高碱石灰石熟料煅烧体会

水泥 2009-07-03

　　0 概况
　　我公司有天津水泥工业设计研究院设计的两条5000t/d 新型干法熟料生产线（主要工艺设备见表1），分别于2007年1月和4月点火投产，两条线均已达产达标。试生产期间，由于石灰石有害成分含量较高，熟料煅烧过程中出现结皮、结块、黄心料、欠烧料、f-cao含量高、飞沙料等现象，造成预热器堵塞，导致熟料急凝，后期强度低，严重影响熟料质量。鉴于此，我们认真查找原因，并采取相应的措施，取得了较好的效果。本文就高碱石灰石煅烧熟料出现的几个共性问题谈点体会。

表1. 主要工艺设备

预热器	双系列五级旋风预热器带TDF分解炉，生产能力5000 t/d
回转窑	4.8×72m 转速0.396-3.96 r/min 生产能力5000 t/d
高温风机	双吸口式w6-2x40-14NO.31.2F，风量93000 m³/h
窑主电机	ZSN4-400-22，功率630KW
窑头煤粉燃烧器	丹麦史密斯DBC-220-550-7，燃煤能力：18 t/h+22t/h

　　2 石灰石、熟料化学分析
　　在水泥生产过程中原材料中的有害成分对生产有着巨大的影响，我厂石灰石品位低，有害成分特别是碱含量较高，比一般石灰石氧化钙含量大于48%，碱含量应小于0.8%的要求高出许多。表2是我厂石灰石与河南某厂的石灰石比较，显而易见我厂石灰石有害成分较高，造成熟料中碱含量过高（表3），表现为熟料急凝，后期强度低。低品位石灰石因波动大、易烧性、易磨性、共熔点低、碳酸盐分解温度低等特点，对配料及熟料煅烧带来很大的影响。

表2.石灰石成分比较

石灰石	CaO	MgO	R₂O （当量钠）
我厂	46.5	2.2	1.1-1.5
河南某厂	48.19	2.0	<0.6

表3.熟料成分分析比较

熟料	SiO₂	Al₂O₃	Fe₂O₃	CaO	MgO	SO₃	K₂O	Na₂O	KH	SM	IM
我厂	21.66	4.64	2.38	63.27	2.91	0.71	2.01	0.28	0.903	3.09	1.94
某厂	21.31	5.5	2.98	64.19	3.44	0.57	-	-	-	-	-

注：表2、表3中数据均为半年平均值。

　　3 高碱石灰石在熟料煅烧中出现的问题及原因分析
　　石灰石中有害成分主要是碱（R₂O、MgO）含量高，这样势必会使液相的粘度降低，粘度虽然降低有利用A矿的生成，但是液相提前出现，物料发黏形成大块等原因，给熟料煅烧带来巨大的影响。熟料煅烧过程中出现结皮、结块堵塞预热器；窑内结蛋结圈及长厚窑皮；黄心料、欠烧料；飞沙严重；熟料f-cao高等就成了常出现的问题。

　　3.1 结皮堵塞
　　在预分解窑生产过程中，原材料有害成分含量过高，生产过程中富集循环而造成预热器系统的黏结及堵塞较为常见，影响窑系统的稳定生产。生产过程中，碱、硫、氯等的循环、富集过程有两种，一种称为内循环，另一种称为外循环。内循环是指，碱、硫、氯在窑内高温状态下从生料及燃料中挥发，到达预热器较低温区域时，冷凝在较低温度生料上，再随生料一起进入窑内，形成预热器和窑之间的循环和富集的过程。外循环是指生料中的碱、硫、氯等有害成分随废气排出预热器系统，当这部分粉尘在收尘器、增湿塔及生料磨系统中被收集重新入窑，在预热器和这些设备之间存在循环过程。由于这个过程是在窑外单独进行的故称其为外循环。在预热器系统中钾的冷凝率高达79%-81%。所以当碱、硫、氯的含量过高时，极易与生料形成融点较低的结皮矿物，造成预热器系统堵塞。

　　有些水泥生产企业所出现堵塞主要是窑炉风煤料不匹配，系统温度过高，在投料时系统塌料、翻板卡死等原因造成。

　　3.2 结大块结蛋
　　结大块是大多数水泥生产企业都遇到过的问题，结合我厂的情况来分析主要是因为矿山石灰石品位较低且各采段石灰石波动较大，矿山石灰石夹层杂质较多，，原材料中的有害成分，特别是碱、镁的含量过高，然而生料均化库料位时常较低，造成生料均化不理想，这些都给熟料的煅烧带来巨大的影响。致使在煅烧的过程当中破坏正常窑系统煅烧的热工制度，此时易造成窑皮黏结和脱落，烧成带窑皮无法保持平整牢固；窑系统来料不稳定，煤粉燃烧不完全（到窑尾燃烧），火焰过长，火头后移，窑后局部高温；分解炉温度过高，使入窑物料提前出现液相，在窑尾起球，形成大块，而进一步发展形成大蛋。

　　3.3 结圈及长厚窑皮
　　在我们试生产期间由于对生料的有害成分对窑煅烧的影响估计不足，而采用正常的配料方案，造成生料中的SM偏低，使煅烧中液相量增加，黏度大，入窑生料均匀性差，造成窑系统热工制度波动；煅烧过程中，生料中有害成分在系统中循环富集，造成结圈，长厚窑皮现象。

