠在質量控制時也會調整，但都不會太大，但 是在這里，筆者還是要強調，這是水泥生產節能降 耗的最根本控制手段，為了節能降耗，我們可以想 辦法去調整。原料的選取雖然不易調整，但每個廠 的特性不同，即使是石灰石，也可以在科學規劃開 采利用的基礎上對石灰石本身的性質進行調整，更 何況其它原料的來源。配料方案對水泥熟料生產的 影響是最直接的，好的配料方案可直接降低燒成難 度，保證合理的熟料質量，從而提高產量，降低能 耗。因此，在需要時，我們也可對配料方案進行科 學的調整。
原料和配料怎么影響消耗？從理論上看， 水泥熟料形成熱大約范圍在1 692_9 ~ 1 _ kj/kg, 差 距達209 kj/kg, 僅從這一點就可以看出配料對熱耗 的影響有多大。此外不同的原料會對石灰石的分解 反應、灼燒粉體的粘度和團聚、液相量的大小及出 現的溫度、窯皮的厚度及長度、熟料的煅燒溫度及 熟料質量中一個或幾個產生影響，這些都會在系統 產量、質量和能耗上有所反應，因此，我們才說原料和配料是影響水泥生產能耗水平的重要因素。
原料和配料現實生產中存在兩種極端的錯誤 控制：不受重視或是過分教條的重視，因為目前每 個水泥廠為了達到想要的熟料質量，都會利用現有 的原料形成一個相對固定合理的熟料配料方案進行 煅燒，這種方案的調整空間并不大，可操作空間也 小，受限于原料品種和對水泥質量的要求，這種調 整空間就更小了，所以都依靠現有條件，按通用的 指標控制或是教條地按同一指標控制。這就很容易 在不同的水泥廠產生差異較大的結果，這在水泥大 集團企業中表現得尤為明顯，這類大集團往往是集 團管理要求或是質量控制人員的流動從而在不同的 生產線上采用相近的配料方案，但不一定能取得相 近的結果，從而給人的感覺是生產好的裝備和管理 水平很高，而生產差的就是裝備和管理有問題。當 然，裝備和管理水平的確是一方面的原因，但有很 大一部分原因還是原材料改變了，但配料方案改變 不大造成的。
我們期望能生產出高品質熟料，但易燒性差 的生料往往不能得到或是很難達到理想的煅燒效 果，熟料的質量及其穩定性波動較大，熟料的結晶 達不到理想狀態，這反而會降低熟料質量。為提高 熟料強度，很多質量控制人員不斷地提高KH和SM的控制值，這又會造成易燒性進一步變差，質量更 不好，從而進入惡性循環，產量質量的波動和熱工 制度的不斷調整又進一步提高了能耗和生產成本，從而使企業長期在高能耗水平下生產。這種問題很 隱閉，不容易發現，我們質量控制人員只是按正常 水平控制，沒有提高要求，燒制不出合格的熟料，這就會把責任推給設備或操作人員，于是改造設 備，于是換人，但總是不能如愿，問題依舊存在。
配一庫好料，這是每個質量控制和燒成中控 的目標和期望，什么是好料？以什么為標準才能稱 為好料？易燒性好且能經濟地生產出髙品質水泥熟 料的生料才是好料，而并非僅僅只是易燒性好或是 可能會生產出高質量熟料的料�，F實生產中，為提 高水泥熟料質量，對配料和原料的選擇都以可能會 生產出高品質熟料為目標，但是這也僅僅是可能，實際是否能或是否能經濟地燒出髙品質熟料往往被 質量控制者選擇時忽視。從根本上講，要重視水泥 熟料品質，更要重視熟料易燒性，不好燒的生料很 難經濟地生產出高品質的熟料，這是必須堅持的邏 輯。
2 重視原料的選擇
