水泥生產(chǎn)技術(shù)

　　摘 要：還原熟料的危害很多，影響窯的產(chǎn)量、煤耗及熱工制度的穩(wěn)定，影響熟料、水泥的質(zhì)量、外觀顏色等。從煅燒角度、系統(tǒng)工藝參數(shù)的操作情況分析熟料燒成還原氣氛的成因，提出對煙室圈梁進(jìn)行改造的措施。改造后，窯內(nèi)還原氣氛得到徹底解決。

　　關(guān)鍵詞：燒成系統(tǒng)；還原熟料；節(jié)能； 降耗

　　0 引言

　　我公司1#線6000t/d熟料燒成系統(tǒng)采用南京凱盛院設(shè)計的五級雙系列旋風(fēng)預(yù)熱器、噴旋式在線分解爐、Ф5.2m×74m回轉(zhuǎn)窯、第三代篦式冷卻機(jī)等設(shè)備。于2007年投產(chǎn)，運行時常出現(xiàn)還原熟料現(xiàn)象，一直未得到有效控制消除。本文通過分析熟料燒成系統(tǒng)還原氣氛的成因，提出相應(yīng)的解決措施。

　　1 成因分析

　　1.1 從煅燒的角度分析

　　(1)風(fēng)、煤、料配合不好。窯系統(tǒng)排風(fēng)不夠或喂料太多，窯頭喂煤量過多，在一、二次風(fēng)量不變的情況下，窯內(nèi)氧含量明顯不足，導(dǎo)致煤粉燃燒不完全而產(chǎn)生還原氣氛；窯尾分解爐喂煤量過多，將導(dǎo)致預(yù)熱器框架內(nèi)溫度升高，因而易在縮口、斜坡等部位產(chǎn)生結(jié)皮，影響了窯內(nèi)通風(fēng)，同樣易使窯內(nèi)氧含量不足，產(chǎn)生還原氣氛；窯系統(tǒng)出現(xiàn)工藝故障，如窯內(nèi)結(jié)大球、結(jié)圈或長厚窯皮，窯尾下料斜坡積灰等均可影響窯內(nèi)通風(fēng)，造成煤粉不完全燃燒易使窯內(nèi)氧含量不足，產(chǎn)生還原氣氛。窯尾任一部位通風(fēng)截面積變小勢必影響窯內(nèi)通風(fēng)，煤粉在缺氧狀態(tài)下燃燒，窯況逐步變差，直至減料處理。強(qiáng)制加大高溫風(fēng)機(jī)拉風(fēng)雖有所改善，勢必增加燒成工序電耗，C1出口溫度上升，引起煤耗增加，日常對煙室斜坡、分解爐下縮口、煙室側(cè)壁等部位結(jié)皮、積料的清理尤其重要。    

　　(2)燃燒器斷面位置調(diào)整不當(dāng)。燃燒器噴嘴愈接近料層，還原熟料生成愈多，以水平方向靠近料層尤甚。噴嘴靠近料層，火焰鋪在物料表面上，火焰中的炭粒緊貼物料向前運行，由于火焰與物料表面間隙變小，氧氣含量不足，因而在物料表面產(chǎn)生嚴(yán)重的還原氣氛：未燃或正在燃燒的炭粒又容易落入熟料中，落入到熟料中的碳粒減少了與氧氣接觸的機(jī)會，因而產(chǎn)生還原氣氛。特別是當(dāng)煤粉細(xì)度過粗或使用低揮發(fā)分煤時，情況更嚴(yán)重。

　　(3)煤的燃燒性能差。影響煤的燃燒性能主要有原煤的質(zhì)量，煤粉質(zhì)量，二、三次風(fēng)溫，燃燒器性能等。原煤質(zhì)量差主要是：煤的灰分大、發(fā)熱量低、揮發(fā)分低等；煤粉質(zhì)量差主要是指細(xì)度大、水分大等；二、三次風(fēng)溫低，主要是影響窯頭溫度，致使黑火頭變長；燃燒器也影響煤的燃燒性能，好的燃燒器能使煤風(fēng)混合充分而均勻，加速燃燒，改變煤的燃燒性能。當(dāng)煤的燃燒性能變差，還原熟料生成量增高。煤粉的燃燒性能差，一方面燃燒速度慢，未燃盡煤?？赡苈湓谖锪现?span lang="EN-US">(指出現(xiàn)液相后的物料)，形成還原氣氛。

　　(4)工藝設(shè)備上存在一些問題。窯尾系統(tǒng)漏風(fēng)、篦冷機(jī)鎖風(fēng)閥的失控漏風(fēng)、三次風(fēng)閥及撒料棒的失修使三次風(fēng)量變大等，將直接導(dǎo)致窯內(nèi)通風(fēng)量減少，易使窯內(nèi)產(chǎn)生還原氣氛；燃燒器噴嘴的嚴(yán)重變形，影響風(fēng)煤的混合和火焰形狀，使火焰局部產(chǎn)生還原氣氛；臨時止料停窯次數(shù)多，有的停窯時間長，中間吹煤補(bǔ)火，造成煤粉大量落在物料上造成不完全燃燒，產(chǎn)生還原氣氛等，這些都將導(dǎo)致還原熟料的產(chǎn)生。    

