熟料包心料的成因及解決措施

技術(shù)|熟料包心料的成因及解決措施原創(chuàng)李縣軍，等水泥1周前

摘要通過將普通翻板閥更換為微動(dòng)翻板閥，提高系統(tǒng)鎖風(fēng)能力；高溫風(fēng)機(jī)改造及三次風(fēng)閘板調(diào)整，加大系統(tǒng)風(fēng)量；采取減少窯頭煤用量，提高回轉(zhuǎn)窯轉(zhuǎn)速，控制窯內(nèi)良好通風(fēng)確保煤粉充分燃燒；將沖板流量計(jì)改為轉(zhuǎn)子秤，穩(wěn)定系統(tǒng)生料喂料量；給下游下料管入口加裝撒料板增強(qiáng)物料分散能力等措施，解決了燒成系統(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導(dǎo)致熟料包心料問題，進(jìn)而降低生產(chǎn)能耗，穩(wěn)定并提升熟料質(zhì)量及性能。我集團(tuán)一條設(shè)計(jì)產(chǎn)能2500t/d熟料生產(chǎn)線，回轉(zhuǎn)窯規(guī)格Φ4m×60m，實(shí)際生產(chǎn)能力3300t/d左右。該生產(chǎn)線采用高固氣比懸浮預(yù)熱窯外預(yù)分解技術(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(jí)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)，延長窯外分解時(shí)間，提高入窯分解率，實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)低耗、高效運(yùn)行。1存在的問題該生產(chǎn)線2017年回轉(zhuǎn)窯因系統(tǒng)阻力大、風(fēng)量偏小導(dǎo)致故障停機(jī)12次，回轉(zhuǎn)窯卡大塊在線處理6次，從而造成人、財(cái)、物等資源的大量消耗，且存在較大安全管控風(fēng)險(xiǎn)。尤其是出窯熟料包心黃料較多，熟料強(qiáng)度波動(dòng)大、性能差，f-CaO含量居高不下，致使水泥質(zhì)量及性能難以滿足市場高端用戶的需求。2熟料巖相及熱工標(biāo)定2.1熟料外觀質(zhì)量及巖相分析2.1.1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；仔細(xì)觀察可發(fā)現(xiàn)，料球表層不光滑且伴有密集熔融結(jié)點(diǎn)，燒結(jié)致密度由表層向內(nèi)逐步變化，熟料包心部分較松散。熟料包心料外觀及熟料包心破開情況分別見圖1、圖2。圖1熟料包心料外觀圖2熟料包心料打開（破開）2.1.2熟料巖相分析熟料打開（破開）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值之比遠(yuǎn)大于30.0%，A礦、B礦集中分布，大多以礦巢形式存在，f-CaO有一處自聚集成堆積狀態(tài)而形成礦巢。正常熟料A礦、B礦互相交替均勻分布，f-CaO含量少且離散分布?？梢娛炝响褵郎囟炔痪鶆?，存在局部煅燒溫度較低現(xiàn)象，熟料冷卻速度慢，在1?250℃存在時(shí)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和熟料f-CaO礦巢分別見圖3、圖4。2.2熱工標(biāo)定2.2.1下料管下料量不穩(wěn)現(xiàn)場排查系統(tǒng)翻板閥波動(dòng)大，下料管下料量不穩(wěn)定，容易造成跑生料，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(duì)一級(jí)筒的實(shí)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(shí)際生料料耗為1.596。在生料喂料量小倉控制較為穩(wěn)定情況下，入窯提升機(jī)電流8.0A左右，入窯生料反饋波動(dòng)在10~15t/h，來料波動(dòng)對(duì)系統(tǒng)熱工穩(wěn)定極為不利，當(dāng)來料突然變大，會(huì)造成預(yù)熱器系統(tǒng)的物料短路、塌料及竄料現(xiàn)象；來料突然變小，窯爐內(nèi)溫度偏高，會(huì)在回轉(zhuǎn)窯中后部造成液相提前出現(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。圖3熟料巖相視野孔隙率圖4熟料f-CaO礦巢2.2.2系統(tǒng)風(fēng)量偏小經(jīng)檢測，三次風(fēng)實(shí)際風(fēng)量46?210.60Nm3/h，分解爐煤粉燃燒需要空氣量為60?945.73Nm3/h，三次風(fēng)量偏小，三次風(fēng)閘板高度為300mm，二次風(fēng)量（不含送煤風(fēng)及入窯一次風(fēng)）36?490.65Nm3/h，理論上用風(fēng)量44?907.16Nm3/h。因而系統(tǒng)整體風(fēng)量偏小，二、三次風(fēng)實(shí)際較理論用風(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。2.2.3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(yùn)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(jí)預(yù)熱器阻力大，這與料氣比高有關(guān)。2.2.4C1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。因此根據(jù)空間位置，可對(duì)喂料點(diǎn)進(jìn)行改造，適當(dāng)延長入口換熱段距離，提高熱換效果。2.2.5一級(jí)筒與高溫風(fēng)機(jī)壓差較大經(jīng)檢測一級(jí)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(jí)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(jí)筒與高溫風(fēng)機(jī)之間壓差較大。3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，熟料包心料形成主要原因是燒成系統(tǒng)整體風(fēng)量不足、窯爐風(fēng)不匹配、喂料量波動(dòng)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，造成回轉(zhuǎn)窯長厚窯皮、結(jié)圈結(jié)蛋、頻繁塌料，在窯爐還原氣氛較濃狀態(tài)下，極易造成熟料燒成包心料，嚴(yán)重影響出窯熟料質(zhì)量。首先，系統(tǒng)來料不穩(wěn)定，生料沖板流量計(jì)（計(jì)量秤）波動(dòng)較大，影響窯內(nèi)熱工狀態(tài)，容易造成系統(tǒng)參數(shù)的紊亂。