預(yù)分解窯黃心料產(chǎn)生的原因及解決措施

李永良，李國(guó)星，劉德華，黃申永

預(yù)分解窯黃心料產(chǎn)生的原因及解決措施

Reasons and Solutions for the Appearance of Clinker with Brown Core in the Precalciner Kiln

李永良，李國(guó)星，劉德華，黃申永

1 前言

我公司3號(hào)線2500t/d熟料預(yù)分解窯燒成采用?4.0m×60m回轉(zhuǎn)窯帶五級(jí)旋風(fēng)預(yù)熱器高原型NDSP52分解爐。從2010年4月份以來(lái)，熟料曾多次出現(xiàn)“黃心料”，同時(shí)伴隨fCaO含量偏高，熟料28d抗壓強(qiáng)度偏低，嚴(yán)重影響熟料質(zhì)量的提高。為此，工藝組采取相應(yīng)技術(shù)措施進(jìn)行攻關(guān)，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際情況找出產(chǎn)生黃心料的原因，并對(duì)“黃心料”形成機(jī)理加以分析，成功地解決了“黃心料”的問(wèn)題，取得了良好的效果。

2 黃心料

在水泥生產(chǎn)中正常熟料是在窯內(nèi)空氣略有過(guò)剩的情況下燒成的，如窯內(nèi)氧氣不足，燃料燃燒不完全，就會(huì)形成CO還原氣氛，其反應(yīng)式為：C+O2→CO2+Q，C+1/2O2→CO+Q。預(yù)分解窯產(chǎn)生的黃心料，就是在窯內(nèi)缺氧的還原氣氛下生產(chǎn)出來(lái)的熟料。預(yù)分解窯產(chǎn)生的黃心料可分為疏松性黃心料和致密性黃心料。疏松黃心料結(jié)構(gòu)疏松、熟料燒失量高、fCaO高、后期強(qiáng)度明顯降低，它是在窯頭溫度低、窯尾存在還原氣氛的條件下產(chǎn)生的；而致密性黃心料外殼的顏色與正常熟料相似，結(jié)粒較大，升重較高，砸開熟料后核心呈大小不等的黃心，它是在還原氣氛較強(qiáng)或煤粉直接還原作用下，F(xiàn)2O3被還原成FeO，因此熟料顏色發(fā)黃，當(dāng)冷卻時(shí)，表層熟料因再氧化而呈黑色。黃心料的黃心程度隨FeO含量而增加，而總的鐵含量卻沒(méi)有明顯變化；而有些黃心料中SiO2和Al2O3的含量較高，這主要是煤灰摻入過(guò)多造成的。

還原熟料的危害很多，影響窯的產(chǎn)量、質(zhì)量、煤耗、熱工制度的穩(wěn)定，影響熟料、水泥的質(zhì)量外觀顏色等，且熟料強(qiáng)度低，易磨性差，因此必須采取措施解決。

3 原材料化學(xué)分析

生料采用石灰石、砂巖、粘土和硫酸渣四組分配料，原材料月平均數(shù)據(jù)化學(xué)成分見表1，煤的工業(yè)分析月平均數(shù)據(jù)見表2。

4 熟料月平均化學(xué)分析和抗壓強(qiáng)度

從表3可看出，熟料28d強(qiáng)度只有54MPa，在某種程度上影響了水泥質(zhì)量的穩(wěn)定性，為穩(wěn)定出廠水泥強(qiáng)度，在水泥生產(chǎn)控制過(guò)程中，只好采取提高出磨水泥比表面積、降低混合材摻加量等措施，在一定程度上增加了企業(yè)的生產(chǎn)成本。