　　(5)入窯生料質(zhì)量的波動。入窯生料成分變化大，尤其是熟料中Fe₂O₃，含量的變化，Fe₂O₃含量大的熟料，燃燒過程中還原氣氛更加敏感，黃心率大大增加，這主要是由于Fe₂O₃含量較大，，當(dāng)處于還原氣氛時，增加了三價鐵離子還原成二價鐵離子的機(jī)會和數(shù)量，導(dǎo)致黃心率增加。另外，在熟料Fe₂O₃含量正常情況下，隨著CaO含量的增加，還原熟料量增加，主要是由于熟料中CaO含量增加，熟料的易燒性下降，相應(yīng)地要提高燒成溫度，從而增加了窯內(nèi)的用煤量，當(dāng)風(fēng)煤配比不合理時，就產(chǎn)生還原氣氛，從而增大了還原熟料的生成。

　　(6)原料中有害成分。原料中有害成分含量過高，尤其是硫堿比越高，越容易結(jié)皮，造成通風(fēng)不良；加之堿、硫、氯的富集循環(huán)與二次揚(yáng)塵形成的低共熔物造成長厚窯皮及結(jié)圈、結(jié)球，出現(xiàn)大料團(tuán)等現(xiàn)象，尤其在長時間停窯保溫時更為明顯。

　　1.2 從系統(tǒng)工藝參數(shù)的操作情況分析

　　(1)生料喂料量和喂煤量大。生料喂料量大，燒成所需熱量多，為保證預(yù)熱器溫度及燒成溫度，勢必要加大喂煤量，而喂煤量大，空氣相對不足，煤粉不完全燃燒，產(chǎn)生還原氣氛，為產(chǎn)生還原熟料創(chuàng)造了條件。在實際操作中，如不恰當(dāng)?shù)卦龃蟾G頭喂煤量，將不可避免地產(chǎn)生還原熟料。    

　　(2)系統(tǒng)壓力工藝參數(shù)控制不合理。特別是窯尾壓力，還有三次風(fēng)壓力等。窯尾負(fù)壓一般在200～300Pa，當(dāng)窯尾負(fù)壓絕對值低于正常的工藝控制參數(shù)時，則窯內(nèi)通風(fēng)量減少，可導(dǎo)致窯內(nèi)煤粉的不完全燃燒，產(chǎn)生還原氣氛。在各風(fēng)道和窯內(nèi)通風(fēng)暢通的情況下，三次風(fēng)壓力一般在-300～-600Pa，若三次風(fēng)壓力大，比如為-750Pa時，則從窯頭抽風(fēng)多，影響入窯的二次風(fēng)量，造成窯內(nèi)空氣不足，同樣會導(dǎo)致燃料不完全燃燒，形成還原氣氛。

　　(3)系統(tǒng)溫度工藝參數(shù)控制不合理。窯尾溫度：窯尾溫度一般在950～1050℃。當(dāng)窯尾溫度高時，分解爐縮口易結(jié)皮，影響窯內(nèi)通風(fēng)，為產(chǎn)生還原熟料創(chuàng)造條件。窯前(指燒成帶)溫度：當(dāng)窯前溫度高時，火焰發(fā)亮。如因生料KH值高、喂煤量大、內(nèi)風(fēng)過大、短火急燒，可產(chǎn)生致密性黃心料。

　　(4)篦式冷卻機(jī)及窯內(nèi)料層厚度的影響。當(dāng)式冷卻機(jī)篦速慢時，熟料料層厚，透氣性差，二次風(fēng)攜氧量不足，易出現(xiàn)燃料不完全燃燒，為產(chǎn)生還原熟料創(chuàng)造了條件。另外，當(dāng)回轉(zhuǎn)窯的窯速慢時，回轉(zhuǎn)窯內(nèi)物料多，填充系數(shù)大，一方面減少了窯內(nèi)通風(fēng)面積，造成通風(fēng)不良，不利于熱傳導(dǎo)；另一方面燃燒器噴嘴的位置與窯內(nèi)物料的填充系數(shù)關(guān)系非常大，當(dāng)填充系數(shù)發(fā)生變化時，相對使噴嘴接近了料層表面，燃燒器位置不合理，從而也為產(chǎn)生還原熟料產(chǎn)生了條件。

