窯回灰在連續(xù)型生料均化庫內(nèi)的偏析分析及解決辦法

謝建中，連學(xué)文

我公司兩條生產(chǎn)線原設(shè)計均沒有專門的窯回灰（以下簡稱回灰）處理工藝（見圖1），加上對回灰及NC型連續(xù)生料均化庫等認識的不足，在生料輥磨出現(xiàn)長時間停機時，其給生產(chǎn)質(zhì)量帶來了相當(dāng)大的影響，嚴重時因熟料KH高，fCaO居高不下，安定性也難以保證，即使在生料高庫存的情況下也必須“停窯待磨”。這嚴重制約著窯熱工制度的穩(wěn)定、輥磨產(chǎn)量的提高、“避峰就谷”用電生產(chǎn)的組織，成為了生產(chǎn)的“瓶頸”。

1　回灰對生產(chǎn)質(zhì)量的影響現(xiàn)象

在窯、磨同步運行時，一般情況下回灰是通過入庫提升機，與出磨生料共同入庫的，基本不存在回灰影響的問題。輥磨停機時，根據(jù)實際生產(chǎn)情況，將回灰對生產(chǎn)的影響主要分以下幾種情況進行描述。

1．1　輥磨停機窯生產(chǎn)時回灰入庫

2012年10月之前，在輥磨停機時，一般的工藝措施是將回灰入生料均化庫，并根據(jù)熟料KH及窯工況變化，通過適當(dāng)外摻粉煤灰進行調(diào)節(jié)，但實際效果不理想。以2012年6月23日輥磨停機時為例，從表1可以看出，從輥磨停機開始，熟料KH逐漸升高，停機6h已達0．924，雖通過摻加粉煤灰調(diào)整，但12h后也達到了0．941，實際生產(chǎn)中在不摻加粉煤灰或隨著停磨時間的繼續(xù)延長，熟料KH曾＞0．970。

1．2　輥磨停機，窯連續(xù)生產(chǎn)時回灰入窯

看到“回灰入庫”存在的不足后，結(jié)合生產(chǎn)工藝條件，經(jīng)過分析、實踐，自2012年10月開始，在輥磨停機時將“回灰入庫”改為“回灰入窯”。經(jīng)過實踐證明，此工藝措施雖存在因回灰量不穩(wěn)定，引起入窯喂料量波動的不足，但可以明顯緩解回灰對生產(chǎn)質(zhì)量的影響。以2013年3月21日輥磨停機為例，從表2可以看出，輥磨停機≯12h，可以保證窯正常煅燒，如果措施得當(dāng)、及時，基本可以保持窯16h正常生產(chǎn)。

1．3　輥磨、窯同步停機后，再同步開機回灰入庫

除了以上兩種現(xiàn)象外，在生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)還有另外一種“奇怪”現(xiàn)象，即每次在窯較長時間停機后剛開機時（目前最短停機時間是48h），即使輥磨與窯同步開機回灰入庫的情況下，熟料KH也會很快升高。

以上三種現(xiàn)象，在輥磨開機后，隨著時間的延長，或通過及時大幅度降低出磨生料KH，或慢或快，熟料成分會逐漸轉(zhuǎn)入正常。

經(jīng)了解，這也是眾多使用連續(xù)型生料均化庫的水泥生產(chǎn)線存在的共性問題。

2　回灰在生料均化庫中的偏析機理分析及緩解措施

上述現(xiàn)象說明，在此特定條件下，均化庫內(nèi)的物料出現(xiàn)了較嚴重的偏析現(xiàn)象。借此，對粉體物料在連續(xù)型生料均化庫中的偏析談一些看法。

2．1　細顆粒的滲透偏析機理

根據(jù)粉體流變學(xué)理論，粉體顆粒在運動、成堆或從料倉中排料時，由于粒徑、顆粒粒度、顆粒性狀、表面性狀等的差異，粉體層的組成呈不均質(zhì)的現(xiàn)象稱為偏析。偏析現(xiàn)象在粒度分布范圍寬的，自由流動顆粒粉體物料中經(jīng)常發(fā)生。粘性粉料在處理中一般不會發(fā)生偏析，但包含粘性和非粘性兩種成分的粉料中可能會發(fā)生偏析。細顆粒的滲透作用是導(dǎo)致非粘性物料偏析的主要因素。細顆粒在流動期間自身重新排列，可能通過較大的顆粒空隙滲漏，如料倉加料、卸料過程中的滲漏偏析（圖2為整體流動中典型的偏析與混合）。