5 產(chǎn)生黃心料的原因分析

（1）風(fēng)、煤、料、窯速配合不好

風(fēng)、煤、料配合不好，是產(chǎn)生黃心料的根本原因。多數(shù)情況是窯系統(tǒng)排風(fēng)不夠或喂料太多。窯頭喂煤過(guò)多，在一、二次風(fēng)量不變的情況下，窯內(nèi)氧含量明顯不足，導(dǎo)致煤粉燃燒不完全，而產(chǎn)生還原氣氛，易出現(xiàn)黃心料；窯尾分解爐喂煤過(guò)多，將導(dǎo)致預(yù)熱器框架內(nèi)溫度升高,因而易在縮口、斜坡等部位產(chǎn)生結(jié)皮，影響窯內(nèi)通風(fēng)，同樣易使窯內(nèi)氧含量不足，產(chǎn)生還原氣氛，導(dǎo)致出現(xiàn)黃心料；窯系統(tǒng)出現(xiàn)工藝故障，如窯內(nèi)結(jié)大球、結(jié)圈或長(zhǎng)厚窯皮、窯尾下料斜坡積灰等均可影響窯內(nèi)通風(fēng)，造成煤粉不完全燃燒。這些因素的產(chǎn)生，是形成還原料的主要原因，因此在實(shí)際生產(chǎn)中要注意風(fēng)、煤、料三者的合理匹配。

窯速過(guò)低，由于大小齒磨損較大，導(dǎo)致大小齒頂尖間隙嚙合不好，震動(dòng)較大，窯速一直在3.0r/min，使得窯內(nèi)物料的填充率增加，窯內(nèi)阻力增大，通風(fēng)面積受限，供氧不足，以至產(chǎn)生黃心料。

我公司所使用的煤粉灰分高、揮發(fā)分低，煤粉燃燒速度慢，燃盡率較低且火焰溫度不集中，使火焰的長(zhǎng)度拉長(zhǎng)，窯內(nèi)高溫點(diǎn)后移，形成低溫長(zhǎng)焰，在慢窯速條件下，生料提前出現(xiàn)液相，加上未完全燃燒的煤粉沉積在生料中及火焰缺氧現(xiàn)象，所以產(chǎn)生了較疏松的黃心料。

表1 原材料月平均化學(xué)成分，%

窯頭用煤量太大，二次風(fēng)溫偏低，當(dāng)熟料fCaO偏高時(shí)，中控操作員會(huì)誤以為是窯頭用煤量偏少所致，于是便增加窯頭用煤量，以提高燒成帶溫度。有時(shí)甚至出現(xiàn)窯頭用煤量與分解爐用煤量倒置的現(xiàn)象，大量煤粉燃燒不完全，窯內(nèi)還原氣氛加重,進(jìn)一步降低窯頭溫度，同時(shí)大量煤粉被風(fēng)拉到窯尾燃燒，造成系統(tǒng)溫度偏高，液相提前出現(xiàn)，形成長(zhǎng)厚結(jié)皮等工藝事故，進(jìn)一步加劇還原氣氛的產(chǎn)生，導(dǎo)致“黃心料”的出現(xiàn)。

（2）系統(tǒng)溫度控制不合理

近段時(shí)間，分解爐出口溫度控制相對(duì)偏高，在920℃左右，窯尾溫度控制在1050℃，致使分解爐縮口、窯尾煙室結(jié)皮嚴(yán)重，分解爐出口負(fù)壓高到1100Pa，窯內(nèi)通風(fēng)不暢，產(chǎn)生了致密的“黃心料”。

二次風(fēng)溫一直偏低，在940℃左右，由于二次風(fēng)溫低，煤粉燃燒不好，出現(xiàn)部分不完全燃燒現(xiàn)象，使煤粉后燃，高溫帶后移，使窯內(nèi)形成還原氣氛，熟料出現(xiàn)“黃心料”。

（3）三次風(fēng)閘板開度不合理

三次風(fēng)閘板受熱變形及磨損，使閘板實(shí)際開度比設(shè)定開度大（設(shè)定閘板開度為35%，實(shí)際上達(dá)到50%），導(dǎo)致窯內(nèi)風(fēng)量減少，從而降低煤粉燃燒速度，使煤粉后燃，產(chǎn)生不完全燃燒，在還原氣氛下F2O3被還原成低價(jià)的FeO，產(chǎn)生“黃心料”。

表2 煙煤工業(yè)分析月平均數(shù)據(jù)

