回转窑熟料产生白色夹心料的原因及处理措施
水泥 大连新虎水泥企业集团有限公司 于洪印 2022-01-11
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一、 前言
某1200 t/d新型干法窑外分解熟料生产线经过半年多的改造调试已于2018年7月顺利达产。该生产线技改时设计产能1800t/d,技改后实际产能达到1900t/d左右。烧成系统设备配置：窑：Ø3.2*50m，斜度4.0，转速4.1r/min；分解炉（TDF）：Ø5.4*19m，下缩口Ø1.6m，有效容积1100m3；篦冷机：冷床面积44m2，能力1800t。该生产线在后续的生产运行中，很长一段时间熟料频繁出现白块料现象。白块料的特征是：从熟料链斗机看，白块料是由大块熟料破碎而来，整个料块偏大，显示两类色泽不一的结构物。最外层与正常熟料颜色一样，内部是易碎的没有反应完全的灰白色生料粉。从篦床上看，熟料中的大球料（俗称“西瓜蛋”）较多，占比20%左右（有时占比30%左右），直径100-300mm不等。化验结果表明，白块料中游离钙含量明显偏高达10-15%，烧失量2.5-3.5%。严重影响熟料质量，造成熟料强度下降。熟料3d强度27MPa左右，28d强度47MPa左右。本文就白块料产生的原因及采取的相对措施予以介绍，仅供同行参考。
二、白块料的特点及形成过程
白块料就是较大熟料球破碎开以后，中间未被充分煅烧的部分，颜色灰白，f-Cao含量较高，烧失量较大，3d、28d强度较低。白块料形成主要是因为在窑尾提前出现液相，形成料球，在料球进入烧成带之前，逐渐变大，进入烧成带后由于料球过大无法将其烧透，内部成为夹生料，在篦冷机末端经破碎，形成白块料，因此要解决白块料问题就需要查找熟料在窑尾提前成球的原因。为此我们通过对现场运行状况、正常熟料及白块料的成份分析和中控操作等几方面进行分析查找原因。
三、白块料的成因
1、分解炉的工作状况不佳
通过现场查看，发现在分解炉与烟室连接的缩口存在部分物料短路落入窑尾烟室的现象，预热器五级下料管内有大量火星。分解炉存在部分物料短路进入回转窑，这种情况发生的原因可能有两种：一是分解炉撒料箱损坏，撒料效果不佳造成短路；二是分解炉下缩口风速不够，造成物料落入窑尾。由于该生产线刚改造完毕，撒料箱都是新更换的撒料箱，因此可以排除分解炉撒料板撒料效果不佳这个因素。我们查看图纸及该生产线的喂煤量和喂料量对分解炉下缩口风速进行计算为22m/s，该速度低于理论要求的25m/s。因此分解炉下缩口风速低是造成分解炉内一小部分物料短路进入回转窑的主要原因。由于该短路物料相比五级下料管进入回转窑的物料温度明显偏低，所以进入回转窑后会造成部分硫碱形成的液相附着在温度较低的物料表面形成料球，料球在窑内越滚越大就形成“西瓜蛋”而烧不透，到篦冷机破碎后就出现白块料。
2、生料均化库均化效果差
生料均化库均化效果不好也是造成白块料产生的原因。生料均化库均化效果差是由于库顶原八嘴分配器和六个入库小斜槽均拆除（改造前），拆除原因是增湿塔有时“湿底”，回灰潮湿（水份11%）成团斜槽易堵料。另外库底斜槽出料不畅，库内有杂物及料块堵塞造成均化库底斜槽出料不好，时有斜槽堵料而停用，均化库内下料出现偏料现象，这样库内生料不能得到有效均化而降低入窑生料的稳定性（均化库设计均化效果是10:1，实际达到5:1）。凸现为当生料辊压机停机后，窑尾回灰（碱含量偏高达1.3%）单独入库时，在中控室从窑头和篦冷机看火电视中就能观察到窑内出现大球料的数量明显增多。窑尾回灰的不均匀掺入导致入窑生料成份发生变化而产生球料。