圖2　整體流動中典型的偏析與混合

2．2　回灰特征

為此，我們對回灰化學(xué)成分及顆粒組成進行了分析。從表3回灰與表4出磨生料化學(xué)成分對比可以看出，我公司窯回灰與眾多水泥企業(yè)一樣，也存在KH高、細度細的特點。為進一步分析回灰顆粒特征，我們使用水泥激光粒度分析儀、不同規(guī)格的細度篩，進行了顆粒分布檢測（見表5、6），綜合來看，盡管水泥激光粒度分析儀檢測出磨生料及回灰存在較大誤差，但相對于出磨生料，仍可以看出回灰具有顆粒分布更集中的特點。

根據(jù)以上分析認為，在回灰與出磨生料混合入庫的情況下，均化庫在加料與卸料過程中，物料具有發(fā)生滲透偏析的潛在可能性。

2．3　庫內(nèi)物料堆積狀態(tài)，動態(tài)轉(zhuǎn)化誘發(fā)細顆粒偏析發(fā)生

連續(xù)型生料均化庫均化原理是利用空氣攪拌，重力作用，產(chǎn)生“漏斗效應(yīng)”，使生料粉在向下卸料時，盡量切割多層料面，充分混合。利用不同的流化空氣，使庫內(nèi)平行料面發(fā)生大小不同的流化膨脹作用，有的區(qū)域卸料，有的區(qū)域流化，從而使庫內(nèi)料面發(fā)生傾斜，進行徑向混合均化。簡單講，就是空氣攪拌、重力切割、徑向混合，三者相輔相成、共同作用。

表3　窯回灰化學(xué)成分（%）及率值

表4　出磨生料化學(xué)成分（%）及率值

表5　出磨生料、回灰粒徑分布，%

表6　出磨生料、回灰不同規(guī)格篩子篩余，%

陳立明[2]研究認為，粉體大庫內(nèi)，粉體的物理流動性在實際儲存與卸放過程中，在粉體含氣量等多種因素影響下，庫內(nèi)物料的堆積狀態(tài)分布會呈現(xiàn)大跨度的動態(tài)變化。那么，對于水泥生料均化庫來講，也應(yīng)存在這一客觀物理現(xiàn)象。

結(jié)合生產(chǎn)實踐分析認為，生料均化庫在上部進料與下部卸料同時進行時，在進料動能、氣體流化等的共同作用下，庫內(nèi)物料的堆積狀態(tài)從頂部到底部，基本按照飽和全流態(tài)向飽和固態(tài)依次分布（見圖3），物料整體流動性高，均化庫的重力切割、徑向混合、空氣攪拌等均化功能原理均得以正常發(fā)揮，出庫生料成分相對均勻穩(wěn)定。

圖3　理想粉體大庫的動態(tài)卸放流動性分布

但在輥磨停機不進料、只卸料的情況下，隨著停止進料時間的延長、含氣量的降低，庫內(nèi)物料的堆積狀態(tài)發(fā)生大跨度變化，飽和全流態(tài)、次低密度高流態(tài)的堆積狀態(tài)快速消失，物料的整體流動性降低。連續(xù)卸料時，僅靠氣體的流化作用，徑向混合作用逐步弱化，在“漏斗”效應(yīng)作用下，由于細顆粒滲透偏析，料斗中部區(qū)域含細顆粒物料相對較多、卸料速度相對較快，此時卸出物料中細顆粒比例逐漸增加，在生產(chǎn)上表現(xiàn)為KH的逐步升高。如果此時回灰處于入庫位置，無疑會使此種現(xiàn)象加劇。并且隨著停止進料時間的繼續(xù)延長，極有可能形成貫穿整個料層高度的漏斗流，出現(xiàn)“先入先出”現(xiàn)象。我公司曾出現(xiàn)因輥磨故障24h不能開機回灰入庫的情況下，熟料KH達到了難以想象的0．970。磨機開機后，隨著入料時間的延長，在進料的反復(fù)沖擊震蕩作用下，庫內(nèi)物料的流動性逐漸轉(zhuǎn)好，此種現(xiàn)象逐步消失。

在長時間不進料、不卸料情況下，庫內(nèi)物料流動性處于最差的飽和固態(tài)或高固態(tài)，在開機卸料時，物料的流動性將由最差狀態(tài)向正常狀態(tài)逐步轉(zhuǎn)變。起初在流化空氣作用下，僅在料庫底部形成無數(shù)有限高度漏斗流，已含有回灰的物料受“漏斗”效應(yīng)作用，也會發(fā)生滲透偏析，同樣磨機開機后隨著入料時間的延長，在進料的反復(fù)沖擊震蕩作用下，庫內(nèi)物料的流動性逐漸轉(zhuǎn)好，現(xiàn)象也逐漸消失。