近年來，國內水泥廠大規模擴張，在原料選 取上往往不能做到特別全面，在建廠初期，大部分 業主關注的是能不能燒成熟料，能不能用，只是簡 單地考察就確定了配料方案，甚至出現將石灰石礦 點選取在以白云石為主的礦床周邊的情況，這種情 況并不是個案。
2.1石灰石原料
實際生產中，石灰石礦點一般不能改變，能 做的大約只是對開采方案進行優化，基本上不能選 擇。但是，好的石灰石礦現在已經是重要資源，在 開發利用時要注意同其它劣質原料搭配，最好不要 也沒必要只采用優質石灰石，應合理地將優質石灰 石的作用發揮到最大�，F在許多水泥企業利用礦石 資源發展骨料生產項目，需要注意的是利用優質石 灰石作骨料是對資源的浪費，有必要對此進行遠期 規劃。對石灰石原料要求一定要相對穩定，為生料 配料合格率提供前提保障。
結晶態越好的石灰石的易燒性和易磨性都比較差, 從這一點上來說，白堊等泥灰巖的易燒性一般較好也 是 艙 實 際 紀 倩 況 的 。越純的石灰石礦體其實本質上對水泥生產并不有利，因為純就意味著晶體發育 越完全，難磨也難燒；另一方面，含一定量雜質的 石灰石的易燒性反而較較純的石灰石好，因此低 質石灰石在含結晶桂不高時更有利于提高生料的易 燒性。
高鎂石灰石的利用也要特別注意，首先必須 要有完備的礦山開采計劃，保持礦山開采出來的原 料成分的穩定，并將鎂含量控制在一個相對合理的 區間內，否則會造成后期礦山無優質石灰石搭配；其次，要配備石灰石預均化堆場，保證人磨石灰石 成分的相對穩定，為后續操作提供MgO含量相對穩 定的生料，以穩定窯的熱工制度；再次，必須要有 與之相適應的配料方案，但不要教條地迷信文獻經 驗，可以適當試驗。
由于石灰石是水泥生產的主要原料，一般與 廠址選擇相關聯，因此，可選余地較小，只有做合 理的礦山開采方案或是外購部分石灰質原料平衡生 產，但多少還是可以做一些有益的工作。
2 . 2 硅質和硅鋁質原料
硅質和硅鋁質原料是水泥生產的重要原料，一般也在建廠時選定，但硅質和硅鋁質原料礦山規 模一般不大，為了調整配料方案實現更低的能源消耗，有全部或是部分替換的可能性。
硅質和硅鋁質原料是影響熟料易燒性的重要 原料，要特別關注硅質原料中的結晶硅及結晶硅晶 體的尺寸。結晶硅含量高的硅質原料，一般來說所 配的生料易燒性不會太好，粉磨也比較難，不是好 用的硅質原料，如以此作為生料配料的主要硅質原 料，不是特別妥當，一般建議更換硅質原料或改作 硅質校正原料。結晶硅含量高又無硅質原料替代 時，也要從其晶體尺寸大小上進行適當選取，盡 可能選取晶體尺寸小的硅質原料，可適當改善生料 的易燒性和易磨性�？梢赃m當擴大桂質原料的選取 范圍，包括一些廢料和廢渣。
其實硅質或是硅鋁質原料可以利用部分低品 質原料，以低品質硅鋁質原料為主搭配少量含硅高 的物料配料生產水泥熟料，同樣可以獲得易磨性或 是易燒性較好的生料。
硅質和硅鋁質原料要特別注意其所含的有害 成分K、Na、Cl-情況，這是影響水泥熟料生產系統 穩定性的重要因素，可適當控制其在生料中的含量 或是采用旁路放風系統。
2.3鐵質和鐵鋁質校正原料
鐵鋁質原料方面，目前大部分利用廢礦和廢 渣，這些廢棄物往往含有一定的雜質金屬，有可能 會對生料的易燒性產生影響，雜質金屬的存在大 部分會對易燒性產生好的影響，但也往往會導致液 相量提前出現，影響燒成系統的穩定運行，需要予 以關注。
此外，鐵質原料由于用量較少，沒有特別的 預均化措施，不可多礦點混合采購，否則會導致原 料配料困難。