表3 月平均熟料化學(xué)分析（%）、率值及強(qiáng)度（MPa）

（4）噴煤管的位置和內(nèi)外風(fēng)的比例失調(diào)

噴煤管在窯口截面位置不合理，導(dǎo)致二次風(fēng)不足，內(nèi)風(fēng)和外風(fēng)的風(fēng)量、風(fēng)速比例不合理，風(fēng)煤混合不好。生產(chǎn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)噴煤管的位置較低，火焰逼近料面，火焰不順，噴煤管噴嘴愈接近料層,黃心料生成愈多，以水平方向靠近料層尤甚。噴嘴靠近料層，火焰鋪在物料表面上，火焰中的炭粒緊貼物料向前運(yùn)行，由于火焰與物料表面間隙變小，氧氣含量不足，因而在物料表面產(chǎn)生嚴(yán)重的還原氣氛。未燃盡或正在燃燒的炭粒容易落入熟料中，減少了與氧氣接觸的機(jī)會(huì)，產(chǎn)生還原氣氛，煤粉不完全燃燒嚴(yán)重，導(dǎo)致急燒和不完全燃燒，產(chǎn)生黃心料，并伴隨fCaO高（煤管位置如圖1B點(diǎn)）。

煤管內(nèi)外風(fēng)比例的大小直接影響燒成帶的長(zhǎng)度及火焰形狀。過(guò)小的外風(fēng)噴出速度將影響直流風(fēng)的穿透能力,減弱對(duì)入窯二次風(fēng)的卷吸,導(dǎo)致煤粉與二次風(fēng)不能很好地混合,煤粉燃燒不完全,產(chǎn)生還原氣氛;過(guò)大的外風(fēng)噴出速度將會(huì)引起過(guò)大的回流，強(qiáng)化煤粉的后期混合

與燃燒，使火焰高溫區(qū)拉長(zhǎng)，同樣會(huì)導(dǎo)致煤粉燃燒不完全，使窯尾溫度過(guò)高，而內(nèi)風(fēng)旋流強(qiáng)度僅控制著火焰形狀。通過(guò)觀察，發(fā)現(xiàn)燃燒器內(nèi)外風(fēng)比例分別為30%和90%，火焰細(xì)長(zhǎng)，窯內(nèi)長(zhǎng)厚窯皮，煙室結(jié)皮較厚，影響窯內(nèi)通風(fēng)，形成還原氣氛。

6 采取的措施

根據(jù)中控系統(tǒng)工藝參數(shù)操作，及時(shí)正確調(diào)整用煤量和系統(tǒng)通風(fēng)量，窯頭喂煤量和窯尾分解爐喂煤量比例嚴(yán)格按4：6控制，確保爐中及出口氣體溫度的穩(wěn)定。操作中嚴(yán)格掌握系統(tǒng)內(nèi)溫度和壓力的變化，保持系統(tǒng)內(nèi)通風(fēng)良好，防止溫度過(guò)高或過(guò)低，堅(jiān)持前后兼顧，把預(yù)分解系統(tǒng)情況與窯頭燒成帶情況結(jié)合起來(lái)考慮。在操作上，嚴(yán)防大起大落、頂火逼燒，嚴(yán)禁跑生料或停窯燒，做到穩(wěn)定操作、穩(wěn)定熱工制度、穩(wěn)定下料量，確保分解爐安全穩(wěn)定運(yùn)行。

如發(fā)現(xiàn)燒成帶溫度偏低，窯電流曲線下降和fCaO呈上升趨勢(shì)，必須認(rèn)真分析問(wèn)題的真正原因所在，不能盲目地加大頭煤用量，要以加尾煤為基礎(chǔ)合理調(diào)整頭煤的用量。

實(shí)行“薄料快轉(zhuǎn)”的煅燒操作方法，適當(dāng)提高窯速，由原來(lái)的3.0r/min提高到3.80r/min，降低窯內(nèi)物料填充率，增加物料在窯內(nèi)的翻滾次數(shù)，降低物料在高溫帶的停留時(shí)間，強(qiáng)化物料的煅燒。

