淺談回轉(zhuǎn)窯內(nèi)后結(jié)圈防治

呂 鵬，姬曉晨，張令果，李保明

（1.青州中聯(lián)水泥有限公司，山東 青州 262500；2.華中師范大學(xué)經(jīng)濟(jì)與工商管理學(xué)院，湖北 武漢 430079）（3.平邑中聯(lián)水泥有限公司，山東 平邑 273300）

1 結(jié)后圈對(duì)窯工藝系統(tǒng)的危害性

結(jié)圈是指窯內(nèi)在正常生產(chǎn)中因物料過(guò)渡黏結(jié)，在窯內(nèi)特定的區(qū)域形成一道阻礙物料運(yùn)動(dòng)的環(huán)形，堅(jiān)硬的圈。這種現(xiàn)象在回轉(zhuǎn)窯內(nèi)是一種不正常的窯況，它破壞正常的熱工制度，影響窯內(nèi)通風(fēng)，造成窯內(nèi)來(lái)料波動(dòng)很大，直接影響著回轉(zhuǎn)窯的產(chǎn)量、質(zhì)量、消耗和長(zhǎng)期安全運(yùn)轉(zhuǎn)。處理窯內(nèi)結(jié)圈費(fèi)時(shí)費(fèi)力，嚴(yán)重時(shí)停窯停產(chǎn)進(jìn)行人工進(jìn)窯打圈，其危害是嚴(yán)重的。

1.1 破壞了窯內(nèi)穩(wěn)定的熱工制度

窯內(nèi)通風(fēng)不暢，煤粉燃燒不完全，窯內(nèi)還原氣氛嚴(yán)重，燒成溫度低，熟料產(chǎn)質(zhì)量下降，被迫減煤，只好相應(yīng)降低產(chǎn)量，甚至被迫停窯。

1.2 窯尾向外溢料嚴(yán)重，甚至將窯尾密封燒壞

窯尾溢出物料在900℃左右，不但污染環(huán)境，而且增加工人的勞動(dòng)強(qiáng)度在清理過(guò)程中易發(fā)生燙傷事故，危及人身安全，同時(shí)浪費(fèi)大量的熱能及物料。溢料嚴(yán)重時(shí)清理不及時(shí)易燒壞窯尾密封，導(dǎo)致窯尾系統(tǒng)漏風(fēng)嚴(yán)重，系統(tǒng)結(jié)皮和煤耗的增加。

1.3 嚴(yán)重影響高溫帶及其后面一段耐火磚壽命

后結(jié)圈嚴(yán)重時(shí)影響窯內(nèi)通風(fēng)，火焰不暢在高溫帶難以展開(kāi)，火焰形狀受到破壞，短而粗的火焰燒蝕著燒成部位的磚及窯皮發(fā)生紅窯事故。同時(shí)同一部位的結(jié)圈頻繁長(zhǎng)落，極大縮短了結(jié)圈部位耐火磚的壽命。

1.4 為圈后形成大的結(jié)球創(chuàng)造條件

當(dāng)窯直徑≤4m，結(jié)圈厚度≥0.5m時(shí)，結(jié)圈位置在上過(guò)渡與燒成帶結(jié)合部位，窯后浮窯皮的脫落很難越過(guò)此圈，為結(jié)球創(chuàng)造條件，結(jié)球如果不到及時(shí)放出，長(zhǎng)時(shí)間在此處滾動(dòng)對(duì)耐火磚造成碾壓易發(fā)生紅窯事故。窯內(nèi)如果沒(méi)有圈的阻擋，雖有預(yù)熱器系統(tǒng)能富集有害元素，但形成的小料球不會(huì)滯留在圈后越滾越大。

