预分解窑黄心料产生的原因及解决措施

2011-01-05李永良李国星刘德华黄申永

水泥技术 2011年6期

关键词：窑头窑内熟料

李永良，李国星，刘德华，黄申永

预分解窑黄心料产生的原因及解决措施

Reasons and Solutions for the Appearance of Clinker with Brown Core in the Precalciner Kiln

李永良，李国星，刘德华，黄申永

1 前言

我公司3号线2500t/d熟料预分解窑烧成采用ϕ4.0m×60m回转窑带五级旋风预热器高原型NDSP52分解炉。从2010年4月份以来，熟料曾多次出现“黄心料”，同时伴随fCaO含量偏高，熟料28d抗压强度偏低，严重影响熟料质量的提高。为此，工艺组采取相应技术措施进行攻关，结合生产实际情况找出产生黄心料的原因，并对“黄心料”形成机理加以分析，成功地解决了“黄心料”的问题，取得了良好的效果。

2 黄心料

在水泥生产中正常熟料是在窑内空气略有过剩的情况下烧成的，如窑内氧气不足，燃料燃烧不完全，就会形成CO还原气氛，其反应式为：C+O2→CO2+Q，C+1/2O2→CO+Q。预分解窑产生的黄心料，就是在窑内缺氧的还原气氛下生产出来的熟料。预分解窑产生的黄心料可分为疏松性黄心料和致密性黄心料。疏松黄心料结构疏松、熟料烧失量高、fCaO高、后期强度明显降低，它是在窑头温度低、窑尾存在还原气氛的条件下产生的；而致密性黄心料外壳的颜色与正常熟料相似，结粒较大，升重较高，砸开熟料后核心呈大小不等的黄心，它是在还原气氛较强或煤粉直接还原作用下，F2O3被还原成FeO，因此熟料颜色发黄，当冷却时，表层熟料因再氧化而呈黑色。黄心料的黄心程度随FeO含量而增加，而总的铁含量却没有明显变化；而有些黄心料中SiO2和Al2O3的含量较高，这主要是煤灰掺入过多造成的。

还原熟料的危害很多，影响窑的产量、质量、煤耗、热工制度的稳定，影响熟料、水泥的质量外观颜色等，且熟料强度低，易磨性差，因此必须采取措施解决。

3 原材料化学分析

生料采用石灰石、砂岩、粘土和硫酸渣四组分配料，原材料月平均数据化学成分见表1，煤的工业分析月平均数据见表2。

4 熟料月平均化学分析和抗压强度

从表3可看出，熟料28d强度只有54MPa，在某种程度上影响了水泥质量的稳定性，为稳定出厂水泥强度，在水泥生产控制过程中，只好采取提高出磨水泥比表面积、降低混合材掺加量等措施，在一定程度上增加了企业的生产成本。

5 产生黄心料的原因分析

（1）风、煤、料、窑速配合不好

风、煤、料配合不好，是产生黄心料的根本原因。多数情况是窑系统排风不够或喂料太多。窑头喂煤过多，在一、二次风量不变的情况下，窑内氧含量明显不足，导致煤粉燃烧不完全，而产生还原气氛，易出现黄心料；窑尾分解炉喂煤过多，将导致预热器框架内温度升高,因而易在缩口、斜坡等部位产生结皮，影响窑内通风，同样易使窑内氧含量不足，产生还原气氛，导致出现黄心料；窑系统出现工艺故障，如窑内结大球、结圈或长厚窑皮、窑尾下料斜坡积灰等均可影响窑内通风，造成煤粉不完全燃烧。这些因素的产生，是形成还原料的主要原因，因此在实际生产中要注意风、煤、料三者的合理匹配。

窑速过低，由于大小齿磨损较大，导致大小齿顶尖间隙啮合不好，震动较大，窑速一直在3.0r/min，使得窑内物料的填充率增加，窑内阻力增大，通风面积受限，供氧不足，以至产生黄心料。

我公司所使用的煤粉灰分高、挥发分低，煤粉燃烧速度慢，燃尽率较低且火焰温度不集中，使火焰的长度拉长，窑内高温点后移，形成低温长焰，在慢窑速条件下，生料提前出现液相，加上未完全燃烧的煤粉沉积在生料中及火焰缺氧现象，所以产生了较疏松的黄心料。

