一、低煤耗快燒法的形成和意義
　　低煤耗煅燒泛指采用盡可能低的煤耗燒成水泥熟料。立窯上是指標準煤耗低于120kg/t（最低可達100～90kg/t以下）；熟料單位截面積產量≥1800kg／m2?h的水平。低煤耗煅燒的想法始于1976年立窯用8370kJ/kg的石煤作燃料，以115kg/t煤耗（熱工測定為3348kJ/kg）燒成水泥熟料。當時用石煤代替全部粘土，石煤灰熔點(<1350℃)比粘土熔點(1400～1560℃)低，煤中含硫化鐵和煤灰中V、B等微量元素的礦化能力形成易燒物料,料球粒徑<8mm（當時指等球徑料球）和每班出料從6～8次增加到9～12次形成模擬機立窯煅燒。這是早期的低煤耗快燒實踐。
　　1990年浙江諸暨用尾礦和低鈣石配料、全黑生料小料球煅燒獲得優質高產低煤耗的效果，提出低煤耗快燒。這是符合優質熟料快速形成規律的燒法，它可以將易燒料用快燒的方法獲得較好的技術和經濟效益。
　　在研究實施新標準達標中的問題和對策時，低煤耗快燒正是解決達標問題的適用技術。
二、低煤耗快燒的方法
　　在少投資、基本不動設備的前提下，實施低煤耗快燒有3個重點。
1、調整原料結構
（1）基本觀念
　　傳統原料(高鈣石灰石、粘土)具有高分解點、高熔點、高粘度、低潛能等特點，因此是高能耗料。
　　針對這種高能耗開發的礦化劑技術，例如硫（S）型礦化劑石膏（CaSO4）、重晶石（BaSO4），主要用來降低石灰石分解溫度；氟（F）型CaF2、KF、NaF等主要用來對付粘土中惰性的SiO2，以提高溶解度和降低粘度；鋇（Ba）型礦化劑促進熟料礦物改性。但這些礦化劑由于自身性質所限，不能大劑量摻入，因而效果有限；氟類礦化劑還會對空氣造成污染。此外，這些礦化劑由于產量少、價格較貴，使得成本增加，并且對旋窯的長期安全運轉還會有影響。
　　傳統原料不僅易燒性差，易磨性也較差。從地質學觀點看應對傳統原料進行如下改進：
　　①用低鈣石灰石代替高品位石灰石；
　　②用工業渣代替粘土；
　　③以廢渣化代替礦化劑。
　　調整原料結構就是要從高分解點、高熔點、高粘度、低潛能的高能耗傳統原料轉化為低分解點、低熔點、低粘度、高潛能的低能耗傳統原料、轉化為低分解點、低熔點、低粘度、高潛能的低能耗料。
　　燒水泥抓兩個要點：硅活性，共熔點。
　　方向：尋找新原料，應用活性硅。用工業渣代土，從利廢轉化為環保。
　　粘土巖礦化的巖礦是指無資源價值的巖石如輝綠巖、變質片巖、高鈣矽卡巖和不能利用的低品位礦石及采礦圍巖（如煤矸石）。尾礦實際上也是一種巖礦，其熔點低，礦物組成復雜，有地質物理化學潛能，具有促熔、促燃和熱激發作用，又有燒水泥所需的化學成分，可以代鈣、代鐵、代土(硅鋁)。巖礦不僅是燒水泥的新型原料，有些還是很好的混合材料，如玄武巖、沸石巖、酸性巖漿噴出巖等。
　　低煤耗快燒主要是利用未經過煅燒的巖礦，如尾礦、煤矸石等。經過煅燒的工業廢渣如沸騰爐燒煤矸石、增鈣液態渣、粉煤灰等含炭量低于3％的則以作混合材為宜。
（2）配煤的重要性
　　對于不同原料，配煤過多和不足都會影響產質量。對難燒料配煤不宜過少，易燒料配煤則不宜過多。據計算，降低配煤可以提高硅酸鹽礦物含量。因此，配煤是配方的關鍵之一。
　　分析計算結果：在保持KH相同時，減煤后C3S＋C2S含量提高；減鐵、提高KH，C3S＋C2S
