一次熟料游離氧化鈣波動的分析

鄒立，向鳳英

一次熟料游離氧化鈣波動的分析

Analysis on Fluctuations of Free Lime Content in the Clinker

鄒立1，向鳳英2

1 前言

某公司1000t/d新型干法水泥生產(chǎn)線，在2010年11月份出窯熟料fCaO含量達1.91%～5.60%，持續(xù)偏高，高游離鈣造成熟料安定性不合格，而熟料KH為0.857～0.894，并不高。11月熟料熒光全分析見表1。

2 游離氧化鈣持續(xù)偏高的原因

一般情況下，KH值低fCaO也低是符合配料計算的，但KH低fCaO高的反?，F(xiàn)象往往是由于C3S分解產(chǎn)生的二次fCaO造成的，而C3S分解主要是還原氣氛和冷卻速度所致。

2.1 還原氣氛導(dǎo)致二次fCaO增高

水泥熟料正常生產(chǎn)中都是在氧化氣氛下進行的，但是當(dāng)煤粉燃燒不充分時常會產(chǎn)生還原氣氛。該公司11月份入窯煤粉質(zhì)量較差，煤粉灰分達42%以上，熱值僅18601kJ/kg左右，該月入窯煤粉工業(yè)分析見表2。

由于入窯煤粉質(zhì)量差，燃燒性能差，在窯內(nèi)燃燒不充分，部分煤粉被拉至窯尾仍燃燒不完全，以致窯內(nèi)還原氣氛嚴重，熟料中的Fe3+被還原成Fe2+，由于熟料在還原氣氛下燒成，F(xiàn)e2+取代了部分Ca2+進入C3S晶格中，當(dāng)熟料出窯后在空氣中冷卻時，F(xiàn)e2+又重新被氧化成Fe3+，F(xiàn)e3+不能取代C3S晶格中Ca2+，在氧化過程中從堿性組分轉(zhuǎn)變?yōu)樗嵝越M分，奪取C3S中的Ca2+化合形成CF，這些離子的遷移導(dǎo)致C3S結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定而分解出C2S和二次fCaO。由此可以看出，水泥熟

料在燒成過程中煅燒氣氛對熟料的化學(xué)、礦物組成影響顯著，在還原氣氛下，熟料中的Fe3+被還原成Fe2+，引起熟料中的礦物組成發(fā)生變化，導(dǎo)致熟料中C3S、C4AF的形成量降低，C2S、C3A、二次fCaO含量增加。2.2 熟料冷卻速度對二次fCaO的影響

C3S是不一致熔化合物（不穩(wěn)定的化合物，沒有自己的熔點，加熱這種化合物到某一溫度便分解成一種液相和一種晶相，二者組成與化合物組成皆不相同），它僅存在于2150℃～1250℃之間。在2150℃，C3S分解為CaO和液相，在1250℃時，C3S分解為α-C2S和二次fCaO，但這時的分解只在靠近1250℃溫度范圍內(nèi)才以較快的速度進行，在較低溫度時C3S的分解幾乎可以忽略不計，所以在常溫下C3S能以介穩(wěn)狀態(tài)長時間存在。為此在生產(chǎn)實際中常采取急冷措施，即將燒成的水泥熟料急冷，使之更快地通過1250℃的溫度范圍，這樣C3S來不及分解而以介穩(wěn)狀態(tài)保存下來。該公司在11月份由于窯頭廢氣風(fēng)機損壞，為減少環(huán)境污染篦冷機內(nèi)鼓風(fēng)量減少，加上窯內(nèi)通風(fēng)差，還原氣氛重，窯冷卻帶及篦冷機內(nèi)冷卻效果差，導(dǎo)致熟料冷卻緩慢，以致C2S分解為α-C2S和二次fCaO。