1.5 結(jié)圈脫落后易造成竄料

結(jié)圈嚴(yán)重時(shí)，阻擋物料正常前進(jìn)速度，增加窯內(nèi)填充率，窯負(fù)荷增加影響窯主電機(jī)正常運(yùn)行。圈后物料囤積到一定程度間斷性進(jìn)入燒成帶，窯溫反復(fù)波動(dòng)窯況惡化，熟料產(chǎn)量差。當(dāng)結(jié)圈脫落后，結(jié)圈后未燒好的生料大量涌入燒成帶，正常窯頭煤提供的熱量不能滿(mǎn)足生料的需求，出現(xiàn)生燒、欠燒料，嚴(yán)重時(shí)控制不當(dāng)易發(fā)生竄料。結(jié)圈本身的大塊卷在料中一起進(jìn)入篦冷機(jī)，干擾著篦冷機(jī)的正常控制，嚴(yán)重時(shí)壓死篦床。要求操作人員結(jié)合窯電流趨勢(shì)，及時(shí)采取相應(yīng)措施調(diào)整篦速與窯速的關(guān)系。

2 后結(jié)圈產(chǎn)生的原因

2.1 入窯生料成分波動(dòng)的影響

實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，窯操作員最頭疼的事是入窯生料成分波動(dòng)太大和喂料不穩(wěn)定。窯內(nèi)物料時(shí)而難燒或時(shí)多時(shí)少，遇到高KH料時(shí)，窯內(nèi)物料松散，不易燒結(jié)，窯頭感到“吃火”，熟料fCaO高，或遇到料量多時(shí)都迫使操作員加煤提高燒成穩(wěn)定，有時(shí)還要降低窯速，遇到低KH料或料量少時(shí)，窯操作上不能及時(shí)調(diào)整，燒成帶溫度偏高物料過(guò)燒發(fā)粘，稍有不慎就形成長(zhǎng)厚窯皮，進(jìn)而產(chǎn)生熟料圈。

2.2 原燃材料中有害成分的影響

CaO+Al2O3+Fe2O3+SiO2含量偏低，而R2O和SO3含量偏高。生料中的有害成分在熟料煅燒過(guò)程中先后分解、氣化和揮發(fā)，在溫度較低的窯尾凝聚粘附在生料顆粒表面，隨生料一起入窯，容易在窯后部結(jié)成硫堿圈。在入窯生料中，當(dāng)MgO和R2O都偏高時(shí)，R2O在MgO引起結(jié)圈過(guò)程中充當(dāng)“媒介”作用形成鎂堿圈。根據(jù)操作經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)熟料中的MgO＞4.8%時(shí)，能使熟料液相量大量增加，液相粘度下降，熟料燒結(jié)范圍變窄，窯皮增長(zhǎng)，浮窯皮增厚。熟料中MaO＜4.0%時(shí)，但由于R2O的助熔作用，使熟料在某一特定溫度或在窯某一特定位置液相量陡然大量增加，黏度大幅度降低，迅速在該溫度區(qū)域或窯某一位置粘結(jié)，形成熟料圈。

2.3 煤粉質(zhì)量的影響

由于煤灰中一般含Al2O3較高，因此當(dāng)煤灰摻入物料中時(shí)，使物料液相量增加，往往易結(jié)圈。煤灰的降落量主要與煤中灰分含量和煤粉細(xì)度有關(guān)，灰分含量高、煤粉粗，煤灰降落量就多。另一方面當(dāng)煤粉粗、灰分高、水分大、燃燒速度慢，會(huì)使火焰拉長(zhǎng)，高溫帶后移，“窯皮”拉長(zhǎng)易結(jié)圈。另外，喂煤量不穩(wěn)定，使窯內(nèi)溫度忽高忽低，也易形成結(jié)圈。

2.4 操作和熱工制度的影響

（1）二、三次風(fēng)配合不當(dāng)，火焰過(guò)長(zhǎng)，使物料預(yù)燒好，液相出現(xiàn)早、黏結(jié)窯襯能力增加，特別是在預(yù)熱器溫度高、分解率高的情況下，火焰過(guò)長(zhǎng)，結(jié)后圈的可能性很大。

（2）窯頭用煤過(guò)多，產(chǎn)生化學(xué)不完全燃燒，使火焰還原性，促使物料中的鐵還原為亞鐵，亞鐵易形成低熔點(diǎn)的礦物，使液相過(guò)早出現(xiàn)，容易結(jié)圈。

（3）喂料量與總風(fēng)量使用不合理，導(dǎo)致窯內(nèi)的熱工制度不穩(wěn)定，窯速波動(dòng)異常，也易結(jié)后圈。

實(shí)踐證明，熱工制度嚴(yán)重不穩(wěn)定，必定要產(chǎn)生結(jié)圈，而影響熱工制度穩(wěn)定因素又是多方面的，同時(shí)結(jié)圈又導(dǎo)致熱工制度的不穩(wěn)定。

