产业峰会 | 齐砚勇：烧成系统操作方法改进可促进水泥行业绿色发展
3月28日上午，由中国水泥网主办的“第十三届中国水泥产业峰会”顺利召开。西南科技大学副教授 齐砚勇为峰会带来了以《碳减排背景下烧成系统操作方法》为主题的精彩报告。
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引言
表1 原燃料的化学成分 %
表2 混合料的化学成分 %
表3 混合料的化学成分 %
表4 生料(1)的化学成分 %
表5 混合料的化学成分 %
表6 生料(2)的化学成分 %
表7 生料的化学成分 %
生料配料计算的方法很多，常用的有代数法、图表法、尝试误差法及率值公式法等，计算过程较为复杂、繁琐。利用配料计算机进行配料计算方便、快捷，但它适应不了原燃材料品种日渐增多的要求，特别是在掺加复合矿化剂、晶种等后，更显示出它的局限性。笔者在实际工作中不断探索，根据本厂实际创立了混合料法配料计算方法，并成功地应用于生产控制过程，取得了明显的效果。
1 混合料法配料计算的原理
2种原料以一定比例混合可满足一个特定要求A，如石灰石和粘土以一定比例混合可以满足KH值的要求，而2种混合料再以一定比例混合可满足另一特定要求B，且同时也能满足特定要求A，即3种组分配料可满足2项特定要求，以此类推，可逐步应用混合料法来满足所有的配料要求，值得注意的是，n组分配料最多只能满足(n-1)项要求。在进行水泥生料配料计算时，先按重要程度排列出需要满足的配料要求，然后用混合料法去一一满足，即可计算出满意的配料方案。
2 混合料法配料计算过程
现以新乡建材厂的生产实例说明混合料配料的全过程。
2.1 原燃料的有关数据
配料计算所需的原燃料化学成分见表1。
|
物料名称 |
Loss |
CaO |
SiO2 |
Al2O3 |
Fe2O3 |
MgO |
F- |
SO3 |
|
石灰石 |
38.63 |
49.00 |
7.05 |
2.06 |
0.87 |
1.01 |
|
|
|
粘土 |
10.49 |
6.56 |
60.30 |
12.60 |
5.15 |
2.03 |
|
|
|
铁粉 |
3.81 |
7.36 |
13.73 |
8.00 |
59.56 |
1.61 |
|
|
|
萤石 |
6.07 |
26.81 |
43.04 |
5.64 |
1.74 |
0.30 |
16.40 |
|
|
石膏 |
17.62 |
30.49 |
9.72 |
2.20 |
0.69 |
0.60 |
|
36.58 |
|
煤灰 |
|
8.04 |
48.07 |
23.79 |
13.99 |
1.77 |
|
|
|
煤 |
71.49 |
2.29 |
13.70 |
6.81 |
3.99 |
0.50 |
|
煤的灰分:A=28.51%；
煤的发热量:Q=22550.22kJ/kg。
2.2 常规生料(1)的混合料法配料计算
常规生料中不掺加复合矿化剂、晶种等，原燃料选取石灰石、粘土、铁粉和煤4种，要求满足KH=0.93±0.02，n=2.1±0.1，P=1.5±0.1，熟料热耗q=4100±50kJ/kg。
2.2.1 考虑满足KH=0.93
用石灰石分别与粘土、铁粉和煤配制成混合料A、混合料B、C，使其满足KH=0.93。
计算过程:
设掺入量为x的石灰石与掺入量为(1-x)的粘土混合后制得混合料A可以满足KH=0.93的要求，则有:
解之得，x=86.530%
即86.530%的石灰石与13.470%的粘土混合可得混合料A，满足KH=0.93。
同理可得:69.860%的石灰石与30.140%的铁粉混合可得混合料B，满足KH=0.93；63.076%的石灰石与36.924%的煤混合可得混合料C，满足KH=0.93。
混合料A、B、C的化学成分见表2。
|
混合料 |
Loss |
CaO |
SiO2 |
Al2O3 |
Fe2O3 |
MgO |
KH |
|
A |
34.840 |
43.284 |
14.222 |
3.480 |
1.446 |
1.147 |
0.93 |
|
B |
28.135 |
36.449 |
9.063 |
3.850 |
18.559 |
1.191 |
0.93 |
|
C |
50.763 |
31.753 |
9.506 |
3.814 |
2.022 |
0.822 |
0.93 |
2.2.2 考虑满足n=2.1
用混合料A分别与混合料B、混合料C配制成混合料D、混合料E，使其满足n=2.1。