3 針對二次fCaO持續(xù)偏高采取的措施

鑒于fCaO持續(xù)偏高，該公司深刻分析了產(chǎn)生的原因，決定從煤粉質(zhì)量、配料方案、設(shè)備維護、精細操作等方面著手進行整改。

3.1 控制入窯煤粉質(zhì)量

欲控制入窯煤粉質(zhì)量首先應(yīng)從源頭抓起，加強進廠原煤質(zhì)量管理，對于進廠原煤應(yīng)盡可能地用兩到三個礦點的煤，避免過多的劣質(zhì)礦點煤進廠，以確保進廠原煤的質(zhì)量和數(shù)量，同時應(yīng)分礦點堆放，搭配入預(yù)均化堆場，加強均化效果。對于庫房現(xiàn)存的大量劣質(zhì)原煤不能單獨使用，而要立即進購一批優(yōu)質(zhì)原煤，并及時檢驗堆場內(nèi)各點煤的質(zhì)量，根據(jù)具體情況確定如何布料和取料，從而更好地搭配使用。高灰分低熱值的煤粉燃燒特性差，火焰燃燒速度慢，火焰偏長，黑火頭長，火焰溫度低，煤灰沉降多，熟料結(jié)粒偏大，易長長厚窯皮和出現(xiàn)黃心料，所以應(yīng)控制較低的出磨水分和煤粉細度來改善煤粉的燃燒性能，提高燃燒速度和火焰溫度，避免長厚窯皮和還原氣氛出現(xiàn)。為此確定入窯煤粉水分由≤1.5%調(diào)整至≤1.0%，將煤粉細度控制指標(biāo)由0.08mm篩篩余≤5.0%調(diào)整至≤2.0%。為達到這一目標(biāo)，將煤磨（?2.4m×4.75m）研磨體的級配方案進行了調(diào)整，在原有兩種規(guī)格（?50mm、?40mm）鋼球的基礎(chǔ)上增加了?30mm鋼球的含量，從而確保了煤粉細度指標(biāo)的實現(xiàn)。煤磨研磨體級配方案見表3。

表1 11月高fCaO熟料熒光全分析（%）及率值

表2 11月入窯煤粉工業(yè)分析

同時為加強煤炭的全過程管理，從管理層面有效降低熟料熱耗，該廠根據(jù)入窯煤粉空氣干燥基低位發(fā)熱量和相關(guān)水分推算得出進廠原煤收到基低位發(fā)熱量，再根據(jù)檢測得出的進廠原煤收到基低位發(fā)熱量，計算其差異率。受煤粉制備過程中熱風(fēng)帶入粉塵的影響，入窯煤粉發(fā)熱量與進廠原煤發(fā)熱量相比發(fā)生了變化，經(jīng)試驗，其變化程度與帶入粉塵的含量相當(dāng)，在基于煤粉較原煤增加3%灰分的前提下，再考慮試驗誤差，其差異率應(yīng)為-5%～-1%之間。該廠每月對進廠煤炭和入窯煤粉的發(fā)熱量進行差異性分析，若差異率在-5%～-1%時（基于煤粉較原煤增加3%的灰分），視為正常，若超出此范圍，將對相關(guān)人員進行處罰，從而加強了進廠原煤的管理。

原煤收到基低位發(fā)熱量按式（1）推算：

表3 煤磨（?2.4m×4.75m）研磨體級配，t

表4 12月入窯煤粉工業(yè)分析

表5 12月熟料熒光全分析（%）及率值

表6 優(yōu)化配料方案前后熟料率值變化情況

式中：

Qnet,ar——推算得出的原煤收到基低位發(fā)熱量，kJ/kg

Qnet,ad——入窯煤粉空氣干燥基低位發(fā)熱量，kJ/kg

Mar——原煤收到基水分，%

Mad——入窯煤粉空氣干燥基水分，%

檢測得出的進廠原煤收到基低位發(fā)熱量與推算得出的原煤收到基低位發(fā)熱量的差異率按式（2）進行計算：

差異率＝（推算得出的原煤收到基低位發(fā)熱量-檢測得出的進廠原煤收到基低位發(fā)熱量）÷檢測得出的進廠原煤收到基低位發(fā)熱量×100% （2）

通過加強入窯煤粉質(zhì)量控制，入窯煤粉質(zhì)量有了明顯的變化，趨于穩(wěn)定，該廠2010年12月入窯煤粉工業(yè)分析見表4。

3.2 采用低鐵配料，減少黃心料

由于煤粉質(zhì)量差，燃燒特性差，易產(chǎn)生還原氣氛，熟料中的Fe3+被還原成Fe2+，當(dāng)熟料出窯后在空氣中冷卻時，F(xiàn)e2+又重新被氧化成Fe3+，奪取C3S中的Ca2+化合形成CF，導(dǎo)致C3S結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定而分解出a/-C2S和二次fCaO。因此采用低鐵的配料方案，將熟料中的Fe2O3控制在2.7±0.1，從而減少大量的Fe3+被還原成Fe2+的幾率，為減少熟料中黃心料的比例和二次fCaO的含量創(chuàng)造了條件。該廠12月熟料熒光全分析見表5，優(yōu)化配料方案前后熟料三率值變化情況見表6。

3.3 加強設(shè)備的維護保養(yǎng)