2.4原料選擇要考慮生料易磨性和硫的含量
實際上，原料配料除了要強調生料易燒性 外 ，還有兩個比較重要的問題， 一 是生料的易磨 性，二是硫的含量。
在易磨性上主要要關注各種物料的易磨性差 異對人窯生料穩定性的影響，在生料混合粉磨時，難磨的物料在生料混合料中的顆粒尺寸相對要大一 些，在旋風收塵器中更容易被收集下來，這時C1筒 出口的飛灰中的相對容易粉磨的物料就更容易被氣 流帶走，從而影響入均化庫的物料成分的穩定，特 別是在生料磨開停之間變換時，這種影響將會達到 最大， 對窯系統的熱工穩定性影響比較致命。這個 問題一般采用增加窯灰倉的方式解決，除了增加系統復雜程度以外，窯灰直接入窯一般也會由于計量 不精的情況對窯況產生影響，增加窯灰倉只是一個 緩解手段而已，如果能在原料有所選擇的情況下適 當更改，則這種情況基本上可以杜絕。
廢氣中的S02主要來自石灰石中的S含量，這 就要求我們在選擇石灰石礦山時有所考慮。在礦山 已定無法改變時，我們只能在生產環節采取措施。在超標不嚴重時可采用在線噴熱石灰粉的形式，如 比較嚴重，則多以采用專業的脫硫措施才能解決，這些都會額外增加生產成本。華潤水泥（金沙）有 限公司利用堿渣參與配料生產水泥熟料實現節能降 耗減排的實踐經驗值得我們推廣。
3 關于生料配料方案的選擇問題
生料配料方案關系到燒成系統能耗水平。好 的配料方案不但能得到易燒性好、易磨性好的生 料，還能生產出符合要求的優質熟料，從而能使系 統的能耗水平有一個明顯的提高。
3.1配料方案的選取
一般地，水泥廠配料方案的選取以得到合格 的熟料為目的，以提高易燒性為原則，從根本上降 低水泥熟料的燒成難度和熱耗水平，達到低耗、高 質、高產的生產效果。
從水泥國家標準GB175-1999實施以來，國內 預分解窯水泥生產線一直都被建議采用“雙高一 中”的率值配料方案，即高KH、高SM和中IM，一 般認為能較容易得到高質量的熟料，隨市場上混凝 土攪拌站越來越成為主要使用水泥的對象后，一些 水泥廠也采用了低IM方案來配料，但總的來說，為了得到高強度熟料，一些水泥廠的KH、SM則是 越來越高。
KH 高 ，熟料中硅酸鹽礦物中的C3S越高，而 SM越高則熟料中的硅酸鹽礦物總量就越高，從本 質上熟料的早期強度會上升，但另一方面，高KH及SM都會使生料的易燒性變差，熟料的燒結范圍 會變窄，燒成溫度也要求較高，從而推高熟料能耗 并增加了燒成難度。在燒成狀況比較差時，熟料合 格率下降，從而又使熟料質量下降，達不到高質高 產的效果，還増加了能耗，很不經濟。
IM反應的是熟料中鋁酸鹽礦和鐵鋁酸鹽礦物 的比例，在燒成上， 越低，原則上燒成范圍越 窄，不利于熟料燒成，但近年來的實踐表明，這種 低熟料在預分解窯水泥生產中并沒有太大的難 度 ，影響不大，建議在條件合適時可以適當降低IM ，對水泥在混凝土中使用時更有利。本質上來 說，筆者認為，提高IM不利于水泥品質的提高，對水泥的耐久性也不利，對早強也有影響，不適宜 提高，建議控制在1.4以下。