表1 窯內(nèi)結(jié)后圈化學(xué)分析成分（%）

3 如何預(yù)防后結(jié)圈

2015年回轉(zhuǎn)窯運(yùn)行期間窯內(nèi)頻繁出現(xiàn)后結(jié)圈且結(jié)圈的位置不固定，嚴(yán)重時(shí)窯尾溢料，窯被迫減產(chǎn)進(jìn)行燒圈處理，制約生產(chǎn)。工藝負(fù)責(zé)人多次組織相關(guān)專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員召開(kāi)專(zhuān)題會(huì)議，圍繞如何預(yù)防及快速處理開(kāi)展工作，認(rèn)真分析總結(jié)吸取教訓(xùn)，制定有效可行的防范措施。2017年全年運(yùn)行期間，窯內(nèi)基本上杜絕后結(jié)圈，效果顯著。利用停窯時(shí)機(jī)對(duì)各部位結(jié)后圈物料進(jìn)行化學(xué)分析見(jiàn)表1。

從表1中分析，結(jié)后圈主要因素有害成分含量過(guò)大造成的，如何減少原燃材料中有害成分的含量，需要引起生產(chǎn)領(lǐng)導(dǎo)的重視，企業(yè)為降低生產(chǎn)成本，追求原燃材料的進(jìn)廠價(jià)格從而忽略掉質(zhì)量，質(zhì)量把關(guān)不嚴(yán)格，后續(xù)生產(chǎn)造成被動(dòng)狀態(tài)。

3 減少后結(jié)圈的措施

3.1 選擇適宜的配料方案，穩(wěn)定入窯生料成分

一般說(shuō)燒高KH、高SM的生料不易結(jié)圈，但熟料難燒，fCaO含量高，對(duì)保護(hù)窯皮和熟料質(zhì)量不利；反之，熟料燒結(jié)范圍窄，熟料液相量多，熟料結(jié)粒大，窯不好操作，易結(jié)圈。但生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)告訴我們，燒較高KH和相對(duì)較低的SM，或較高的SM和相對(duì)較低的KH的生料都比較好燒，又不容易結(jié)圈。因此，窯經(jīng)常出現(xiàn)結(jié)圈時(shí)，應(yīng)改變熟料配料方案，適當(dāng)提高KH或SM，減少溶劑礦物的含量對(duì)防止結(jié)圈有利。并且對(duì)配料方案進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整見(jiàn)表2。

表2 熟料控制指標(biāo)

3.2 減少原燃材料帶入的有害成分

通過(guò)上述原因分析原燃材料中帶入的有害成分是影響窯內(nèi)后結(jié)圈的主要因素，因此，調(diào)整進(jìn)廠原燃材料種類(lèi)盡量降低有害成分的含量，各種原燃材料化學(xué)成分見(jiàn)表3。

表3 原燃材料化學(xué)成分（%）

3.3 提高煤粉質(zhì)量

在提高原煤熱值的基礎(chǔ)上，加強(qiáng)中控煤立磨操作出磨風(fēng)溫原控制在60℃～65℃，調(diào)整為65℃～70℃。出磨煤粉細(xì)度原控制在≤12，調(diào)整為≤10。通過(guò)提高煤粉質(zhì)量減少煤粉不完全燃燒造成后燃現(xiàn)象。

3.4 窯頭燃燒器的定位及使用

（1）窯頭燃燒器在窯口截面的坐標(biāo)位置傳統(tǒng)做法偏料控制，調(diào)整為燃燒器中心對(duì)正回轉(zhuǎn)窯窯口截面的中心，杜絕未燃燒的燃料裹入物料層內(nèi)，因缺氧而得不到充分燃燒，長(zhǎng)窯口煤粉圈不在發(fā)生。

（2）正常使用期間要求每班堅(jiān)持固定時(shí)間來(lái)回移動(dòng)燃燒器一次，燃燒器前端部與熱態(tài)下窯口截面垂直，然后撤出200mm，前后距離控制在200mm。以此來(lái)改變火點(diǎn)的位置，可有效控制煤灰的定點(diǎn)沉降引起結(jié)后圈。