　　3.4 飞沙料
　　在大多数水泥厂都认为飞沙的原因不外乎以下几个方面的原因，液相量不足，液相出现的太迟，硅率太高所致，但是好多厂家因为其原材料有害成分含量低，而忽视了液相的表面张力与粘度和结粒的关系问题，要使熟料有一定的结粒度，液相就必须有足够的表面张力和粘度，Al₂O₃有利于表面张力与粘度，尤其是在高硅率时更应该提高铝氧率。针对我厂的原材料有害成分含量比较高，熟料中液相量比较多熟料结大块严重，故我们采取高硅率配料，但是刚开始在试生产期间忽视了液相的表面张力与粘度，没有及时的调整铝氧率，至使熟料的结粒细小，从而故造成飞沙严重。

　　3.5 f-cao高
　　由于石灰石中的碱含量高，在水泥熟料的煅烧过程之中，K₂O及Na₂O的活性远比石灰石中CaO的活性高很多，致使在煅烧过程中使钾，K₂O、Na₂O分别与GaO生成KC₂₃S₁₂C₈并且游离出一个CaO致使熟料中的f-cao高。另外，上文所谈到的几点也影响 f-cao。

　　3.6 操作原因
　　在操作上分解炉温度控制过高，入窑分解率高，至使液相在窑尾提前出现，造成窑尾起球，待物料到达烧成带之后熟料烧不透。另外窑头用煤量不当，当温度偏低时，当f-cao不合格时，误认为是窑头用煤量过少，温度低，煤灰掺入量少。于是便增加窑头用煤量，试图以此来提高烧成带温度，有时甚至出现窑头用煤量与分解炉用煤量倒置的现象，造成系统温度偏高，窑尾温度达到1200℃以上，C1级筒出口温度≥350℃，窑尾废气中CO含量高，直接威胁预热器的安全运行。

　　对于回转窑来说，它的容积热力强度是有一定限度的。当容积热力强度已到极限时，增加窑头用煤量，会造成煤粉不完全燃烧，窑内还原气氛加剧，窑头温度进一步降低。当窑温较低时，再多加煤反而更解决不了问题，因燃烧速度与温度有关，多加煤会造成火焰黑火头长，火焰温度低，窑尾温度过高。还会引起窑内还原气氛加重，结长厚窑皮，造成预热器系统结皮堵塞，从而使工艺系统进一步恶化，热工制度紊乱。

　　4 解决措施
　　由于石灰石条件而制约熟料的煅烧，在煅烧过程中所出现的问题我们主要是从原材料及煅烧方面给与弥补其不利因素。

　　4.1原燃材料
　　由于原燃材料受石灰石条件的限制，我们主要采取以下措施加以弥补：首先，对入场石灰石严格控制，尽量使高低品味的石灰石搭配使用，另外在此基础上加入外购石灰石与矿山石灰石搭配适用，以降低氧化钙低及高碱的影响。其次在配料方面，采用两高一中的配料措施即中饱和比高硅率高铝率，硅高率避免结大块，铝高率以提高其液相黏度，有利于熟料结粒而降低高碱及其MgO对液相粘度的影响，从而减少飞沙料。另外，在原煤方面我们选购一部分高硫煤，搭配使用，提高其硫碱比，由于在熟料煅烧的过程中，K₂O及Na₂O的活性远比石灰石中CaO的活性高很多，致使在煅烧过程中K₂O、Na₂O分别与CaO反映生成KC₂₃S₁₂C₈S，而我们提高其硫碱比，使熟料在煅烧过程中使钾、钠与硫反映而生成K₂SO₄与Na₂SO₄，从而达到降低其对熟料质量的影响。最后，保证出磨生料的稳定，避免大的波动，保证均化库高料位（保持在25米以上），而保证其均化效果达到最佳，这些主要是为入窑物料稳定，这样有利于保证窑内热工制度的稳定。

　　4.2煅烧方面
　　由于我们采用高硫煤，大家都知道硫含量高易结皮堵塞，所以我们在煅烧方面我们采用低温煅烧，操作上严格控制分解炉出口温度，上限控制为885℃，下限只要质量合格不作控制但是严禁头尾煤比例失调，这样避免在预热器系统出现局部高温，从而尽量减少结皮。低温煅烧还有另外的好处就是避免液相的提前出现而造成的窑尾起球，而出现的大蛋、大块、长厚窑皮等对煅烧的影响。另外，得利于我们是采用天津院最新设计的小窑门罩，从而更有利于提高二次、三次风温使煤粉的燃烧更加充分，烧成带热力更加集中。在煅烧过程中采用薄料快烧，篦冷机方面采用采取厚料层操作，这样还是主要是来提高二次、三次风温，二次、三次风温的提高，除了有利于煅烧以外，还有利于节约煤耗。

　　在燃烧器方面我们适用的是史密斯DBC-220-550-7燃烧器，这个燃烧器调节更加方便简洁，经过近两年的摸索，我们基本上找到了适合我们的火嘴参数，调整内外风的关系，使窑内火焰形状与火焰长度控制在合理的范围内，以保证窑内的热力强度。经反复研究与试验，对燃烧器进行了大幅度的调整，其主要参数定格在，内风阀50%，外风阀100%，内筒间隙25mm焰细短，火力集中，火焰活泼有力。

　　5.小结
　　经过以上调整之后，对于在熟料的煅烧过程中所产生的结大块，长厚窑皮，飞沙料，结皮堵塞等现象大幅度的减少，熟料的结粒以及颜色也有很的改善，熟料质量得到很大提高，熟料在市场上又重新赢得客户的信任。

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