熟料升重持續(xù)偏低的原因分析與對(duì)策

楊建民，李永飛，高海，楊恒波，鄭金召

熟料升重持續(xù)偏低的原因分析與對(duì)策

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楊建民1，李永飛1，高海1，楊恒波2，鄭金召2

我公司擁有2500t/d（1號(hào)線）和4600t/d（2號(hào)線）新型干法水泥熟料生產(chǎn)線各一條，2011年10月份以前各項(xiàng)產(chǎn)質(zhì)量指標(biāo)都較好，2011年9月15日至2011年10月5日公司組織對(duì)2500t/d生產(chǎn)線（以下簡稱1號(hào)線）進(jìn)行了整修，更換了窯內(nèi)耐火磚和系統(tǒng)澆注料，修復(fù)了三次風(fēng)閘板閥等，整修完后1號(hào)線升重出現(xiàn)了偏低現(xiàn)象（見表5），為此進(jìn)行了分析和處置。1號(hào)線主機(jī)一覽表見表1。

1 熟料升重持續(xù)偏低的現(xiàn)象和存在的問題

（1）整修完后10月6日正式投料生產(chǎn)，至11月1日期間熟料升重持續(xù)偏低，最低時(shí)只有1100g/L，高時(shí)也只有1150g/L，而公司的內(nèi)控指標(biāo)為1200～1220g/L之間，且熟料的fCaO不高，小于1.5%。

（2）窯頭飛砂比以前有所增加，出窯熟料結(jié)粒不好，篦床的通風(fēng)阻力增大，為降低出篦冷機(jī)熟料溫度，適當(dāng)降低了料層厚度，入窯二次風(fēng)攜帶的粉塵增多，不利于煤粉的燃燒；系統(tǒng)的二、三次風(fēng)溫不穩(wěn)定，二次風(fēng)溫只有950℃左右，三次風(fēng)溫只有700℃左右，易造成煤粉的不完全燃燒，后燃燒導(dǎo)致煙室溫度較以前有所升高（大修前控制在950～1050℃之間，大修后上升到1100℃）。生、熟料全分析見表2、表3。

（3）入窯煤粉水分偏高，公司內(nèi)控指標(biāo)要求小于3.0%，實(shí)際在4.0%左右，最高可達(dá)5.0%～6.0%的水分，一般工藝要求入窯煤粉水分＜1.5%。進(jìn)廠煤工業(yè)分析見表4，入窯煤工業(yè)分析見表5。

表1 1號(hào)線主機(jī)規(guī)格及生產(chǎn)能力

表2 生料全分析，%

表3 熟料全分析，%

（4）分解爐出口溫度忽高忽低，且爐內(nèi)爆燃現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，為穩(wěn)定熱工制度，操作上加減煤頻繁，處于被動(dòng)操作的情況。

（5）從窯筒體掃描分析可知燒成帶筒體表面溫度為300℃，以前溫度為330℃，表明燒成帶的熱力強(qiáng)度不足，火焰不夠集中。

2 現(xiàn)象分析

從大修前后的生料、熟料化學(xué)成分來看，雖有少量變化，但變化不大。進(jìn)廠原料品種未變，但入窯煤粉水分有所增加，一般都大于4%，高時(shí)5%，均超過內(nèi)控指標(biāo)的3%。此外燃燒器作了更換，三次風(fēng)閘板閥作了修復(fù)。熟料升重偏低是神木精煤水分高達(dá)14%，且內(nèi)在水含量偏高的狀況下，新更換的燃燒器性能熟悉程度不夠，再加上三次風(fēng)閘板閥的開度變化，以及大修后控制閥門及系統(tǒng)裝備操作沒有按入窯煤粉水分增加的工藝匹配造成的，原因如下：

（1）神木精煤高達(dá)14%水分中，含有表層水（俗稱外水）和內(nèi)在水（俗稱內(nèi)水）。表層水在100℃時(shí)蒸發(fā)，粉磨過程中，一般均能烘干至較低含量，因而對(duì)火焰影響不大。而內(nèi)在水一般在200～300℃時(shí)蒸發(fā)，粉磨烘干對(duì)其作用不大，由于我廠缺乏測試內(nèi)在水含量的儀器，難于確定其數(shù)值，但從全部采用神木精煤入窯水分高達(dá)5.0%～6.0%的數(shù)值判斷，內(nèi)在水含量可能達(dá)到5.0%～6.0%。內(nèi)在水的特點(diǎn)是水的含量越高，煤的反應(yīng)能力越大，而后出現(xiàn)的燃燒和爆炸危險(xiǎn)也越大，此種水分只能在窯內(nèi)煤粉加熱時(shí)生成蒸汽排出。