（3）每班利用燃燒器清焦器至少對(duì)燃燒器前端部結(jié)焦清理兩次，燃燒器頭部上方積料及時(shí)清理。

3.5 堅(jiān)持“薄料快燒”的原則

三個(gè)班統(tǒng)一操作方法，穩(wěn)定燒成系統(tǒng)的熱工制度。在保持喂料喂煤均勻，加強(qiáng)物料預(yù)燒的基礎(chǔ)上盡量提高窯速。采取薄料快燒、長(zhǎng)焰順燒，提高快轉(zhuǎn)率，這對(duì)防止回轉(zhuǎn)窯結(jié)圈都是有利的。

3.6 確定一個(gè)經(jīng)濟(jì)合理的窯產(chǎn)量指標(biāo)

通過(guò)一段時(shí)間的生產(chǎn)實(shí)踐，每臺(tái)回轉(zhuǎn)窯都有自身特定的合理的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)?；剞D(zhuǎn)窯在某高產(chǎn)量范圍內(nèi)能達(dá)到熟料優(yōu)質(zhì)，煤耗最低，運(yùn)轉(zhuǎn)率最高。經(jīng)驗(yàn)告訴我們，窯產(chǎn)量超過(guò)一定限度以后，不是由于系統(tǒng)抽風(fēng)能力所限致使煤灰在窯尾大量沉降并產(chǎn)生還原氣氛，就是由于拉大排風(fēng)使窯內(nèi)氣流斷面風(fēng)速增加，火焰拉長(zhǎng)，液相提前出現(xiàn)，這都容易形成熟料圈。通過(guò)長(zhǎng)時(shí)間摸索，回轉(zhuǎn)窯超產(chǎn)能力控制在15%左右狀態(tài)下，各項(xiàng)KPI指標(biāo)最佳。

3.7 發(fā)揮生料均化庫(kù)的作用

目前，我國(guó)不少大中型新型干法水泥企業(yè)采用IBAU中心錐體連續(xù)式均化庫(kù)改進(jìn)型，均化效果好。由于生產(chǎn)線長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，避免不了各類(lèi)雜物入庫(kù)堵塞下料口，庫(kù)底斜槽磨損嚴(yán)重不能正常工作，原設(shè)計(jì)7個(gè)區(qū)間隔連續(xù)下料，使用到后期只有個(gè)別區(qū)下料。另外生產(chǎn)領(lǐng)導(dǎo)的不重視，認(rèn)為只要物料能夠下料滿(mǎn)足回轉(zhuǎn)窯運(yùn)轉(zhuǎn)，清庫(kù)維修危險(xiǎn)且費(fèi)用高采取將就使用。使用生料均化庫(kù)目的在于規(guī)避出磨生料成分的波動(dòng)減少對(duì)入窯生料成分的影響。當(dāng)均化庫(kù)定點(diǎn)其中某個(gè)區(qū)下料時(shí)，庫(kù)內(nèi)生料形成抽心下料狀態(tài)，直觀表現(xiàn)出磨生料1～2h后直接入窯煅燒，回轉(zhuǎn)窯熱工制度受入窯生料成分波動(dòng)影響不穩(wěn)定，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致發(fā)生后結(jié)圈，特別強(qiáng)調(diào)是當(dāng)生料磨庫(kù)滿(mǎn)避峰期間，窯灰?guī)肓考哟螅ǜG灰中有害成分含量較高）加劇了窯內(nèi)后結(jié)圈，避峰時(shí)間越長(zhǎng)產(chǎn)生的后果越嚴(yán)重。

3.8 重視烘窯期間工作

長(zhǎng)時(shí)間停窯后恢復(fù)生產(chǎn)過(guò)程中，由于烘窯期間一些細(xì)節(jié)性工作做的不到位，經(jīng)常出現(xiàn)回轉(zhuǎn)窯恢復(fù)生產(chǎn)了同時(shí)后結(jié)圈伴隨著出現(xiàn)了。結(jié)合窯內(nèi)換磚及殘留物料情況制度詳盡的烘窯方案，確保回轉(zhuǎn)窯的窯溫到最佳狀態(tài)在進(jìn)行投料操作。由于無(wú)熱源加強(qiáng)原煤的晾曬盡量降低煤粉水分，細(xì)度控制上調(diào)整為≤6。其中油煤混燒的時(shí)間長(zhǎng)短控制，柴油霧化效果能否保證煤粉盡可能完全燃燒。投料初期系統(tǒng)拉風(fēng)是否與喂料量匹配。