圖1 噴煤管在窯口截面的位置

表4 調(diào)整后窯系統(tǒng)情況及熟料質(zhì)量

強(qiáng)化煅燒操作，穩(wěn)定窯內(nèi)熱工制度，篦冷機(jī)采用厚料層操作，并調(diào)整三次風(fēng)閥開度，提高二、三次風(fēng)溫，減少還原氣氛，強(qiáng)化分解爐煤料的混合，穩(wěn)定入窯分解率，對(duì)防止黃心料有積極作用?？刂迫敫G物料分解率在87%～92%，分解爐出口溫度在850～870℃之間，并適當(dāng)減少窯頭煤用量，將窯尾溫度由原來(lái)的1050℃左右降到950℃左右，防止因溫度過(guò)高，引起系統(tǒng)結(jié)皮、結(jié)圈等問(wèn)題的出現(xiàn)。二次風(fēng)溫提高到1050℃以上，避免窯內(nèi)由于煤粉燃燒不充分而產(chǎn)生還原氣氛，提高煤粉的燃燒速度和燒成帶溫度，減少窯內(nèi)產(chǎn)生黃心料的幾率。

優(yōu)化調(diào)整燃燒器內(nèi)外風(fēng)比例。根據(jù)窯筒體溫度曲線和窯皮長(zhǎng)度，優(yōu)化調(diào)整三風(fēng)道燃燒器內(nèi)外風(fēng)比例，將其調(diào)整為：內(nèi)風(fēng)70%，外風(fēng)80%，保證煤粉的充分燃燒。同時(shí)要求現(xiàn)場(chǎng)人員加強(qiáng)巡檢，及時(shí)清理燃燒器端部的積料，防止端部變形，火焰形狀發(fā)生改變，影響煤粉的燃燒。

適當(dāng)?shù)幕鹧骈L(zhǎng)度、形狀和位置對(duì)保護(hù)窯皮、防止產(chǎn)生黃心料是非常重要的。生產(chǎn)實(shí)踐告訴我們，四風(fēng)道煤管噴嘴的位置和火焰高低對(duì)窯皮的厚薄和長(zhǎng)短影響很大。火焰離料近，窯皮厚，影響窯內(nèi)通風(fēng)，窯皮厚度一般以20～25cm為好；火焰離料遠(yuǎn)，窯皮薄，影響耐火磚的使用壽命；火焰溫度高，窯皮短，火焰溫度低，窯皮長(zhǎng)，增加窯內(nèi)填充系數(shù)。因此噴煤管必須有一個(gè)適當(dāng)?shù)奈恢谩?shí)踐證明，煤管位置定位在窯口截面第四象限為宜（如圖1A點(diǎn)）。

內(nèi)外風(fēng)的調(diào)整，一般加大內(nèi)風(fēng)時(shí)火焰短而粗，加大外風(fēng)時(shí)火焰細(xì)而長(zhǎng)。內(nèi)風(fēng)過(guò)大易造成短粗發(fā)散，不僅容易燒壞窯皮，還會(huì)導(dǎo)致結(jié)粒粗大，產(chǎn)生黃心料。外風(fēng)過(guò)大，火焰核心區(qū)拉長(zhǎng)，易使未燃盡的焦碳粒子沉落在窯后段繼續(xù)燃燒，使物料過(guò)早出現(xiàn)液相，產(chǎn)生過(guò)長(zhǎng)的浮窯皮，引起結(jié)圈。調(diào)整燃燒器內(nèi)外風(fēng)比例分別為50%和70%，強(qiáng)化煤粉的完全燃燒。

7 效果

通過(guò)采取上述措施，改善了煤粉燃燒條件，減輕了窯內(nèi)還原氣氛，預(yù)分解窯出現(xiàn)黃心料的情況大大減少，提高了熟料產(chǎn)質(zhì)量，并取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。采取優(yōu)化調(diào)整措施后“黃心料”出現(xiàn)頻次及熟料的物理性能見表4。

TQ172.622.29

B

1001-6171（2011）06-0046-03

通訊地址：云南遠(yuǎn)東水泥有限責(zé)任公司技術(shù)中心，云南 陸良 655600；

2011-03-19；

呂 光