神木精煤的熱值為20900kJ/kg，在含有5%～6%左右的內(nèi)在水，在窯內(nèi)燃燒時(shí)，易出現(xiàn)長火焰且火焰位置偏離窯頭。

（2）形成熟料升重偏低的原因是：在使用神木精煤時(shí)由于熟料結(jié)粒差，飛砂料多，篦冷機(jī)料層厚難于控制，只得采用薄料層操作，此時(shí)，冷風(fēng)和熟料熱交換差，入窯的二次風(fēng)溫為950℃，入爐三次風(fēng)溫約700℃，均低于結(jié)粒較好的熟料厚料層操作的入窯、入爐的二次、三次風(fēng)溫度。此外窯頭篦冷機(jī)廢氣閥門開度過大，造成入窯二次風(fēng)、入爐三次風(fēng)的風(fēng)量偏低，易在窯內(nèi)形成還原氣氛，造成煤粉的不完全燃燒，而對(duì)于含較高內(nèi)水的煤粉來講，則不完全燃燒更為嚴(yán)重。新?lián)Q上的燃燒器性能一時(shí)沒有掌握，試用初期風(fēng)壓和內(nèi)風(fēng)風(fēng)量不夠，明顯感覺燃燒器沖量低，旋流風(fēng)不足，火焰拉長，火力不夠集中，煤粉燃點(diǎn)位置向窯尾偏移；此外煤粉內(nèi)在水含量高，易形成爆燃，造成窯內(nèi)通風(fēng)不足，以致于出現(xiàn)燃燒需氧量不足呈現(xiàn)的煙氣還原氣氛，進(jìn)一步造成煤粉后燃燒，這種工況造成窯尾煙氣溫度偏高，從以往的950～1000℃提高至1100℃左右，延長了過渡帶長度。此外，由于煙氣呈還原氣氛，燒成帶溫度相應(yīng)偏低，反映在燒成帶窯筒體溫度從正常的330℃降至300℃左右。也就是說：出現(xiàn)了窯尾溫度和燒成帶煙氣溫度差較小的工況。

表4 進(jìn)廠煤工業(yè)分析

表5 入窯煤工業(yè)分析

（3）分解爐內(nèi)因三次風(fēng)量和風(fēng)溫偏低，易造成煤粉不完全燃燒，且易形成爆燃。造成分解爐出口溫度不穩(wěn)，入窯物料分解率時(shí)高時(shí)低，但總體偏低。

（4）窯尾溫度偏高，再加入窯物料分解率波動(dòng)且偏低，部分窯料在窯尾完成分解，分解的CaO在此窯后部溫度狀況下，形成C2S。由于窯尾溫度與燒成帶溫度的溫差較小，以致于C2S晶格發(fā)育時(shí)間較長，且易變大，大晶格的C2S在燒成帶與CaO作用，生成大晶格的熟料C3S礦物。此類礦物特點(diǎn)是呈飛砂料而不易結(jié)粒。此時(shí)窯口因氣流中含較多的飛砂料，以致于感覺火焰溫度偏低，習(xí)慣性地增加煤粉量，則燒成帶溫度增加，促使飛砂熟料結(jié)粒，所結(jié)的飛砂熟料fCaO不高，熟料容重輕，升重偏低，熟料升重從內(nèi)控指標(biāo)的1200～1220g/L之間下降至1150g/L，且fCaO低，一般小于1.5%。此類熟料3d強(qiáng)度較高，28d強(qiáng)度偏低。熟料3d強(qiáng)度一般為32MPa左右，28d強(qiáng)度一般為52MPa左右，正說明這個(gè)情況。

3 具體措施

針對(duì)上述分析，采取的具體措施如下：

表6 調(diào)整前后產(chǎn)質(zhì)量

（1）減緩原輔助材料的質(zhì)量波動(dòng)，加強(qiáng)進(jìn)廠原輔材料的控制，嚴(yán)格預(yù)均化堆場的操作，提高均化作用，尤其是做好煤的搭配和均化。

