水泥的原料与燃料

本书既有关于原理的阐述，又有对实践经验和实际操作的介绍，可供水泥生产企业的技术人员、相关岗位员工、管理人员阅读，也可供科研开发、工程设计技术人员和高校相关专业师生参考。

第一章 原料

第一节 钙质原料

一、钙质原料的特性及分析方法

二、钙质原料的品质要求

三、钙质替代原料

第二节 硅铝质原料

一、硅铝质原料的特性及分析方法

二、硅铝质原料特性对水泥熟料质量的影响

三、硅铝质替代原料

四、硅铝质原料的品质要求

第三节 校正原料

一、校正原料的作用与种类

二、硅质校正原料

三、铝质校正原料

四、铁质校正原料

五、校正原料的品质要求

第二章 燃料

第一节 煤的组成与结构

一、煤的岩相组成与化学结构

二、煤质的鉴定指标

三、煤质指标的表示方法

四、煤的燃烧特性及其分析方法

五、煤中矿物质及其对水泥熟料煅烧的影响

六、水泥熟料生产对燃料的品质要求

七、水泥工业用煤粉的品质指标

第二节 用于水泥生产的燃料

一、烟煤

二、无烟煤

三、其他燃料

第三节 煤粉制备及质量控制

一、煤粉的制备及意义

二、煤粉制备系统

三、燃煤的质量控制

四、煤粉制备系统设计规范

第四节 预分解窑用煤

一、煤粉在预分解窑系统的燃烧进程

二、煤的挥发分对预分解窑煅烧的影响

三、预分解窑使用无烟煤

四、预热器窑使用无烟煤

第五节 立窑配煤

一、立窑配煤

二、采用烟煤煅烧立窑熟料

三、利用劣质煤煅烧立窑熟料

第三章 石膏

第一节 石膏在水泥中的应用

第二节 石膏的分类及特性

一、石膏的分类与特性

二、石膏质量对水泥性能的影响

第三节 天然石膏

一、二水石膏

二、硬石膏

三、半水石膏

第四节 工业副产石膏

一、磷石膏

二、氟石膏

三、脱硫石膏

四、柠檬酸石膏

第四章 混合材

第一节 粒化高炉矿渣

一、高炉矿渣的形成和分类

二、粒化高炉矿渣基本组成

三、粒化高炉矿渣的水化机理及水化过程

四、粒化高炉矿渣的应用现状

第二节 粉煤灰

一、粉煤灰的特性

二、粉煤灰在水泥中的作用

第三节 火山灰质混合材

一、火山灰质混合材的种类

二、火山灰质混合材的活性

第四节 混合材的使用规定

第五章 矿化剂

第一节 矿化剂的作用

一、矿化剂的作用

二、矿化剂的类型

第二节 单一矿化剂

一、萤石

二、硫化物

三、重晶石

第三节 复合矿化剂

一、氟与硫复合矿化剂

二、萤石与重晶石尾矿复合矿化剂

三、萤石与铅锌尾矿复合矿化剂

四、使用复合矿化剂应注意的问题

第四节 使用矿化剂的环保问题

一、立窑熟料煅烧过程中SO2与HF的产生

二、SO2与HF对环境的影响

三、氟、硫复合矿化剂对环境的影响

第六章 晶种

第一节 晶种的作用机理

一、晶种的核化作用机理

二、“诱导结晶”在熟料煅烧中的作用

三、从水泥熟料形成的热力学角度探讨晶种的作用机理

第二节 熟料晶种

一、熟料晶种的发明

二、熟料晶种的作用

第三节 非熟料晶种

一、矿渣

二、钢渣

三、磷渣

第四节 晶种技术的应用体会

一、晶种的发育程度及其大小

二、水泥熟料煅烧中C3S的非均态成核

三、晶种适用的煅烧环境

四、晶种煅烧技术的工艺适应性

五、晶种煅烧技术的生产操作

第七章 生料配料

第一节 生料配料设计

一、生料配料设计的意义

二、预分解窑生料配料设计

三、立窑生料配料设计

第二节 生料配料计算

一、递减试凑法

二、EXCEL方法

第三节 生料配料的调整

一、单调黏土配比稳定生料KH与SM值

二、单调石灰石

三、利用钙、硅比率调整生料配比

四、黏土及铁粉的调整

五、灰色模型法

第八章 生料易烧性

第一节 生料易烧性的定义

第二节 生料易烧性的影响因素

一、生料的矿物组成

二、生料的化学组成

三、生料的颗粒组成

四、生料灼热处理

五、液相形成

六、熟料质量

七、燃料质量

八、窑内气氛

第三节 生料易烧性的实验研究与评价

一、理论方法

二、半经验方法

三、实验方法