3、因空间受限及其它因素影响，该生产线在改造时窑体（Ø 3.2*50m）未更换，分解炉虽然改扩（改扩后分解炉规格：Ø 5.4*19m，有效容积1100m3）但炉体高度不够，且出口没有鹅颈管（实际工艺布置情况见下图1），加之煤粉细度（8-10%）和水份（5-6%）偏大（煤粉工业分析见表1），改造后该生产线产能提高50%多，用煤量随之增加，头煤实际用量：5.4t/h左右，尾煤实际用量：6.3t/h左右（见下图2中控操作画面）。这样造成窑炉内煤粉燃烧不完全，极易产生还原气氛，未燃尽的焦炭颗粒落在窑尾继续燃烧而产生大量热使得窑内物料提前出现液相。
表1
由以上分析可以确定窑尾提前成球主要来自三个方面：一是分解炉部分物料短路直接进入烟室，由于物料温度较低，温度较高的液相附着在其表面形成料球；二是均化库均化效果差造成窑尾回灰不均匀地掺入生料中形成的料球；三是窑尾硫碱及煤灰和还原气氛形成的液相在窑尾成球。
四、改进措施
1、由于矿山和原燃材料的限制，降低生料及燃料中的硫碱含量较为困难（生料R2O：0.7%,煤粉S-：0.80%，生、熟料化学成分见下表2），因此我们在工艺调整上采取短焰急烧、加强窑内通风来减少硫碱的挥发，提高熟料固硫固碱的能力，减少硫碱在窑尾的循环。
表2
2、在煤磨操作上，我们采取了提高选粉机转速和煤磨出口温度的措施来降低煤粉细度和水份（改进操作后煤粉细度4-5%，水份3-4%）。缩短煤粉的燃烧时间，减少煤粉的不完全燃烧和还原气氛的产生，进而减少窑尾物料液相的提前出现。
3、针对分解炉下缩口物料短路，我们采取提高高温风机转速，下调三次风闸板（在保证炉内煤粉完全燃烧的前提下）等操作将下缩口风速由22m/s提高到25m/s，解决了分解炉下缩口由于风速不够而造成的物料短路现象。
4、对生料均化库进行处理。均化库上原有的六个小斜槽和八嘴分配器已损坏暂无法恢复使用（计划年底大修时恢复）。对库下斜槽出料不畅进行处理。斜槽布有漏洞的进行更换，风管内有积料的进行清理，阀门（风阀和料阀）损坏或转动不灵活的进行维修或更换。经过处理库下六个斜槽出料均正常，充分发挥生料库的均化作用，提高生料均化效果（处理前入窑生料KH标准偏差：0.06，处理后入窑生料KH标准偏差：0.04）。将窑尾回灰均匀稳定地喂入生料库中，避免因回灰不均匀地掺入造成有害成分的富集，继而对烧成系统产生不良影响。
5、加强煤质与配料在生产中的适宜性分析。在实际生产中，因企业为降低生产成本购进低品位原燃材料等情况，导致进厂原燃材料品位波动大，采取简单均化处理后就进入生产线。所以我们加强了日常煤质均化与生料配料在生产过程中适宜性分析总结，根据进厂煤质变化及时调整配煤方案和配料方案，尽力达到煤料对口，保证熟料质量。（原煤热值和灰分的波动情况见下表3）
表3
五、效果
通过对现场设备的维修处理、中控操作方法的改变以及加强车间工艺管理和过程质量控制，熟料白块料形成大大减少，熟料外观色泽明显改善，熟料质量明显提高，见下表4。经过调整后虽然熟料中有时也会出现白块料（数量很少），我们分析主要是由于硫碱含量偏高造成的，但是我们针对熟料中白块料所采取的解决措施是有效的，取得了预期的效果。
表4 调整前后熟料质量变化
图1分解炉、C5工艺布置图
图2 窑中控操作画面
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