熟料升重持續偏低的原因分析與對策

楊建民，李永飛，高海，楊恒波，鄭金召

熟料升重持續偏低的原因分析與對策

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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號線）和4600t/d（2號線）新型干法水泥熟料生產線各一條，2011年10月份以前各項產質量指標都較好，2011年9月15日至2011年10月5日公司組織對2500t/d生產線（以下簡稱1號線）進行了整修，更換了窯內耐火磚和系統澆注料，修復了三次風閘板閥等，整修完后1號線升重出現了偏低現象（見表5），為此進行了分析和處置。1號線主機一覽表見表1。

1 熟料升重持續偏低的現象和存在的問題

（1）整修完后10月6日正式投料生產，至11月1日期間熟料升重持續偏低，最低時只有1100g/L，高時也只有1150g/L，而公司的內控指標為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，出窯熟料結粒不好，篦床的通風阻力增大，為降低出篦冷機熟料溫度，適當降低了料層厚度，入窯二次風攜帶的粉塵增多，不利于煤粉的燃燒；系統的二、三次風溫不穩定，二次風溫只有950℃左右，三次風溫只有700℃左右，易造成煤粉的不完全燃燒，后燃燒導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，公司內控指標要求小于3.0%，實際在4.0%左右，最高可達5.0%～6.0%的水分，一般工藝要求入窯煤粉水分＜1.5%。進廠煤工業分析見表4，入窯煤工業分析見表5。

表1 1號線主機規格及生產能力

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，且爐內爆燃現象時有發生，為穩定熱工制度，操作上加減煤頻繁，處于被動操作的情況。

（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度不足，火焰不夠集中。

2 現象分析

從大修前后的生料、熟料化學成分來看，雖有少量變化，但變化不大。進廠原料品種未變，但入窯煤粉水分有所增加，一般都大于4%，高時5%，均超過內控指標的3%。此外燃燒器作了更換，三次風閘板閥作了修復。熟料升重偏低是神木精煤水分高達14%，且內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，再加上三次風閘板閥的開度變化，以及大修后控制閥門及系統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14%水分中，含有表層水（俗稱外水）和內在水（俗稱內水）。表層水在100℃時蒸發，粉磨過程中，一般均能烘干至較低含量，因而對火焰影響不大。而內在水一般在200～300℃時蒸發，粉磨烘干對其作用不大，由于我廠缺乏測試內在水含量的儀器，難于確定其數值，但從全部采用神木精煤入窯水分高達5.0%～6.0%的數值判斷，內在水含量可能達到5.0%～6.0%。內在水的特點是水的含量越高，煤的反應能力越大，而后出現的燃燒和爆炸危險也越大，此種水分只能在窯內煤粉加熱時生成蒸汽排出。

神木精煤的熱值為20900kJ/kg，在含有5%～6%左右的內在水，在窯內燃燒時，易出現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：在使用神木精煤時由于熟料結粒差，飛砂料多，篦冷機料層厚難于控制，只得采用薄料層操作，此時，冷風和熟料熱交換差，入窯的二次風溫為950℃，入爐三次風溫約700℃，均低于結粒較好的熟料厚料層操作的入窯、入爐的二次、三次風溫度。此外窯頭篦冷機廢氣閥門開度過大，造成入窯二次風、入爐三次風的風量偏低，易在窯內形成還原氣氛，造成煤粉的不完全燃燒，而對于含較高內水的煤粉來講，則不完全燃燒更為嚴重。新換上的燃燒器性能一時沒有掌握，試用初期風壓和內風風量不夠，明顯感覺燃燒器沖量低，旋流風不足，火焰拉長，火力不夠集中，煤粉燃點位置向窯尾偏移；此外煤粉內在水含量高，易形成爆燃，造成窯內通風不足，以致于出現燃燒需氧量不足呈現的煙氣還原氣氛，進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：出現了窯尾溫度和燒成帶煙氣溫度差較小的工況。

表4 進廠煤工業分析

表5 入窯煤工業分析

（3）分解爐內因三次風量和風溫偏低，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，入窯物料分解率時高時低，但總體偏低。

（4）窯尾溫度偏高，再加入窯物料分解率波動且偏低，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晶格發育時間較長，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。此類礦物特點是呈飛砂料而不易結粒。此時窯口因氣流中含較多的飛砂料，以致于感覺火焰溫度偏低，習慣性地增加煤粉量，則燒成帶溫度增加，促使飛砂熟料結粒，所結的飛砂熟料fCaO不高，熟料容重輕，升重偏低，熟料升重從內控指標的1200～1220g/L之間下降至1150g/L，且fCaO低，一般小于1.5%。此類熟料3d強度較高，28d強度偏低。熟料3d強度一般為32MPa左右，28d強度一般為52MPa左右，正說明這個情況。

3 具體措施

針對上述分析，采取的具體措施如下：

表6 調整前后產質量

（1）減緩原輔助材料的質量波動，加強進廠原輔材料的控制，嚴格預均化堆場的操作，提高均化作用，尤其是做好煤的搭配和均化。

（2）采用當地煤和神木煤的搭配，采用1：1為主的搭配方案，相應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，而內在水估計在3%～4%左右。

（3）在保證安全的前提下，提高風掃煤磨出口溫度，從以往的60～65℃逐步增加到65～69℃。相應降低出磨煤粉水分，此舉基本上可進一步減少外在水含量，入窯煤粉水分降至3%～4%以下（估計為內在水）。

（4）加強冷卻機的操作，適當提高和穩定料層厚度，二室篦下壓力控制在4500Pa左右，相應提高了二、三次風溫，有利于煤粉燃燒，同時適當減小窯頭廢氣風量，相應增加入窯入爐的二、三次風量。此時窯頭負壓一般穩定在-50～-30Pa。

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

（6）合理調節窯頭燃燒器，調整內風截面，適當增大內風的風量，提高一次風機的供風風壓，一般穩定在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位置，使火焰稍偏向料層，嚴禁料壓火焰，最終調整到（30，-20）的位置。

（7）系統用風合理匹配，做到高溫風機與窯頭排風機拉風趨于平衡，提高入窯入爐二次、三次風量，保證煤粉在窯爐內完全燃燒。

通過上述改進，盡量做到入窯生料、煤粉成分和數量均勻，減少入窯煤粉內在水含量。提高了入窯、入爐二次風量和風溫，合理增大燃燒器的沖量和旋流量，改變了窯內火焰形狀，做到煤粉在窯內完全燃燒和對熟料的傳熱效應。此外，穩定和提高煤粉在分解爐內燃燒，增大了入窯物料分解率，隨著火焰位置向窯口移動，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的生成以及熟料結粒，穩定了熟料fCaO，升重相應提高至公司內控指標1200～1220g/L，適當提高了熟料強度，生產出合格的熟料（見表6）。

4 結語

熟料升重偏低是入窯煤粉內在水含量偏高，而工藝、裝備、操作沒有做好匹配所造成的。在生產控制中，做好入窯生料、煤粉成分和數量的穩定，盡量減少入窯煤粉水分。結合內在水燃燒特性，控制好篦冷機的料層厚度操作，提高篦冷機效率和提高入窯二次風和入爐三次風溫，同時合理地控制窯頭廢氣閥板、三次風閘閥以及窯尾高溫風機閥板，合理匹配窯爐用風量。燃燒器必須具有合適的一次風壓和風量，保持火焰粗壯、穩定。

參考資料：

[1]陳友德,武曉萍.水泥預分解窯工藝與耐火材料技術[M],北京:化學工業出版社,2011.

TQ172.622.29

A

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呂 光