（2）采用當(dāng)?shù)孛汉蜕衲久旱拇钆?，采?：1為主的搭配方案，相應(yīng)減少供窯煅燒原煤的水分。此舉可將入煤磨水分降至8%以內(nèi)，而內(nèi)在水估計(jì)在3%～4%左右。

（3）在保證安全的前提下，提高風(fēng)掃煤磨出口溫度，從以往的60～65℃逐步增加到65～69℃。相應(yīng)降低出磨煤粉水分，此舉基本上可進(jìn)一步減少外在水含量，入窯煤粉水分降至3%～4%以下（估計(jì)為內(nèi)在水）。

（4）加強(qiáng)冷卻機(jī)的操作，適當(dāng)提高和穩(wěn)定料層厚度，二室篦下壓力控制在4500Pa左右，相應(yīng)提高了二、三次風(fēng)溫，有利于煤粉燃燒，同時(shí)適當(dāng)減小窯頭廢氣風(fēng)量，相應(yīng)增加入窯入爐的二、三次風(fēng)量。此時(shí)窯頭負(fù)壓一般穩(wěn)定在-50～-30Pa。

（5）適當(dāng)提高三次風(fēng)閘門，增加入分解爐的三次風(fēng)量，做到系統(tǒng)用風(fēng)合理匹配，窯爐用風(fēng)趨于合理。以上措施改變了煤粉在分解爐內(nèi)不完全燃燒的狀況，保持分解爐出口溫度穩(wěn)定在880℃左右，從而提高了入窯物料分解率。同時(shí)改變窯內(nèi)通風(fēng)偏大、火焰過長、火力不夠集中、煤粉不易完全燃燒的現(xiàn)象。

（6）合理調(diào)節(jié)窯頭燃燒器，調(diào)整內(nèi)風(fēng)截面，適當(dāng)增大內(nèi)風(fēng)的風(fēng)量，提高一次風(fēng)機(jī)的供風(fēng)風(fēng)壓，一般穩(wěn)定在27～30kPa，有利于火焰縮短、變寬，火力集中。重新校正了燃燒器在窯口的坐標(biāo)位置，使火焰稍偏向料層，嚴(yán)禁料壓火焰，最終調(diào)整到（30，-20）的位置。

（7）系統(tǒng)用風(fēng)合理匹配，做到高溫風(fēng)機(jī)與窯頭排風(fēng)機(jī)拉風(fēng)趨于平衡，提高入窯入爐二次、三次風(fēng)量，保證煤粉在窯爐內(nèi)完全燃燒。

通過上述改進(jìn)，盡量做到入窯生料、煤粉成分和數(shù)量均勻，減少入窯煤粉內(nèi)在水含量。提高了入窯、入爐二次風(fēng)量和風(fēng)溫，合理增大燃燒器的沖量和旋流量，改變了窯內(nèi)火焰形狀，做到煤粉在窯內(nèi)完全燃燒和對(duì)熟料的傳熱效應(yīng)。此外，穩(wěn)定和提高煤粉在分解爐內(nèi)燃燒，增大了入窯物料分解率，隨著火焰位置向窯口移動(dòng)，窯尾廢氣逐步降至950～1050℃，增大了窯尾和燒成溫度的溫差，十分有利于小晶格C2S和C3S的生成以及熟料結(jié)粒，穩(wěn)定了熟料fCaO，升重相應(yīng)提高至公司內(nèi)控指標(biāo)1200～1220g/L，適當(dāng)提高了熟料強(qiáng)度，生產(chǎn)出合格的熟料（見表6）。

4 結(jié)語

熟料升重偏低是入窯煤粉內(nèi)在水含量偏高，而工藝、裝備、操作沒有做好匹配所造成的。在生產(chǎn)控制中，做好入窯生料、煤粉成分和數(shù)量的穩(wěn)定，盡量減少入窯煤粉水分。結(jié)合內(nèi)在水燃燒特性，控制好篦冷機(jī)的料層厚度操作，提高篦冷機(jī)效率和提高入窯二次風(fēng)和入爐三次風(fēng)溫，同時(shí)合理地控制窯頭廢氣閥板、三次風(fēng)閘閥以及窯尾高溫風(fēng)機(jī)閥板，合理匹配窯爐用風(fēng)量。燃燒器必須具有合適的一次風(fēng)壓和風(fēng)量，保持火焰粗壯、穩(wěn)定。

參考資料：

[1]陳友德,武曉萍.水泥預(yù)分解窯工藝與耐火材料技術(shù)[M],北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2011.

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呂 光