含量進一步提高。這種辦法可稱為就料論方，即利用現有原料調整配方提高強度。這里的配煤只考慮了管理水平的提高，采用130kg/t.cl。在有條件的地方，應該研究更主動的就方論料，根據應用需要的配方(例如要早強，選三高率值方案)去選用適用、易燒的原料，特別是工業廢渣。對于立窯，因為可以利用全黑生料配料，具有成分正確（能燒高KH料）、高溫煅燒（實測可達1500～1600℃以上，高溫下液相量大、黏度低，不怕鐵低）、快速燒成、適于利廢的煅燒特點。從而取得節煤、利廢、提高質量的綜合效益。由于立窯適于燒難燒且耐燒的高KH料，因而可以提高CaO含量，保證有重金屬物料時仍可保持高強度。
　　當前大多數立窯廠的通病是冷卻不理想，而配煤適當可以保證快冷、提高強度，快燒是低煤耗料相應的燒法。因此，節煤不僅是為了達到降低成本和減少二氧化碳排放的目的，而且是實現優質高產的方法。
2、改進煅燒方法
　　低煤耗料（含煤量適當）形成熱低，快燒形成熱更低，因而是節能的煅燒方法。小料球煅燒保證了快燒快冷從而實現低煤耗燒成。例如立窯用尾礦配料、全黑生料快燒。尾礦作水泥原料的研究和應用始于“石煤鉛鋅礦銅礦尾礦燒制特種水泥—機立窯燒成節能新技術”。在浙江諸暨應店街水泥廠應用銅尾礦、墨城水泥廠應用鉛鋅礦尾礦，去掉石膏、螢石、鐵粉，改變原料構成。最簡單時為低鈣石灰石、尾礦、煤三組分配料。為了將尾礦中的重金屬利用好，配高KH料（達0.98～1.0）。用全黑生料低煤耗（比原來130kg/t降低10％～20％）小料球(以Φ3～7mm粒徑占70％以上小而勻的料球，比1976年時用等球徑料球、粒徑<8mm進了一步)快燒法，產量提高10％～20％，燒成28d抗壓強度可達55～63MPa的熟料，生產425＃、525＃普通以至375＃快硬水泥。該成果1991年分獲浙江省、煤炭部科技進步一、二等獎，被國家科委列為國家級科技成果重點推廣計劃項目。用銅、鐵、錫、鉛、鋅、鉬、金礦等尾礦，在浙、湘、蘇、皖、粵、桂、魯、冀、遼、蒙、贛不同大小的幾十臺立窯和濕法回轉窯、帶預熱發電的中小型干法窯上推廣應用，獲得了顯著效益。對提高質量實施新標準、利用廢渣、保護環境具有重要意義。
　　采用以上技術要注意的是：（1）保持原料均勻，這是配準生料的前提。廢渣成分波動大時必須采取預均化措施。圓庫的建筑利用系數最高，利用物料經庫和多庫搭配就有均化作用。（2）配準生料，確保實現配料方案。通俗地講：強度的一半是配出來的；（3）控制料流穩定，這是成好料球、穩定底火的保證。
3、低煤耗快燒的發展
　　應用低鈣石灰石、尾礦易燒原料，可調整原料結構（—配方）。采用小料球快燒，加快料球燒成速度同時也加快了冷卻速度，是改進了煅燒方法（—燒法）的效果。用低鈣石灰石配料，fCaO低。因為溫度高即化合、低溫輕燒又無大礙，不象高鈣石灰石每一粗顆粒就能形成一堆fCaO。fCaO少、安定性好，這也是敢于少加煤的一個因素。采用低煤耗快燒的廠多年來生產中從未有過噴窯情況，立窯操作安全、輕松，說明低煤耗煅燒本身就是安全措施。關鍵是減煤去掉了架窯的禍根。由于熟料好磨，水泥磨電耗減少20％以上，噸水泥綜合電耗降至80kWh以下，實現了水泥廠全線節能的目的。