經(jīng)檢測，輥磨停機前后，入窯生料細度的變化也驗證了此現(xiàn)象。從表7可以看出，公司二線2015年大修后剛開窯時，入窯生料細度約在13%，明顯低于正常生產(chǎn)時的17%，直至投料約8h后，入窯生料細度才逐步上升，穩(wěn)定在17%左右。

3　解決辦法

（1）杜絕回灰入生料均化庫。我公司一線通過技術(shù)改造，將回灰入稱重倉后，問題得到了根治。回灰改造工藝流程見圖4。

（2）在沒有改造的情況下，建議生料磨短時間停機過程中，將回灰直接入窯消耗掉，緩解回灰影響。若使用無煙煤作燃料時，因為窯煅燒能力稍弱，KH快速升高時窯況惡化較快，根據(jù)我們的生產(chǎn)經(jīng)驗，一般控制磨機停機時間≯6h，且不能頻繁停機，否則也不易控制，特別當(dāng)生料庫存料偏低時。

表7　2015年公司二線3月窯大修后投料前后入窯生料細度變化

圖4　回灰改造工藝流程圖

（3）在沒有改造的情況下，窯、磨長時間停機后再開機，通過強制“活化”，盡快使生料均化庫狀態(tài)恢復(fù)，緩解回灰影響。方法一，窯投料前24h喂料系統(tǒng)外循環(huán)，通過強制“活化”，提前使生料均化庫內(nèi)物料堆積狀態(tài)恢復(fù)正常；方法二，窯投料后，人為調(diào)整控制充氣換區(qū)時間，一般采取對區(qū)充氣卸料，每小時更換兩個區(qū)，依次循環(huán)一周，同樣也可以達到強制“活化”效果。

對于（2）、（3）措施，一般還要輔以調(diào)料手段，在生料磨開機情況下，緊密結(jié)合出窯熟料質(zhì)量情況，及時靈活控制出磨生料率值，使生產(chǎn)盡快恢復(fù)正常。

4　結(jié)語

入窯生料的穩(wěn)定是窯熱工制度穩(wěn)定的重要條件，這是眾所周知的道理。在生料磨停機等特殊情況下，已入庫的回灰在生料均化庫內(nèi)，隨著物料流變形的轉(zhuǎn)變是會出現(xiàn)偏析的，其對生產(chǎn)帶來的負面影響是不可忽視的。借此也希望企業(yè)在設(shè)計階段要提前考慮窯回灰的處理工藝，完善工藝條件，做好各工藝環(huán)節(jié)之間的銜接，從根本上消除回灰對生產(chǎn)質(zhì)量的影響。

參考文獻：

[1]陶珍東，鄭少華．粉體工程與設(shè)備[M]．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2010．

[2]陳立明．粉體大庫儲存與卸放流動性分布與傳導(dǎo)力學(xué)分析[J]．中國水泥，2013，（6）．■

中材裝備集團有限公司主編的四項國家標(biāo)準頒布實施

中材裝備集團有限公司主持編制的GB/T 35150．1-2017《新型干法水泥生產(chǎn)成套裝備技術(shù)要求第1部分：生料制備系統(tǒng)》、GB/T 35150．2-2017《新型干法水泥生產(chǎn)成套裝備技術(shù)要求第2部分：燒成系統(tǒng)》、GB/T 35167-2017《水泥立式輥磨機》及GB/T 35168-2017《水泥工業(yè)用輥壓機》等四項國家標(biāo)準，已由全國建材裝備標(biāo)準化技術(shù)委員會及中國國家標(biāo)準化管理委員會于2017年12月19日發(fā)布，自2018年11月1日起開始實施。

四項標(biāo)準的出臺填補了我國水泥工業(yè)該領(lǐng)域的空白，對化解過剩產(chǎn)能、“一帶一路”、裝備走出去以及節(jié)能減排等方面具有重大意義。

四項標(biāo)準中，兩項新型干法水泥生產(chǎn)成套裝備技術(shù)國家標(biāo)準，明確規(guī)范了新型干法水泥生產(chǎn)成套裝備中生料制備系統(tǒng)和燒成系統(tǒng)的涵蓋范圍、工藝流程、設(shè)備要求、自動化控制水平、考核內(nèi)容等技術(shù)方法和參考指標(biāo)，指導(dǎo)水泥生產(chǎn)中生料制備環(huán)節(jié)方案的設(shè)計、煤炭電力等能源消耗、污染排放等作業(yè)程序，促進水泥工業(yè)向資源節(jié)約型及環(huán)境友好型方向發(fā)展；水泥輥磨、輥壓機兩項國家標(biāo)準，進一步規(guī)范了相應(yīng)裝備的制造等要求。