华润福龙水泥有限公司有两条5 000t/d熟料生产线，分别于2010年和2011年投产，回转窑规格均为Φ4.8 m×72 m。生产初期矿山开采为表层石灰石矿，MgO含量较低，熟料MgO含量＜3.5%，使用煤炭为本地高挥发分、高发热量烟煤。因原燃材料品质较好，设备较新，可靠性好，并未过多关注窑系统的适应性，就可以保证连续生产。之后虽经过系统优化，窑系统产质量、熟料结粒等均有大幅提升，但熟料3 d抗压强度在26~29 MPa，28 d抗压强度在50~57 MPa，波动较大，给水泥中混合材的使用添加了一些不确定因素，造成一定风险。

随后几年矿山开采的石灰石MgO含量逐渐提升，且为降低熟料生产成本，决定掺加部分品质不佳的低价中煤煅烧。原燃材料变化前后的物料分析数据见表1、表2。因中煤灰分高、发热量低，窑头火焰峰值温度低且不能集中发热，导致窑系统适应性较差。出窑熟料大块、飞砂两极分化严重，且时常出现黄心料。期间几次调整配料方案也无法适应大比例中煤煅烧，最终定为烟煤∶中煤=3∶1进行生产，但在生产过程中窑系统波动较大。原燃材料波动会造成窑热工工况恶化，窑系统稳定性差抗干扰能力较弱，出窑熟料f-CaO合格率很难达到85%以上，头煤降低至11 t/h（正常为12~14 t/h），且系统高温风机达到额定电流也无法完全避免黄心料的产生。

表2　煤的工业分析

使用MgO含量3.0%的高镁石灰石后，生料中MgO含量增大，窑上煅烧极困难，窑头二次风温低，台时产量降低，熟料中MgO含量在4.0%以上，熟料结粒两极分化严重。影响熟料结粒的因素主要是液相量、液相黏度及液相表面张力。液相量太少熟料不易结粒，太多易形成致密的大块熟料，有关资料显示当液相量在25%~28%时，对熟料结粒最有利[2]。一般来说液相黏度低，有利于CaO和C2S在液相内扩散生成C3S，也易结粒，液相黏度与温度有关，随温度上升而下降。液相表面张力越大越容易结粒，熟料结粒的大小与液相表面张力的大小有良好的线性关系，Mg、Al的表面张力值较高，有利于结粒。综上所述，要获得较好结粒的熟料，必须通过工艺调节使熟料有足够的液相，且生料颗粒在液相内均匀分布，有较高的液相表面张力和较低的液相黏度，适宜的结粒时间和温度等。

掺加MgO含量3.0%的高镁石灰石后，窑系统运行有以下问题：

（1）窑尾烟室斜坡、三次风管及分解炉出口处负压偏大，主要是由窑内窑皮偏厚通风差及窑内物料飞扬导致；

（2）中控筒体扫描画面显示，回转窑18~22 m主窑皮末端筒体扫描温度指示都为蓝色（窑皮偏厚），停窑进窑查看发现此处窑皮厚且有台阶；

（3）回转窑主电动机电流高且波幅较大，出篦冷机熟料升重低，结粒情况一般，熟料质量较差；

（4）一段篦床物料料层厚度波动较大，一段篦速调整较频繁。通过上述现象分析得出一方面窑皮末端有结圈，主要原因为物料预烧较差，由于设计之初使用高挥发分烟煤，所以在分解炉容积、C4下料点与尾煤管分布上有一定的局限性，导致更换煤种后不利于分解炉中温度的提升。以至于分解炉出口及C5下料管温度必须达到900 ℃以上才能保证正常的生料入窑分解率（90%以上）。另一方面，由于MgO的影响，导致下料管、烟室结皮严重，副窑皮频繁结掉，末端主窑皮不稳定，造成液相出现时机不合适且在烧成带煅烧力度不够的现象，造成出窑熟料强度不理想。

（1）增加煤粉仓防冲击锥（见图1），防止煤粉直接冲击仓底，提高煤粉仓下料的顺畅性，加强窑中煅烧，使火焰的最高温度点和烧成带稳定。冲击锥角度偏小，仅有34°，更利于仓内煤粉的分散。

图1　煤粉仓加装防冲击锥

（2）在篦冷机固定篦床充气梁风机内加装分风导板，见图2所示。由于该风机风箱进风口布置不合理，导致冷却风量分布不均匀，于是增加了风箱长度并加装了分风导板，保证了风量的平均分配，提高了冷却效率。

（3）分解炉中C4下料管和燃烧器位置比较接近，物料入炉后直接与煤粉混合，不利于煤粉的燃烧，将C4下料管上移3.5 m（见图3），使入炉煤粉燃烧更充分，提高了燃烧区温度，使炉中温度达到1 100 ℃以上，窑系统稳定性提升，但分解炉高温区壳体温度不受控，分解炉锥部产生大量结皮。

图2　风机加装分风导板

图3　C4下料管上下分料技改示意

（4）优化窑头燃烧器系统，原窑头一次风机为一台大风量、低升压（174 m3/h，29.8 kPa）风机，通过阀门调整燃烧器内、外风比例。将内、外风供风系统优化为两台小风量、高升压风机（112 m3/h，49 kPa）单独供风，通过变频调整内、外风压力，提高一次净风压力，保证窑头火焰活泼性及抗干扰性。

（5）2017年进行了C4下料管双分料和分解炉喷煤点由二变四的技改，达到了分解炉高温燃烧区的可控状态。

利用C4原下料管并加装分料阀实现上、下分料入炉，与优化分解炉燃烧器布置两者相辅相成。中控操作员可通过电动分料阀调节C4上下两支管入炉的喂料比例，避免生料全部通过下支管入炉，保证尾煤与生料充分混合前的燃烧时间及空间，改善主炉区燃烧效果，提高主燃烧区温度。通过摸索调试，控制炉中温度880~950 ℃为合理温度区间。为追求最佳的分解炉燃烧效果，改造后燃烧器入炉位置见图4所示，改造使入炉煤粉在低介质浓度环境下燃烧，使小容积分解炉（1 318 m3）、单通道燃烧器的配置达到更好的使用效果。

图4　改造后燃烧器入炉位置

（6）2018年将熟料配料方案改为KH=0.90，SM=2.35，Fe2O3＞3.8%，分解炉缩口直径由Φ2.4 m扩至Φ2.6 m。

经过历时两年的回转窑系统优化技改，实现了全中煤煅烧，且熟料结粒均齐致密，完全消除了黄心料，熟料强度得到大幅度提升。2018年度熟料产量达到5 570 t/d以上，熟料3 d抗压强度稳定在28.1 MPa以上，28 d抗压强度稳定在57.8 MPa以上。

实践证明，不同品质高镁石灰石资源的利用需采取不同配料方案，高镁物料必须保证其在分解炉系统的充分分散及高温燃烧区温度，以减轻回转窑系统的煅烧压力。同时需保证窑头火焰的活泼性，既要得到高的火焰峰值温度，又需要保证火焰完整度，不能被系统拉风改变火焰形状导致物料液相的提前生成。MgO对熟料煅烧条件要求苛刻，对熟料强度影响客观存在，因此如何通过系统优化及配料调整提高熟料质量，需进行长时间探索。