從具體的控制上，我們認為熟料的結晶狀態 應該是判斷熟料質量的重要因素，提高熟料合格 率，燒成顆粒大小相對均勻的熟料，一般質量不會 太差，早期濕法窯燒成系統以中KH 、低SM 和中IM 配料也能獲得高品質熟料，說明熟料礦物組成雖然 是影響熟料質量的重要因素，但熟料的燒成質量也 同樣是一個不可忽視的因素。熟料燒成研究發現：技術可行的限度內，KH 、SM 和IM 越低，成分顆粒 尺寸越小，物料越容易燒成。因此有條件的情況 下，適當調低KH或SM 是一條改善生料易燒性并降 低能耗的有效途徑，不應迷信已有規律。
3 . 2 配料方案的調整
實踐說明，提出一個符合或是接近所有原料 都適應的控制方案是很難的，在利用特定原料進行 配料時要根據實際情況適當調整配料方案，在同一 配料方案下原料改變往往會引起易燒性的變化。因 此，因地制宜、大膽實驗是獲得最佳配料方案的重 要途徑。
舉以下兩個實例說明：
A廠為5 000 t/d熟料生產線，采用高鎂石灰石 作原料，MgO含量在5%左右，初期采用1KH=0 . 9 3 、SW =2.5、IM =1.5方案配料，由于高鎂原料的存 在，使得窯況極其不穩定，質量波動大，熟料結 粒情況極差，大塊及細粉占很大比重，熟料28 d強 度一般為54~56 MPa, 產量長期運行在5 000 t/d左 右。調整時，先采用高5M 高iM 配料，未能改善狀 況；于是改為KH=0.88、SM =2.3、IM =1.4方案配 料，產量穩定在5 800 t/d 以上，熟料結粒情況極大 改善，熟料28 d強度也達到了56 MPa，生產穩定高 效。
以上改進方案僅以改善熟料易燒性為目的，降低燒成難度，改善熟料結粒狀況，取得了良好效 果，在質量達到預期的情況下，提高了產量，穩定 了窯熱工制度，為高產高效創造了條件。
B廠為5 000 t/d熟料生產線，采用硅質原料中 結晶硅含量較大，硅質原料易磨性明顯較差，采 用似KH=0.93、SW =2.3、IM =1.5方案配料，由于在同 集團其它廠使用，熱耗較低、產質量較好，是效果 很好的配料方案，熟料28 d強度達60 MPa以上，高產穩定。但該方案在B廠應用不是很好，盡管 能穩定生產在5 800 t/d左右，但熟料28 d強度只有 56~58 MPa，熱耗很高。
從結果上來看，同一方案在其它廠有效地降 低了熱耗，說明在此方案下原廠的易燒性好，效果 也好；但直接利用于B廠后，由于原料變化，易燒 性也相應改變，熱耗上升也是必然結果。從以上兩例可以看出，A廠中前面兩個方案都 是別廠試驗成功的案例，但利用于本廠卻不適應，B廠復制配料方案但效果不理想，都充分說明，配 料方案不是定案，要因地制宜，對不同的原料作不 同的方案，不能一成不變。筆者以為，成功的配料 方案應以熟料質量為最終目的，以最大可能地提高 易燒性為原則，就不同的原料做不同的選擇，才 可以取得預期目的。同時，高品質熟料的經濟效 益是否最大也是一個必需考量的問題，熟料強度 提高2 MPa，對產量是否有影響？熱耗是否上升較 大？都是質量控制人員需要思考的問題。
4 結束語
原料和配料是影響熟料熱耗的重要方面，在 成本相同的情況下，適當地調整原料，改善生料配 料方案是最經濟的改善系統能耗的手段，合適的原 料方案和好的配料方案不但能得到易燒性好、易磨 性好的生料，還能生產出符合要求的優質熟料，從 而能使系統的能耗水平有一個明顯的改善。因此我 們必須重視原料的選擇，尤其是建廠之前對礦點的 選擇，在礦點不能改變時，要重視原料的科學開采 和使用；我們不能迷信已經成功的配料方案，以節 能降耗為中心的生產中，調整方案大有作為，大有 成效。
