熟料包心料的產(chǎn)生原因及解決措施

賈兆義

我公司有一條設(shè)計產(chǎn)能2 500t/d的熟料生產(chǎn)線，回轉(zhuǎn)窯規(guī)格φ4m×60m，實際生產(chǎn)能力為3 300t/d左右。該生產(chǎn)線采用高固氣比懸浮預(yù)熱預(yù)分解生產(chǎn)技術(shù)，按照組合式交叉料流和平行雙系列氣流串行布置，集成五級八次氣固換熱，在分解爐外連接旋流器，進(jìn)行爐體外循環(huán)，延長預(yù)分解時間，提高入窯分解率，實現(xiàn)高產(chǎn)低耗、高效運行。

1 存在問題

出窯熟料包心料較多，熟料強(qiáng)度波動大、性能差，fCaO含量居高不下，致使水泥質(zhì)量及性能難以滿足高端用戶的需求。

圖1 熟料包心料外觀

圖2 熟料巖相視野孔隙率

2 熟料包心料產(chǎn)生原因分析

2.1 熟料巖相及熱工標(biāo)定

2.1.1 熟料外觀質(zhì)量及巖相分析

（1）熟料外觀質(zhì)量

現(xiàn)場取出窯熟料觀察可見，熟料顆粒大小極不均勻，圓球狀顆粒較少，無規(guī)則形狀顆粒多，顆粒直徑約1～5cm，邊部有砂狀粒，呈分層燒結(jié)狀，有明顯孔洞；料球表層不光滑且伴有密集熔融結(jié)點，燒結(jié)致密由表層向內(nèi)逐步變化，熟料包心部分較松散。包心料外觀見圖1。

（2）熟料巖相分析

熟料打開后多孔洞，孔隙率偏高。根據(jù)顯微結(jié)構(gòu)的巖相分析，正常熟料孔洞面積與熟料礦物總面積值之比在25.0%～30.0%，而該熟料孔洞面積與熟料礦物總面積之比遠(yuǎn)高于30.0%；而該熟料A礦、B礦集中分布，大多以礦巢形式存在。由巖相分析可見，熟料煅燒溫度不均勻，存在局部煅燒溫度較低現(xiàn)象，熟料冷卻速率慢，在1 250℃停留時間過長，導(dǎo)致A礦包裹B礦現(xiàn)象嚴(yán)重。熟料巖相視野孔隙率見圖2。

2.1.2 熱工標(biāo)定

（1）下料管下料量不穩(wěn)

經(jīng)現(xiàn)場排查發(fā)現(xiàn)，系統(tǒng)翻板閥波動大、下料管下料量不穩(wěn)定，容易跑生料，窯內(nèi)出現(xiàn)結(jié)球、熟料包裹生料現(xiàn)象，且造成系統(tǒng)內(nèi)漏風(fēng)，降低旋風(fēng)筒收塵效率。通過對一級筒的實際風(fēng)量標(biāo)定，由氣體含塵量及入大布袋收塵器的含塵量推算，實際生料料耗系數(shù)為1.596。在生料喂料量小倉控制較為穩(wěn)定的情況下，入窯提升機(jī)電流8.0A左右，入窯生料反饋波動在10～15t/h，來料量波動對系統(tǒng)熱工穩(wěn)定極為不利。當(dāng)來料量突然變大，會造成預(yù)熱器系統(tǒng)物料短路、塌料及躥料現(xiàn)象；當(dāng)來料量突然變小、窯爐內(nèi)溫度偏高，會造成回轉(zhuǎn)窯中后部液相提前出現(xiàn)，并夾雜包裹生料，形成料球，不易煅燒，形成包心料、黃心料，影響熟料質(zhì)量。

（2）系統(tǒng)風(fēng)量偏小

經(jīng)檢測，三次風(fēng)實際風(fēng)量為46 210.60m3（標(biāo)）/h，而分解爐煤粉燃燒需要空氣量為60 945.73m3（標(biāo)）/h，三次風(fēng)風(fēng)量偏小，三次風(fēng)閘板高度為30cm；二次風(fēng)風(fēng)量（不含送煤風(fēng)及入窯一次風(fēng)）為36 490.65m3（標(biāo)）/h，而理論用風(fēng)量為44 907.16m3（標(biāo)）/h。因而系統(tǒng)整體風(fēng)量偏小，二、三次風(fēng)實際用風(fēng)量較理論用風(fēng)量偏小18.5%～24.1%，造成窯尾煙室及分解爐出口的CO含量較高，O2含量不足，煤粉燃燒不完全，產(chǎn)生還原氣氛，致使熟料中包裹有黃色料球及少部分褐色料。

（3）系統(tǒng)阻力大

窯尾預(yù)熱器系統(tǒng)阻力較大，C1出口負(fù)壓高達(dá)6 800Pa，高溫風(fēng)機(jī)入口負(fù)壓高達(dá)7 280Pa，造成高溫風(fēng)機(jī)功率高（運行電流高達(dá)127A）。根據(jù)C5出口負(fù)壓約1 800Pa判斷，阻力高的原因是各級預(yù)熱器阻力大，這與料氣比高有關(guān)。