第四节 改善生料易烧性的措施

一、调整原燃料的品种

二、充分粉磨、均化生料

三、根据烧成范围调整熟料率值

四、改善熟料煅烧操作

第九章 原燃料预均化

第一节 概述

一、预均化的基本原理

二、预均化的意义

三、原燃料预均化的选用条件

第二节 原燃料预均化的主要类型及特点

一、预均化堆场的类型

二、预均化堆场的布置形式

三、矩形和圆形预均化堆场的比较

四、其他形式的预均化库

第三节 原燃料预均化的堆取料

一、堆料和取料方式

二、常用的堆料机和取料机

第四节 预均化效果的评价方法

一、取样系统

二、评价方法

第五节 影响预均化效果的主要因素及防止措施

一、主要因素

二、防止措施

第六节 原燃料预均化及贮存设计规范

第十章 生料均化

第一节 生料均化的意义和工作原理

一、生料均化的意义

二、生料均化的工作原理

第二节 生料均化库的类型

一、单层间歇式均化库

二、双层式均化库

三、混合室与均化室连续均化库

四、多料流式均化库

第三节 影响均化效果的常见因素及防止措施

一、充气装置故障的影响及防止措施

二、生料特性变化的影响及防止措施

三、压缩空气的影响及防止措施

四、机电设备事故的影响及防止措施

五、影响连续式均化库均化效果的其他因素及防止措施

第四节 几种常用生料均化库的比较

第五节 生料均化、储存及入窑设计规范

第六节 常用生料均化库应用实例

一、混合室均化库

二、MF型多料流均化库

三、CF型控制流式均化库

四、中小型水泥厂生料均化

第十一章 水泥厂物料特性试验研究实例

第一节 LX水泥厂物料特性试验研究实例

一、原料特性试验研究

二、生料易烧性试验及熟料微观结构分析研究

三、生料易磨性试验研究

四、熟料易磨性试验研究

五、结论与建议

第二节 XG水泥厂物料特性试验研究实例

一、原料特性试验研究

二、生料易烧性试验研究

三、生料易磨性试验研究

四、结论与建议

参考文献2100433B

包括：钙质原料、硅铝质原料以及校正原料等；煤的燃烧性能、煤粉制备、预分解窑和立窑的用煤；天然石膏和工业副产石膏；常用混合材的特性及其作用；矿化剂和应用矿化剂的环保问题；晶种技术；原燃料预均化技术；生料配料的设计、计算与调整；生料均化和常用生料均化库；生料易烧性的影响因素；水泥厂物料特性试验研究实例。本书还特别介绍了水泥工作者普遍关注的替代原料和替代燃料。

在选用代用燃料时，对替代燃料的主要物化性能参数须进行仔细分析，并和汽油或柴油进行对比，从而对原发动机进行必要的技术改造，特别重要的参数有：

（1）替代燃料的氧含量、自燃温度、辛烷值（火花点火发动机）、十六烷值（压燃式发动机）、与汽油或柴油的互溶性和稳定性（作混合燃料使用时）。

（2）低热值，化学计量空燃比。

（3）燃料的粘度与润滑性。

（4）与弹性密封材料的兼容性。

（5）燃料本身即燃料排放物的毒性。

（6）燃料本身的生物降解性 。

柴油是压燃式内燃机的燃料，也能作为锅炉的燃料。按柴油的用途划分，通常可分为轻柴油和重柴油两类。

轻柴油是原油在一定温度条件下的常压直馏馏分与深加工的柴油组分按一定比例调制而成，颜色呈淡黄，主要由C₁₅-C₂₄的烃类组成，馏程宽度为260-360℃。轻柴油适用于转速高于960r/min的高速柴油发动机，一般作为火力发电厂锅炉的点火材料，当前已成为小型燃油锅炉的主要用油。轻柴油的燃料性能好，具有足够的粘度，能够保证良好的雾化和平稳燃烧。杂质含量极少，燃烧时不易在燃烧室内形成明显的结焦、积炭和沾污物。由于含硫、酸、碱等化合物很少，使用过程中不会对设备产生腐蚀性，对环境污染性小。

重柴油是原油的常、减压重质直馏馏分，或与深加工中重质柴油组分，或与轻质柴油组分调制而成，主要由C₁₈-C₄₀的烃类组成，馏程宽度为250-450℃。主要用于转速低于960r/min的中低速柴油发动机，也可作为锅炉的燃料。重柴油与轻柴油相比，其粘度大得多，凝点也高，故一般使用时应先进行预热；相对杂质含量较高，油品易氧化，使用前需进行过滤和沉淀，以免堵塞油喷嘴和滤清器。