該公司對設(shè)備巡檢實行精細化管理，建立了工藝、機、電合并的三級巡檢制度，機電合并巡檢能夠有效地提高勞動生產(chǎn)率，故障發(fā)現(xiàn)處理快，技術(shù)互相滲透，與三級（巡檢人員、專業(yè)技術(shù)人員、主管）巡檢相結(jié)合，能夠有效保證一級巡檢質(zhì)量，考核各級管理職責(zé)，從而提高管理效率。通過加強設(shè)備維護保養(yǎng)工作，把一些可能出現(xiàn)的設(shè)備事故消滅在萌芽狀態(tài)，確保了風(fēng)機等主機設(shè)備運行正常，為加強熟料正常煅燒和急冷等創(chuàng)造了條件。

3.4 精細操作穩(wěn)定窯內(nèi)熱工制度

針對這種高灰分低熱值的煤，應(yīng)控制窯內(nèi)過剩空氣上限，系統(tǒng)總風(fēng)量略偏大為宜，在溫度的控制上，關(guān)鍵在于窯頭窯尾兩把火的完全燃燒，窯尾必須保證入窯物料分解率在92%～94%之間，波動不能太大，太高易使物料發(fā)粘，造成預(yù)熱器堵塞，太低則增加窯的負荷。通過控制篦冷機上的料層厚度，來獲得較高的二次風(fēng)溫（1000～1100℃）、三次風(fēng)溫（800℃～900℃），有利于煤粉的快速燃燒，減少還原氣氛的產(chǎn)生，提高窯頭溫度，保證窯的發(fā)熱和傳熱能力，為C3S的形成和熟料煅燒提供保障。

優(yōu)化和調(diào)整燃燒器的參數(shù)，首先調(diào)整燃燒器的象限位置，該公司的窯為?3.4m×52m，燃燒器的位置由原來的（0，0）調(diào)整到第四象限（30，-30），主要是考慮到劣質(zhì)煤的燃燒能力弱，故稍壓低燃燒器頭部和偏料方向加強熟料煅燒。鑒于劣質(zhì)煤易產(chǎn)生不完全燃燒和形成還原氣氛，為了給頭煤燃燒提供更多的氧來促進燃盡率，將燃燒器由原來的零位（燃燒器頭部和窯口平齊）拔出至零位靠外-200mm。燃燒器的內(nèi)外風(fēng)比例由原來的外風(fēng)全開、內(nèi)風(fēng)50%調(diào)整為內(nèi)風(fēng)全開、外風(fēng)只開50%，以縮短火焰提高煅燒溫度。一次風(fēng)壓由原來的15kPa提高到18kPa，充分提供窯頭煤燃燒所需的足夠的O2。通過以上對燃燒器的調(diào)整，劣質(zhì)煤的燃燒有了很大改觀。

采用“薄料快轉(zhuǎn)”的煅燒操作方法，為避免大量未燃盡的煤粉跑到窯尾及預(yù)熱器五級筒內(nèi)燃燒，煅燒操作時應(yīng)全開燃燒器內(nèi)流風(fēng)，并控制窯尾煙氣中O2含量為1.5%～2.0%，同時燃燒器盡量偏料位（即在第四象限內(nèi)），讓煤灰均勻摻入到熟料中，使火焰形狀更集中，提高燒成帶溫度，在正常投料時窯速由3.6r/min提高到3.9r/min，做到“薄料快燒”。

通過采取以上措施后，該廠在2010年12月份熟料質(zhì)量得到了徹底改觀，熟料KH穩(wěn)定在0.92±0.02，fCaO含量在0.5%-1.5%的范圍內(nèi)，合格率達85%以上，fCaO含量＞1.5%，且最大值＜2.0%與＜0.5%的共占15%以下，熟料安定性合格率達100%。熟料結(jié)粒均勻，色澤黑亮，黃心料極少。

4 結(jié)語

由于劣質(zhì)煤燃燒特性差，窯內(nèi)還原氣氛嚴重，窯頭廢氣風(fēng)機損壞，熟料冷卻效果差，造成了C3S的分解，生成了大量的二次fCaO，使得熟料以致水泥安定性不合格而無法出廠，通過采取控制入窯煤粉質(zhì)量、優(yōu)化配料方案、加強設(shè)備維護保養(yǎng)、精細操作穩(wěn)定窯內(nèi)熱工制度等措施，熟料質(zhì)量得到了徹底改觀，熟料中fCaO含量合格率達85%以上，且最大值低于2.0%，結(jié)束了熟料安定性不合格的狀況。

TQ172.14

A

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2011-03-31；

趙 蓮