（4）C1出口溫差高

C1A、C1B出口溫度相差高達(dá)40℃，存在換熱不均勻現(xiàn)象，入口換熱段距離較短，換熱效果較差。根據(jù)空間位置，對喂料點進(jìn)行改造，適當(dāng)延長入口換熱段距離，提高換熱效果。

（5）一級筒與風(fēng)機(jī)壓差較大

經(jīng)檢測，一級筒出口粉塵排放量10.09t/h，含塵濃度25g/m3左右，濃度較低，一級筒收塵效率高達(dá)95.31%，但阻力較大，壓損在1 500Pa左右，特別是一級筒與高溫風(fēng)機(jī)之間壓差較大。

2.2 熟料包心料成因分析

通過熟料巖相分析及系統(tǒng)熱工標(biāo)定可知，熟料包心料形成主要原因是燒成系統(tǒng)熱系統(tǒng)整體風(fēng)量不足、窯爐風(fēng)不匹配、喂料量波動大、頭煤量過多、窯速頻繁調(diào)整等導(dǎo)致的熱工制度不穩(wěn)定，從而造成回轉(zhuǎn)窯長厚窯皮、結(jié)圈結(jié)蛋、頻繁塌料等，在窯爐還原氣氛較濃狀態(tài)下，極易產(chǎn)生熟料包心料，嚴(yán)重影響熟料質(zhì)量。

圖3 入分解爐（C4B）

圖4 旋流器

（1）系統(tǒng)來料不穩(wěn)定，生料沖板流量計（計量秤）波動較大，影響窯內(nèi)熱工狀態(tài)，容易造成系統(tǒng)參數(shù)紊亂。

（2）撒料箱的撒料效果較差，當(dāng)現(xiàn)有喂料秤喂料波動較大時，三、四級撒料箱的作用尤為重要，不僅起到使物料充分交換的作用，同時也可預(yù)防三級向五級塌料，四級向分解爐塌料的情況發(fā)生，撒料效果差時會有物料短路現(xiàn)象出現(xiàn)。

（3）窯、爐總風(fēng)量偏小，煤粉燃燒不完全，窯尾及分解爐出口的一氧化碳濃度較高，浪費燃料，不利于熟料的煅燒，易產(chǎn)生還原料，造成熟料fCaO含量偏高。

（4）熟料MgO含量較高（4.5%左右），易使窯內(nèi)低溫液相量增多，并提前出現(xiàn)，使上過渡帶出現(xiàn)大量的液相，熟料提前結(jié)粒且結(jié)粒逐步增大。這些大顆粒球核進(jìn)入燒成帶后，熱量從大顆粒料球表面?zhèn)鞯街行妮^困難，增加頭煤用量容易造成長厚窯皮，窯內(nèi)還原氣氛較濃，加重褐色還原料的形成氛圍。

3 解決措施

3.1 沖板流量計改裝為轉(zhuǎn)子秤，穩(wěn)定系統(tǒng)生料喂料，撒料箱增加撒料板，增強(qiáng)物料分散能力

由于生料沖板流量計（計量秤）波動較大，影響系統(tǒng)來料穩(wěn)定性，操作時分解爐出口溫度很難控制，系統(tǒng)熱工制度不穩(wěn)。為了解決以上問題，將沖板流量計改裝為轉(zhuǎn)子秤，保證了下料的穩(wěn)定。其次，對C3B、入分解爐的C4B（圖3）和旋流器（圖4）下料管撒料箱增加了撒料板，采用耐熱鋼板自行制作撒料板，按照C3B2（超出原撒料臺邊緣）0cm、旋流器25cm、C4B（入分解爐）30cm的插入深度要求進(jìn)行定位，以增強(qiáng)物料分散能力。同時，設(shè)計更換撒料箱為120°廣角撒料箱，提高物料分散性，防止窯內(nèi)出現(xiàn)竄生料現(xiàn)象。

3.2 普通翻板閥（圖5）更換為微動翻板閥（圖6），改善系統(tǒng)鎖風(fēng)效果

由于系統(tǒng)內(nèi)漏風(fēng)，二、三次風(fēng)量小，系統(tǒng)整體風(fēng)量不足，將C1A、C1B下部翻板閥、C4A、C4B、C5以及旋流器翻板閥進(jìn)行更換，改用鎖風(fēng)效果更好的微動翻板閥。

3.3 對三次風(fēng)管入風(fēng)口進(jìn)行改造，更換新的噴煤管，提高熟料煅燒能力

在三次風(fēng)管入分解爐口一側(cè)加做斜度約25°導(dǎo)風(fēng)墻，使得入分解爐后風(fēng)場更加合理，改變?nèi)霠t三次風(fēng)的切向運行效應(yīng)，促進(jìn)爐內(nèi)風(fēng)煤匹配，使煤粉充分燃燒，進(jìn)而預(yù)防局部高溫產(chǎn)生結(jié)皮。同時，更換使用新的噴煤管，解決窯內(nèi)頻繁結(jié)圈結(jié)球，改善因窯、爐總體風(fēng)量偏小、煤粉燃燒不完全的問題。