3.9 加強(qiáng)中控窯操作員對(duì)窯胴體溫度的監(jiān)控

大家常規(guī)做法往往重視窯胴體溫度高時(shí)及時(shí)匯報(bào)反映，而忽略溫度逐漸降低的趨勢(shì)，等窯后結(jié)圈已經(jīng)形成影響到窯況才引起足夠的重視，處理起來(lái)費(fèi)時(shí)費(fèi)力。對(duì)待窯內(nèi)后結(jié)圈我們應(yīng)采取以預(yù)防為主，早發(fā)現(xiàn)早處理，及時(shí)糾正異常情況結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際狀況采取果斷措施，把后結(jié)圈扼殺在萌芽狀態(tài)。視胴體溫度變化情況，發(fā)現(xiàn)有結(jié)后圈的苗頭，可聯(lián)系配料人員對(duì)生料配料方案在原來(lái)的基礎(chǔ)進(jìn)行微調(diào)，適當(dāng)提高入窯生料硅酸率，減少溶劑礦物的含量。

3.1 0 增設(shè)窯灰倉(cāng)

為防止因窯灰因素造成窯內(nèi)結(jié)后圈，可在生料均化庫(kù)側(cè)增設(shè)窯灰倉(cāng)，進(jìn)行獨(dú)立計(jì)量，根據(jù)窯灰產(chǎn)生量，定量均勻帶入入窯系統(tǒng)。通過(guò)此項(xiàng)改造可有效控制生料磨長(zhǎng)時(shí)間避峰引起入窯生料成分中有害成分過(guò)渡集中入窯。

4 后結(jié)圈的處理

4.1 常規(guī)后結(jié)圈的處理方法

（l）處理后結(jié)圈一般采取燒圈法，有熱燒法、冷燒法和冷熱交替法。

（2）處理后結(jié)圈應(yīng)注意的問(wèn)題：①熱燒時(shí)，燒成溫度比正常高，火焰應(yīng)長(zhǎng)，火點(diǎn)往窯內(nèi)伸，窯速應(yīng)慢些；冷燒時(shí)，燒成溫度應(yīng)稍低，且火焰應(yīng)回縮，火點(diǎn)往窯頭移，窯速要力爭(zhēng)快轉(zhuǎn)；冷熱交替法就是冷燒和熱燒交替進(jìn)行，使結(jié)圈處溫度有較大變化，讓結(jié)圈塌落。②燒圈時(shí)，應(yīng)注意火焰形狀不能掃窯皮。③燒圈時(shí)，中控應(yīng)與窯巡檢員密切配合，協(xié)調(diào)操作，火點(diǎn)的移動(dòng)可通過(guò)調(diào)整窯內(nèi)通風(fēng)、調(diào)整窯頭噴煤管位置及內(nèi)外風(fēng)閥門(mén)的比例來(lái)實(shí)現(xiàn)。

4.2 針對(duì)性后結(jié)圈的處理

（1）處理較遠(yuǎn)的后結(jié)圈則以冷為主。一般結(jié)在55m前后為硫堿圈，硫堿圈是不常見(jiàn)的。它結(jié)在分解帶物料溫度930℃左右的地段。其生成原因是由于煤灰或生料中含有較高量的SO3，在上述溫度下與Na2O和K2O生成易熔的硫酸鹽而形成圈。這種圈有一個(gè)特點(diǎn)，就是當(dāng)溫度超過(guò)1 000℃時(shí)，硫酸鹽揮發(fā)，圈即自行脫落消失。形成圈后，應(yīng)在操作上逐漸提高燃燒帶溫度，拉長(zhǎng)火焰，使結(jié)圈地段溫度大于930℃，從而使大量的硫酸堿揮發(fā)，消除結(jié)圈。