　　銅尾礦等原料中含有少量含氧礦物的氧，在煅燒時能與煤形成里應外合的整體煅燒、促進化合，可謂巖礦供氧。這可以從窯面取出半熟料球的剖面是里熟外生，說明尾礦中的含氧礦物與生料中的炭形成熱反應；尾礦配料煅燒時熱工測定的廢氣熱損失低，說明與空氣供氧必然伴隨79％氮的情況不同，因而熱損失減少。筆者研究晶種技術機理，也與含氧礦物有關。晶種技術在推廣中的問題就在于沒有用低煤耗快燒，實際用煤量多、形成過燒所致。將沉降灰均勻加入生料，僅此一舉強度提高3MPa～5MPa、產量提高3％～5％。還可減少部分郝氏反應帶來的化學熱損失，使總熱耗低于半黑生料。現在用濕法旋風凈化解決收塵、脫硫，收塵漿必須使用，立窯收塵漿是生料、生燒料、熟料的粉塵加上水所組成。利用收塵漿含有氫氧化鈣可以脫部分硫，兼有晶種的作用，可謂一舉兩得。進一步改進通風方式、如采用腰風，提高空氣中氧的利用率和布風均勻性，煤耗將會更低。對于西部地區海拔高、氧含量低的地方，這種燒成方法更為適用。
　　采用節能型配套窯襯　節能型窯襯是一種高效新型隔熱窯襯，采用該窯襯后綜合經濟效益顯著。這種窯襯因投資少、見效快、實用性強，已成功地應用于多項水泥窯綜合節能工程。該窯襯具有以下功效：（1）降低熟料熱耗，節能顯著；（2）降低窯體表面溫度，無須采用外保溫措施；（3）增加臺時產量；（4）提高熟料質量；（5）結構穩定可靠，保溫效果持久、使用壽命長。河北唐山遷西水泥廠（立窯）的節能型配套窯襯已用兩年多。能夠如此長期應用，這一點目前的旋窯都趕不上。在立窯上應用后不僅降低煤耗、而且減少了斷面溫差、提高熟料均勻性，形成改善煅燒條件等一系列優點。這對發揮立窯能用劣質煤、低煤耗、就近利廢特長并轉化為環保產業具有積極的作用，是低煤耗燒成的必要配套技術。
4、低煤耗快燒應用實例
（1）高鈣石灰石＋煤渣＋尾礦
　　江西貴溪市水泥廠，原來用的CaO50％的石灰石粘土＋沸騰爐渣＋鐵粉＋石膏＋螢石福建煤，配煤12.5％。石灰石無法改動，用成因法Si質原料選用弋陽縣基性巖銅尾礦＋鍋爐煤渣＋原來的煤進行匹配，鍋爐煤渣有殘炭發熱量2508kJ/kg　配入3％，總的配入熱量近125.4kJ/kg銅尾礦熔化溫度1100℃，硫化物尤其FeS2在20％～25％，化學潛能高，氧化力強。考慮這種潛在因素，把實際配煤量降到6.0％，煤配入熱量為2090kJ/kg熟料，把煤渣熱量加上，也只到2215.4kJ/kg，取得很突出的低煤耗燒成結果。
（2）海南蘭洋水泥廠，原來用CaO45％～48％石灰石＋粘土＋鐵礦石＋石膏螢石＋越南煤。石灰石無法改動，用當地玄武巖石碴粉末代掉粘土、鐵粉，稍加一點螢石(主要是要求活化石灰石中的SiO2)，六組分配料改成四組分配。結果，在質量比原來提高的前提下配煤從10.5％降到7％，降低33.3％。3年來都是海南有名的低煤耗廠。
（3）低鈣石灰石＋尾礦
　　廣東連州市水泥廠原來用石炭紀CaO53％高品位石灰石＋粗石英砂的粘土＋水淘鐵礦石(Fe2CO3)＋螢石、石膏＋煤，燒成熱耗5016.0～5852.0kJ/kg。用CaO33％～34％、沸騰分解點822.5℃的泥灰巖代替部分高品位石灰石，用鄰縣的連南縣高硫化鐵的銅尾礦(加3％～5％)代替粘土和礦化劑，結果月平均燒成熱耗最低降到2428.4kJ/kg熟料，煤耗降低一半多。熟料從此穩定，強度提高。產量從原來7.0t/h提高到14.0t/h以上（Φ3×10m窯，磨損較大）。