3.4 穩(wěn)定生料成分，提升生料KH合格率，控制熟料MgO含量

針對石灰石質(zhì)量波動大的特點，搭配開采礦山石灰石，穩(wěn)定均化庫底各區(qū)下料，保證下料點下料正常，恒定標(biāo)準(zhǔn)倉倉重，有效管控生料均化鏈，進(jìn)而提升生料KH合格率，控制熟料MgO含量≤4.0%。

3.5 對高溫風(fēng)機(jī)進(jìn)行改造，調(diào)整三次風(fēng)閘板，加大系統(tǒng)風(fēng)量

將高溫風(fēng)機(jī)入口百葉閥葉片拆除，減少管道阻力，改原主電機(jī)液力耦合器為變頻器控制調(diào)速，在保證系統(tǒng)負(fù)壓前提下，適當(dāng)提高窯頭高溫風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，加強(qiáng)系統(tǒng)通風(fēng)。三次風(fēng)閘板高度由30cm調(diào)整為40cm。調(diào)整后三次風(fēng)的風(fēng)量51 682.13m3（標(biāo)）/h，二次風(fēng)的風(fēng)量39 871.66m3（標(biāo)）/h，從而使二、三次風(fēng)實際用風(fēng)量較理論用風(fēng)量由原來偏小18.5%～24.1%下降為偏小11.2%～15.2%。

3.6 減少窯頭煤用量，提高回轉(zhuǎn)窯轉(zhuǎn)速

在生產(chǎn)過程中，適當(dāng)減少窯頭煤用量，提高回轉(zhuǎn)窯轉(zhuǎn)速，將轉(zhuǎn)速由原來3.8r/min提高到4.3r/min，達(dá)到“薄料快轉(zhuǎn)”，減少窯內(nèi)物料填充率，保證窯內(nèi)通風(fēng)良好，進(jìn)而保證窯內(nèi)煤粉燃燒更加充分。

圖5 更換前普通翻板閥圖紙

圖6 更換后微動翻板閥

4 改造效果

4.1 工藝故障停機(jī)次數(shù)大幅減少

經(jīng)統(tǒng)計，2018年3月15日改造開機(jī)后，回轉(zhuǎn)窯非計劃停機(jī)次數(shù)大幅度減少，3～4月實現(xiàn)回轉(zhuǎn)窯連續(xù)運行36d，5～8月實現(xiàn)回轉(zhuǎn)窯連續(xù)運行72d，9～11月實現(xiàn)回轉(zhuǎn)窯連續(xù)運行65d，連續(xù)運轉(zhuǎn)的時段和天數(shù)創(chuàng)歷史最好水平。工藝故障停機(jī)3次，比2017年停機(jī)12次減少了75%，未出現(xiàn)回轉(zhuǎn)窯結(jié)大塊現(xiàn)象。

4.2 熟料質(zhì)量及性能提高

通過上述措施，熟料表面光滑無孔，剖開后結(jié)構(gòu)致密，熔融感較強(qiáng)，質(zhì)量總體性能顯著提高，熟料強(qiáng)度、穩(wěn)定性提高。改造后，2018年3月～11月較2017年同期熟料28d強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)偏差下降0.72（見圖7），28d抗壓強(qiáng)度提高3.5MPa，按我公司熟料fCaO含量≤1.2%的內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)，熟料fCaO內(nèi)控合格率提高14.6%（見表1），生產(chǎn)P·O42.5水泥的fCaO含量控制指標(biāo)可滿足鐵路標(biāo)準(zhǔn)及相關(guān)高端用戶的需求。

圖7 熟料28d強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)偏差

表1 改造前后熟料fCaO內(nèi)控合格率對比，%

表2 改造前后回轉(zhuǎn)窯產(chǎn)量對比表，t/h

表3 改造前后熟料燒成電耗對比表，kWh/t

4.3 回轉(zhuǎn)窯產(chǎn)量顯著提高，電耗明顯下降

由表2、表3回轉(zhuǎn)窯改造前后產(chǎn)量對比表及電耗對比表可見，改造后，2018年較改造前2017年窯產(chǎn)量提高5.0t/h左右，實際生產(chǎn)能力由改造前3 150t/d上升到3 300t/d以上，電耗下降0.83kWh/t熟料，回轉(zhuǎn)窯提產(chǎn)降耗明顯。

5 結(jié)語

通過熟料巖相分析及熱工標(biāo)定診斷，確定熟料包心料產(chǎn)生的主要原因是燒成系統(tǒng)風(fēng)量嚴(yán)重不足，窯爐煤粉燃燒不完全致使還原氣氛較濃等。通過采取上述改造措施，該生產(chǎn)線回轉(zhuǎn)窯工藝故障停機(jī)次數(shù)大幅減少，熟料質(zhì)量及性能顯著提高，回轉(zhuǎn)窯產(chǎn)量顯著提高，生產(chǎn)能耗下降明顯。