其次，撒料箱的撒料效果較差，當(dāng)現(xiàn)有喂料秤喂料波動(dòng)較大時(shí)，三、四級(jí)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(shí)也預(yù)防三級(jí)向五級(jí)塌料、四級(jí)向分解爐塌料的情況發(fā)生，撒料效果差時(shí)會(huì)出現(xiàn)料短路（斷料）現(xiàn)象。再次，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的濃度較高，容易造成燃料的浪費(fèi)，不利于熟料的煅燒，易產(chǎn)生還原料，造成熟料f-CaO含量偏高。另外，熟料MgO含量較高（4.5%左右），容易造成窯內(nèi)低溫液相增加，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，溫度從大顆粒料球表面?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。4改進(jìn)措施4.1沖板流量計(jì)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(jì)（計(jì)量秤）波動(dòng)較大，造成系統(tǒng)來料不穩(wěn)定，操作時(shí)分解爐出口溫度很難控制，系統(tǒng)熱工制度不穩(wěn)問題。采取將沖板流量計(jì)改裝為轉(zhuǎn)子秤，保證下料的穩(wěn)定。對(duì)C3B、入分解爐的C4B和旋流器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C3B（超出原撒料臺(tái)邊緣）200mm、旋流器250mm、C4B（入分解爐）300mm的插入深度要求進(jìn)行定位，以增強(qiáng)物料分散能力，見圖5。同時(shí)設(shè)計(jì)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。圖5撒料箱增加撒料板4.2普通翻板閥更換為微動(dòng)翻板閥，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(dòng)翻板閥，見圖6。圖6更換后的微動(dòng)翻板閥4.3對(duì)三次風(fēng)管入風(fēng)口進(jìn)行改造，更換使用新的燃燒器，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(yùn)行效應(yīng)，促進(jìn)爐內(nèi)風(fēng)煤匹配，煤粉充分燃燒，進(jìn)而預(yù)防局部高溫產(chǎn)生結(jié)皮。同時(shí)更換使用新的燃燒器，解決窯內(nèi)頻繁結(jié)圈結(jié)蛋，以及因窯、爐總體風(fēng)量偏小導(dǎo)致煤粉燃燒不完全的問題。4.4穩(wěn)定生料成分，提升生料KH合格率，控制熟料MgO含量針對(duì)石灰石質(zhì)量波動(dòng)大，從礦山石灰石開采搭配、均化庫底各區(qū)下料穩(wěn)定、下料點(diǎn)下料正常、標(biāo)準(zhǔn)倉倉重恒定入手，進(jìn)而確保生料均化鏈有效管控，提升生料KH合格率，控制熟料MgO含量≤4.0%。4.5高溫風(fēng)機(jī)改造及三次風(fēng)閘板調(diào)整，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，改原主電動(dòng)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300mm改為400mm。調(diào)整后三次風(fēng)的風(fēng)量51?682.13Nm3/h，二次風(fēng)的風(fēng)量39?871.66Nm3/h。從而二、三次風(fēng)實(shí)際較理論用風(fēng)量偏小值由原來18.5%~24.1%下降為11.2%~15.2%。4.6減少窯頭煤用量，提高回轉(zhuǎn)窯轉(zhuǎn)速生產(chǎn)過程中適當(dāng)減少窯頭煤用量，提高回轉(zhuǎn)窯轉(zhuǎn)速，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)良好通風(fēng)，進(jìn)而保證窯內(nèi)煤粉燃燒更充分。5效果驗(yàn)證5.1工藝故障導(dǎo)致的停機(jī)次數(shù)大幅下降經(jīng)統(tǒng)計(jì)，改造后2018年3月15日開機(jī)后，回轉(zhuǎn)窯非計(jì)劃停機(jī)次數(shù)大幅度減少，3~4月實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)窯連續(xù)運(yùn)行36天，5~8月實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)窯連續(xù)運(yùn)行72天，9~11月實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)窯連續(xù)運(yùn)行65天，連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的時(shí)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75.0%，未出現(xiàn)回轉(zhuǎn)窯結(jié)大塊現(xiàn)象。5.2熟料質(zhì)量及性能提高通過上述措施，熟料表面光滑無孔，砸開后結(jié)構(gòu)致密，熔融感較強(qiáng)，總體性能顯著提高，熟料強(qiáng)度穩(wěn)定性提高，采取措施改后的2018年3月~11月較2017年同期熟料28d抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)偏差下降0.72MPa，28d抗壓強(qiáng)度提高3.5MPa，按集團(tuán)熟料f-CaO含量≤1.2%的內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)，熟料f-CaO內(nèi)控合格率提高14.6%，改造前后熟料f-CaO內(nèi)控合格率對(duì)比見表1，生產(chǎn)P·O42.5水泥的f-CaO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。5.3回轉(zhuǎn)窯臺(tái)時(shí)產(chǎn)量顯著提高，電耗明顯下降由表2、表3改造前后回轉(zhuǎn)窯臺(tái)時(shí)產(chǎn)量及電耗對(duì)比可見，改造后（2018年）較改造前（2017年）窯臺(tái)時(shí)產(chǎn)量提高5.0t/h左右，實(shí)際生產(chǎn)能力由改前3?150t/d上升至3?300t/d以上，熟料電耗下降0.83kWh/t，回轉(zhuǎn)窯提產(chǎn)降耗明顯。6結(jié)束語通過熟料巖相分析及熱工標(biāo)定診斷，確認(rèn)熟料包心料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