（4）磷渣＋煤渣
　　貴州省福泉軍民水泥廠，用當地磷渣＋煤渣代掉SiO271％的粘土，煤耗從180kg/t熟料降到125kg/t熟料。產量原來是5.5t/h提高0.5～1.5t/h（9％～27％）；熟料強度（28d抗壓）從平均55MPa提高到62MPa（老標準）。
（5）其他巖礦
　　甘肅白銀市銀城水泥廠，用當地礦場輝綠巖廢石渣代替粘土，降低煤耗25％、產量提高15％。新疆布爾津縣水泥廠，兩臺小旋窯，原來用CaO46％－50％石灰石＋粘土＋銅渣（鐵）＋礦化劑＋煤。把粘土改用黑色頁巖，SiO2顆粒細，有發熱量，結果煤耗降低18％，產量提高了20％。新疆阿勒泰市水泥廠，把粘土改用低熔點的中性巖漿噴出巖——安山巖，煤耗也降低17％，熟料強度從平均60MPa提高到66MPa。
5、低煤耗快燒實現可持續發展
　　從應用低鈣石灰石、工業渣和巖礦原料的節能實例說明：不論立窯或旋窯，用來代土后都有顯著的節煤、高產效果。筆者的體會是立窯上的效果更好。研究其機理，是因為立窯煅燒的特長——燒黑生料、高溫煅燒、反應迅速、適于利廢。黑生料將煤灰全部轉化為熟料組分，煤灰熔點低和微量元素的礦化作用都得到利用，利于配高KH料、有足夠的CaO、SiO2與重金屬化合；高溫和原燃料混合在一起保證實現快速煅燒；巖礦中的SiO2活性高、熔點低、燒成溫度低，減少了邊部溫度低形成斷面溫度不均勻造成的熟料質量波動、有利于延長窯襯壽命。尾礦是沒有經過煅燒的巖礦，已經磨細、附有浮選劑、活性更高。有的巖礦在熱反應中能夠放氧：如綠簾石2Ca2(Fe?Al)3〔SiO4〕〔Si2O7〕O(OH)在>800℃時分解為Ca3Al2〔SiO4〕(鈣鋁石榴石)＋Ca〔Al2Si2O8〕＋Fe2O3＋H2O＋O2↑，供氧與生料中的炭以至郝氏反應產生的CO起熱反應。由此可以解釋幾個尾礦配料廠熱工測定中廢氣熱損失都低于8％的原因。
　　生產水泥要用粘土，按常規計算每產1萬t水泥需熟料8500t，粘土2820t。現年產6億t水泥需粘土1.69億t。考慮已有許多不用粘土的廠，按70％的廠用土，也要1.2億t。年用如此大量粘土，如何持續發展？粘土配料難燒、煤耗高，耗用土地影響生態環境。再看另一方面：工業廢渣如1996年統計粉煤灰排出1.4億t，煤矸石1.35億t，尾礦（包括鐵尾礦）年排達到5億t。排渣占用大量土地，成為可持續發展的一個制約因素。應用工業廢渣代土不僅是水泥廠可用低煤耗快燒提高產質量和經濟效益的需要，也是合理利用資源、節能、降低排放、改善生態環境實施可持續發展的措施。
　　水泥工業從應用低品位石灰石，利廢代土、作混合材到利廢生產水泥制品(如用廢渣做水泥砌塊代紅磚，是更大的利廢代土)，可以減輕環境負荷，轉化為環保產業。立窯和濕法窯還可利用廢液、應用高硫煤。固硫轉化為水泥的有效組分，可以減少SO2排放，成為治理SO2廢氣的有效方法。
　　推薦低煤耗快燒是希望水泥廠能采用此法提高質量、降低成本、提高效益，體會到代土之必要和有利，從而大規模的從利廢轉化為環保產業、實現可持續發展。這也是水泥工業發展的戰略方向。
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