重油是石油各种加工工艺中重质馏分和残渣的总称，是燃料油中密度最大的油品，主要作为各种锅炉、冶金加热炉和工业窑炉的燃料。石油经过常压、减压蒸馏得到重质直馏重油；经过各种裂化加工后得到裂化重油；蒸馏和裂化工艺中的残留物即为渣油。商品重油一般通过各种重油与轻质油按不同比例调和制成，如常压重油和渣油的粘度较小，有时可不加轻质油直接作为各种窑炉燃油；减压渣油因含沥青质较多，粘度大，须调合一些轻质油料(如柴油)后才能燃用；而裂化加工后的渣油粘度更大，并存在大量游离碳和不饱和烃类，着火温度高，不易燃烧，无法直接燃用，须调制更多的轻质油。重油或渣油由于其热值较高，着火和燃烧及时稳定，生产量大，对环境污染较小，是目前燃油锅炉的首选燃料。

重油、渣油是原油提取轻质馏分后的残余油，元素分析成分中碳、氢、氮、硫等含量均比原油高。其中碳的质量分数约85%，氢的质量分数约12%。这两种可燃元素合计含量超过95%，因此热值较高，约为39300～44000 kJ/kg，具有很好的燃烧性能。一般来说，含氢量越高，越容易着火燃烧；含碳量越高，重油的粘度也就越大。

发电用燃料大致可以分为三类，即固体燃料、液体燃料和气体燃料。火力发电厂的蒸汽锅炉一般采用固体燃料，只在锅炉起动点火或低负荷时为了维持稳定燃烧才燃用极少量的液体燃料。缺煤、缺水地区，个别有条件的地方，或需采用内燃机等发电时，则亦有燃用液体或气体燃料的 。

发电用燃料固体燃料

固体燃料主要是煤炭。煤炭根据炭化程度的不同，大致可以分为无烟煤、烟煤、褐煤和油页岩等几种。当前发电燃用最多的是烟煤。固体燃料中，除含有水分(W)和灰分(A)等不可燃物质外，主要是由碳(C)、氢(H)、氧(O)、氮(N)、硫(S)构成的燃质，其中碳、氢和挥发性硫是可燃成分。对于煤来说，含有挥发分(V)，也是一个重要特性。

煤炭中的水分分为二种，经30~35℃干燥而发散的称之为表面水分，经100℃以上干燥而蒸发的称之为固有水分。在与空气隔离的情况下采用高温加热后，其中水分和挥发分析出，残留下来的是固定炭素和灰分。固定炭素、挥发分以及灰分的比率是衡量煤炭品质的主要指标。含灰多，含挥发分和固定炭素少，每单位重量的发热量比较低的称为劣质煤。

灰分中主要是二氧化硅(SiO₂)、三氧化二铝(Al₂O₃)、三氧化二铁(Fe₂O₃)以及生石灰(CaO)等。随着这些成分的含量不同，灰熔点将发生变化。低灰熔点的煤在燃烧时往往导致炉内结渣，受热面粘污，甚至影响锅炉出力。 发电用煤的灰熔点一般在1100～1500℃之间。

硫分在燃烧时将生成亚硫酸(SO₂)，与烟气中的水分结合可以生成硫酸，是造成锅炉受热面腐蚀的主要原因 。

发电用燃料液体燃料

液体燃料主要为地下取出来的石油，或称原油。原油经过加热精炼加工后，分馏成为汽油、煤油、柴油，最后在300℃以上分馏出以重碳氢化合物为主要成分的黑褐色重油， 重油的发热量高达10000kcal/kg,含灰量极少，是很好的燃料油。

重油与煤炭相比，同样发热量的重油容积仅为煤炭的一半，它具有可以利用油泵和油管输送，勿需排灰处理，贮藏设备和燃烧装置都比较简单以及燃烧效率高、对负荷适应性较强等优点。但是，由于含硫量较大，有大气污染和低温腐蚀等问题。 特别是在重油中即使有极微量的钒时，由于高温燃烧生成五氧化二钒(V₂O₅)，与锅炉的过热器或再热器的高温（约600℃以上）金属表面接触后，将引起所谓“高温腐蚀”。此外，重油还易于着火爆炸，输送和贮藏时要特别注意安全 。

发电用燃料气体燃料

气体燃料有高炉煤气、焦炉煤气和天然气三种。发电用的气体燃料主要是天然气。

天然气是一种天然产出的可燃性气体，主要成分是碳氢化合物，大致又可以分为天然煤气、油田煤气、煤田煤气和水溶性煤气四种。后三种煤气都是伴生性质，是油田或煤田地带的背斜构造所形成的构造性煤气。

天然煤气几乎能以理论空气量达到完全燃烧。由于含灰极少，排烟清洁。 气态形式的燃烧便于控制，可以尽快地调节燃烧温度，且点火和灭火过程均比较简单。同时，发热量高，热量的利用系数亦比其它形式的燃料高，燃烧时可以获得极大的锅炉效率。

气体燃料的贮藏一般比较困难，又受地理条件的限制，燃料价格往往比其它形式的贵。 同时有在装卸、使用和运输过程中由于泄漏而引起爆炸等缺点 。