　　2 解決措施    

　　2.1 煙室圈梁改造前調(diào)整

　　2.1.1 調(diào)整三次風(fēng)閥

　　三次風(fēng)管通風(fēng)面積由60%調(diào)至30%，三次風(fēng)減少使得尾煤燃燒不好，窯尾分解爐喂煤量過多，將導(dǎo)致預(yù)熱器框架內(nèi)溫度升高，因而易在縮口、斜坡等部位產(chǎn)生結(jié)皮，影響了窯內(nèi)通風(fēng)，窯內(nèi)還原氣氛加重，煤耗升高，形成惡性循環(huán)。

　　2.1.2 增大高溫風(fēng)機(jī)拉風(fēng)

　　窯尾強(qiáng)制拉風(fēng)在通風(fēng)面積不變的情況下，窯內(nèi)風(fēng)速加快導(dǎo)致火焰拉長，煅燒強(qiáng)度不夠，煙室風(fēng)速加快，系統(tǒng)物料內(nèi)循環(huán)增加，導(dǎo)致分解爐負(fù)荷加重，結(jié)皮嚴(yán)重從而導(dǎo)致窯內(nèi)通風(fēng)進(jìn)一步減小，無法徹底解決窯內(nèi)還原氣氛。同時，高溫風(fēng)機(jī)拉風(fēng)加大，使C1出口回灰增加，降低熟料產(chǎn)量，增大熟料能耗，

　　2.1.3 調(diào)整燃燒器

　　將燃燒器從偏料位置調(diào)整至中心位置，使燃燒器噴嘴以水平方向遠(yuǎn)離料層。由于火焰與物料表面間隙變大，氧氣含量相對增加，因而在物料表面產(chǎn)生還原氣氛減弱：未燃或正在燃燒的炭粒落入熟料中的概率減小，還原氣氛得到一定改善，但并未徹底杜絕。

　　2.1.4調(diào)整煤粉質(zhì)量

　　為改善煤粉質(zhì)量，降低出磨煤粉水分，提高細(xì)度，還原氣氛得到一定改善，但煤磨臺時產(chǎn)量有所降低無法滿足正常的生產(chǎn)需求。

　　2.1.5 調(diào)整冷機(jī)

　　將篦冷機(jī)一段充氣梁篦板結(jié)構(gòu)優(yōu)化改造，提升了通風(fēng)面積。雖然供風(fēng)量充足，但由于窯內(nèi)通風(fēng)截面積有限，窯頭出現(xiàn)正壓現(xiàn)象，故還原氣氛不是冷機(jī)供風(fēng)不足所致?；剞D(zhuǎn)窯窯尾圈梁改造圖紙見圖1。 

　　2.2 煙室圈梁改造

　　公司在2021年初大修時對窯尾煙室圈梁進(jìn)行改造以改善窯內(nèi)通風(fēng)。具體方案如下：將原先的圈梁直角改為斜面來增加圈梁至斜坡垂直距離增大200mm。

　　2.3 煙室圈梁改造后調(diào)整

　　(1)改造完成后窯內(nèi)通風(fēng)增大，降低了三次風(fēng)的風(fēng)量，窯尾煙室通風(fēng)面積增大，降低了整個預(yù)熱器系統(tǒng)的阻力，做出如下調(diào)整：①三次風(fēng)通風(fēng)面積由30%提至80%；②高溫風(fēng)機(jī)由89%降至75%。

　　(2)燃燒器依然保持改造前的中心位置；由于煤粉質(zhì)量的提高降低了煤磨臺時產(chǎn)量，對煤磨的選粉機(jī)、噴口環(huán)、液壓站進(jìn)行了優(yōu)化升級改造。

　　2.4 改造前后效果分析

　　改造前窯尾煙室氣體檢測如圖3，改造后窯尾煙室氣體檢測如圖4；改造前系統(tǒng)參數(shù)如圖5，改造后系統(tǒng)參數(shù)如圖6。       

　　從改造前后數(shù)據(jù)對比發(fā)現(xiàn)，煙室CO已經(jīng)完全消除氧含量增加，氮氧化物明顯升高，窯內(nèi)燒成狀況得到改善，由于煙室圈梁與斜坡垂直距離增加，將整個預(yù)熱器系統(tǒng)的阻力降低，高溫風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速降低，C1出口風(fēng)壓降低，降低了系統(tǒng)能耗。尾煤用量從23t/h左右降至18t/h左右，頭煤從13t/h降至12t/h，高溫風(fēng)機(jī)電流從315A降至217A，每天節(jié)電3萬度左右。

　　3 結(jié)束語

　　本文針對生產(chǎn)運行時常出現(xiàn)還原熟料現(xiàn)象，一直未得到有效控制消除的問題，對熟料燒成系統(tǒng)還原氣氛的成因進(jìn)行分析，并提出解決措施。綜上措施調(diào)整后，C1出口風(fēng)壓降低約700Pa，標(biāo)準(zhǔn)煤耗降低約3kg/t，噸熟料綜合電耗降低約5kWh/t，窯內(nèi)還原氣氛得到徹底解決。 作者：李德良，董曉明

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