（2）處理較近的后結(jié)圈則以燒為主，一般結(jié)在燃燒帶尾部稱(chēng)為熟料圈。其形成原理與形成窯皮的原理一樣，只不過(guò)在客觀條件發(fā)生變化時(shí)（如KH低了，含鐵、鋁高了，煤粉中灰分增高了，水分大了等），操作跟不上去，參數(shù)不合理，致火點(diǎn)后移，液相過(guò)早出現(xiàn)，使襯料與物料間的溫差增大，圈體愈結(jié)愈厚，形成后圈。一旦結(jié)圈，窯內(nèi)通風(fēng)受到阻礙，火焰伸不進(jìn)去，形成短焰急燒，煤粉燃燒不完全，窯內(nèi)發(fā)渾，局部高溫，損傷窯皮，窯速提不起來(lái)。同時(shí)，窯內(nèi)負(fù)荷增加，負(fù)壓上升，尾溫下降，來(lái)料不均，竄料嚴(yán)重。結(jié)圈積料嚴(yán)重時(shí)，窯內(nèi)負(fù)荷過(guò)大，還會(huì)造成馬達(dá)發(fā)熱，跳閘，窯內(nèi)倒煙，對(duì)產(chǎn)量、質(zhì)量及安全運(yùn)轉(zhuǎn)影響極大。

熟料圈如何處理，在處理熟料圈時(shí)，要根據(jù)圈體的特點(diǎn)和遠(yuǎn)近，分別采取不同的處理方法，才能達(dá)到較好的效果。

一般采用冷熱交替法處理，燒遠(yuǎn)圈時(shí)以冷為主，燒近圈時(shí)以熱為主。①當(dāng)窯內(nèi)窯皮長(zhǎng)得長(zhǎng)而厚或輕度圈根時(shí)，將噴煤管偏外拉出，移動(dòng)燃燒帶位置，降低結(jié)圈部位溫度，改變煤灰沉落位置，使厚長(zhǎng)的窯皮逐漸垮落。調(diào)整風(fēng)煤配合，加速煤粉燃燒，使高溫帶兩端低溫部分不拖長(zhǎng)，防止圈根繼續(xù)成長(zhǎng)。②當(dāng)窯內(nèi)厚窯皮處理不當(dāng)或不及時(shí)而導(dǎo)致周期性快、慢車(chē)加重，使厚窯皮發(fā)展形成熟料圈時(shí)。首先要確定圈的位置和厚度及圈后積料情況。然后減少喂料量，一般減少到正常喂料量的70%～80%。提高火焰溫度，加強(qiáng)預(yù)燒，逐漸加快窯速，保持窯的快轉(zhuǎn)，卸出圈后部分積料。待圈后積料減少時(shí)，可將噴煤管伸入窯內(nèi)，適當(dāng)抬高噴煤嘴，使火焰的高溫區(qū)移向圈體處。此時(shí)排風(fēng)不宜加得過(guò)大，防止火焰溫度降低。燒4～5h后，再將噴煤管拉出燒，這樣反復(fù)處理，使圈體受溫度變化而垮落。在處理熟料圈時(shí)，要適當(dāng)改變?cè)铣煞?，減少物料中的液相量，適當(dāng)改變煤的質(zhì)量，采用高揮發(fā)物，低灰分的煤，保證煤粉完全燃燒，以防圈的發(fā)展。③處理熟料圈時(shí)，一定要在保護(hù)窯皮的基礎(chǔ)上進(jìn)行，勿使火焰過(guò)分集中。經(jīng)處理后圈仍很牢固，而且嚴(yán)重操作窯皮及襯料時(shí)，應(yīng)停窯除圈。④燒圈過(guò)程中，輔助進(jìn)行生料配料方案調(diào)整，提高硅酸率，結(jié)合窯況情況來(lái)確定調(diào)整的幅度。切記，處理后結(jié)圈必須保證高窯溫。

5 結(jié) 語(yǔ)

回轉(zhuǎn)窯內(nèi)結(jié)后圈通過(guò)采取積極的防控措施，查清原因，對(duì)癥下藥，統(tǒng)一操作思想，三班保一窯，穩(wěn)定的熱工制度，可完全杜絕結(jié)后圈的發(fā)生。