计算过程:
设掺入量为y的混合料A与掺入量为(1-y)的混合料B混合后制得混合料D，可以满足n=2.1，则有:
解之得，y=90.740%
即90.740%的混合料A与9.260%的混合料B混合制得混合料D，满足n=2.1。
同理可得，41.491%的混合料A与58.509%的混合料C混合制得混合料E，满足n=2.1。
混合料D、E的化学成分见表3。
|
混合料 |
Loss |
CaO |
SiO2 |
Al2O3 |
Fe2O3 |
MgO |
KH |
n |
|
D |
34.219 |
42.651 |
13.744 |
3.515 |
3.031 |
1.151 |
0.93 |
2.1 |
|
E |
44.156 |
36.537 |
11.463 |
3.676 |
1.783 |
0.957 |
0.93 |
2.1 |
2.2.3 考虑满足熟料热耗q=4100kJ/kg
将混合料E看作是高灰分的煤，经计算，混合料E的发热量为QE=4871.72kJ/kg。
设将掺入量为z的混合料E与掺入量为(1-z)的混合料D混合进行配料可满足要求，则有:
4871.72z=4100×〔(1-0.44156)z+(1-z)(1-0.34219)〕
解之得，z=51.088%
即51.088%的混合料E与48.912%的混合料D混合可满足熟料热耗q=4100kJ/kg。
2.2.4 验证
将混合料配合比还原成各种原燃料配合比，配料计算结果见表4。
|
物料名称 |
配比 |
Loss |
CaO |
SiO2 |
Al2O3 |
Fe2O3 |
MgO |
|
石灰石 |
78.765 |
30.427 |
38.595 |
5.553 |
1.623 |
0.685 |
0.796 |
|
粘土 |
8.833 |
0.927 |
0.579 |
5.326 |
1.113 |
0.455 |
0.179 |
|
铁粉 |
1.365 |
0.052 |
0.100 |
0.187 |
0.109 |
0.813 |
0.022 |
|
煤 |
11.037 |
7.890 |
0.253 |
1.512 |
0.752 |
0.440 |
0.055 |
|
生料 |
100.00 |
39.296 |
39.527 |
12.578 |
3.597 |
2.393 |
1.052 |
|
熟料 |
65.114 |
20.720 |
5.925 |
3.942 |
1.733 |
KH=0.93，n=2.1，P=1.5，熟料理论热耗q=4100kJ/kg，符合配料要求。
2.3 掺有复合矿化剂的生料(2)混合料法配料计算
要求满足KH=0.93±0.02，n=2.1±0.1，F-/SO3=0.5，熟料热耗q=4100±50kJ/kg。
2.3.1 考虑满足F-/SO3=0.5
设掺入量为x的萤石与掺入量为(1-x)的石膏混合可制得混合料F，满足F-/SO3=0.5，则有:
2.3.2 考虑满足KH=0.93
设掺入量为y的石灰石与掺入量为(1-y)的混合料F混合可制得混合料G，满足KH=0.93，则有:
解之得，y=64.787%
即64.787%的石灰石与35.213%的混合料F混合配制成混合料G，可满足此项要求，混合料G的化学成分见表5。
2.3.3 考虑满足n=2.1
将掺入量为z的混合料B与掺入量为(1-z)的混合料G配制成混合料H，可满足n=2.1，则有:
解之得，z=14.223%
即14.223%的混合料B与85.777%的混合料G混合配制成混合料H，可满足此项要求，混合料H的化学成分见表5。
|
混合料 |
Loss |
CaO |
SiO2 |
Al2O3 |
Fe2O3 |
MgO |
F－ |
SO3 |
|
F |
11.531 |
28.550 |
27.287 |
4.013 |
1.243 |
0.442 |
8.646 |
17.295 |
|
G |
29.087 |
41.799 |
14.176 |
2.748 |
1.002 |
0.810 |
3.045 |
6.090 |
|
H |
28.952 |
41.038 |
13.449 |
2.905 |
3.499 |
0.864 |
2.612 |
5.224 |
2.3.4 考虑满足熟料热耗q=4100kJ/kg
设将掺入量为x的混合料E与掺入量为(1-x)的混合料H混合，可满足此项要求，则有:
4871.72x=4100〔(1-0.44156)x+(1-0.28952)(1-x)〕
解之得，x=53.010%
即将53.010%的混合料E与46.990%的混合料H混合，可满足熟料热耗要求。
2.3.5 验证
将混合料配合比还原成各种原燃料配合比，配料计算结果见表6。
|
物料 |
配比 |
Loss |
CaO |
SiO2 |
Al2O3 |
Fe2O3 |
MgO |
F－ |
SO3 |
|
石灰石 |
69.377 |
26.800 |
33.995 |
4.891 |
1.429 |
0.604 |
0.701 | ||
|
粘土 |
2.963 |
0.311 |
0.194 |
1.787 |
0.373 |
0.153 |
0.060 | ||
|
铁粉 |
2.014 |
0.077 |
0.148 |
0.277 |
0.161 |
1.200 |
0.032 | ||
|
萤石 |
7.483 |
0.454 |
2.006 |
3.221 |
0.422 |
0.130 |
0.022 |
1.227 | |
|
石膏 |
6.711 |
1.182 |
2.046 |
0.652 |
0.148 |
0.046 |
0.040 |
2.445 | |
|
煤 |
11.452 |
8.187 |
0.262 |
1.569 |
0.780 |
0.457 |
0.057 | ||
|
生料 |
100.000 |
37.011 |
38.651 |
12.397 |
3.313 |
2.590 |
0.912 |
1.227 |
2.445 |
|
熟料 |
61.362 |
19.681 |
5.260 |
4.112 |
1.448 |
1.948 |
3.898 |
KH=0.93，n=2.1，P=1.28，F-/SO3=0.5，熟料理论热耗q=4099.84kJ/kg，满足配料要求。
2.4 满足生料中F-=0.50%生料的配料计算
将生料(1)与生料(2)按一定比例混合。为使生料中F-=0.50%，则生料(2)的配比应为:
0.5/10227=40.750%
将生料(1)、(2)的配比还原成各种原燃料配合比，配料计算结果见表7。
|
物料 |
配比 |
Loss |
CaO |
SiO2 |
Al2O3 |
Fe2O3 |
MgO |
F－ |
SO3 |
|
石灰石 |
74.940 |
28.949 |
36.72 |
5.283 |
1.544 |
0.652 |
0.757 | ||
|
粘土 |
6.441 |
0.676 |
0.423 |
3.884 |
0.812 |
0.332 |
0.131 | ||
|
铁粉 |
1.629 |
0.062 |
0.120 |
0.224 |
0.130 |
0.970 |
0.026 | ||
|
萤石 |
3.049 |
0.185 |
0.817 |
1.312 |
0.172 |
0.053 |
0.009 |
0.500 | |
|
石膏 |
2.735 |
0.482 |
0.834 |
0.266 |
0.060 |
0.019 |
0.016 |
1.000 | |
|
煤 |
11.206 |
8.011 |
0.257 |
1.535 |
0.763 |
0.447 |
0.056 | ||
|
生料 |
38.365 |
39.172 |
12.504 |
3.481 |
2.473 |
0.995 |
0.500 |
1.000 | |
|
熟料 |
63.555 |
20.287 |
5.648 |
4.012 |
1.614 |
0.811 |
1.622 |
KH=0.93，n=2.1，P=1.41，生料中F-=0.50%，F-/SO3=0.5，熟料理论热耗q=4099.91kJ/kg，满足配料要求。
3 讨论
1)混合料法配料计算比较直观、简便，易于掌握，配料计算结果准确。
2)本例包括常规生料配料计算和掺有复合矿化剂的生料配料计算，如只采用复合矿化剂进行配料，计算过程将更为简单，掺晶种配料时也可用该方法。
3)混合料法配料计算不仅使配料计算过程更为优化，且为生料的质量控制方法改进作出了初步尝试，如可以在保证某些关键因素符合配料要求的情况下，随时调整相关控制参数，以保证配料方案的实施，而传统的生料质量控制方法则很难达到这一要求。
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