表1 原材料月平均化学成分，%

窑头用煤量太大，二次风温偏低，当熟料fCaO偏高时，中控操作员会误以为是窑头用煤量偏少所致，于是便增加窑头用煤量，以提高烧成带温度。有时甚至出现窑头用煤量与分解炉用煤量倒置的现象，大量煤粉燃烧不完全，窑内还原气氛加重,进一步降低窑头温度，同时大量煤粉被风拉到窑尾燃烧，造成系统温度偏高，液相提前出现，形成长厚结皮等工艺事故，进一步加剧还原气氛的产生，导致“黄心料”的出现。

（2）系统温度控制不合理

近段时间，分解炉出口温度控制相对偏高，在920℃左右，窑尾温度控制在1050℃，致使分解炉缩口、窑尾烟室结皮严重，分解炉出口负压高到1100Pa，窑内通风不畅，产生了致密的“黄心料”。

二次风温一直偏低，在940℃左右，由于二次风温低，煤粉燃烧不好，出现部分不完全燃烧现象，使煤粉后燃，高温带后移，使窑内形成还原气氛，熟料出现“黄心料”。

（3）三次风闸板开度不合理

三次风闸板受热变形及磨损，使闸板实际开度比设定开度大（设定闸板开度为35%，实际上达到50%），导致窑内风量减少，从而降低煤粉燃烧速度，使煤粉后燃，产生不完全燃烧，在还原气氛下F2O3被还原成低价的FeO，产生“黄心料”。

表2 烟煤工业分析月平均数据

表3 月平均熟料化学分析（%）、率值及强度（MPa）

（4）喷煤管的位置和内外风的比例失调

喷煤管在窑口截面位置不合理，导致二次风不足，内风和外风的风量、风速比例不合理，风煤混合不好。生产过程中发现喷煤管的位置较低，火焰逼近料面，火焰不顺，喷煤管喷嘴愈接近料层,黄心料生成愈多，以水平方向靠近料层尤甚。喷嘴靠近料层，火焰铺在物料表面上，火焰中的炭粒紧贴物料向前运行，由于火焰与物料表面间隙变小，氧气含量不足，因而在物料表面产生严重的还原气氛。未燃尽或正在燃烧的炭粒容易落入熟料中，减少了与氧气接触的机会，产生还原气氛，煤粉不完全燃烧严重，导致急烧和不完全燃烧，产生黄心料，并伴随fCaO高（煤管位置如图1B点）。

煤管内外风比例的大小直接影响烧成带的长度及火焰形状。过小的外风喷出速度将影响直流风的穿透能力,减弱对入窑二次风的卷吸,导致煤粉与二次风不能很好地混合,煤粉燃烧不完全,产生还原气氛;过大的外风喷出速度将会引起过大的回流，强化煤粉的后期混合

与燃烧，使火焰高温区拉长，同样会导致煤粉燃烧不完全，使窑尾温度过高，而内风旋流强度仅控制着火焰形状。通过观察，发现燃烧器内外风比例分别为30%和90%，火焰细长，窑内长厚窑皮，烟室结皮较厚，影响窑内通风，形成还原气氛。

6 采取的措施

根据中控系统工艺参数操作，及时正确调整用煤量和系统通风量，窑头喂煤量和窑尾分解炉喂煤量比例严格按4：6控制，确保炉中及出口气体温度的稳定。操作中严格掌握系统内温度和压力的变化，保持系统内通风良好，防止温度过高或过低，坚持前后兼顾，把预分解系统情况与窑头烧成带情况结合起来考虑。在操作上，严防大起大落、顶火逼烧，严禁跑生料或停窑烧，做到稳定操作、稳定热工制度、稳定下料量，确保分解炉安全稳定运行。

如发现烧成带温度偏低，窑电流曲线下降和fCaO呈上升趋势，必须认真分析问题的真正原因所在，不能盲目地加大头煤用量，要以加尾煤为基础合理调整头煤的用量。

实行“薄料快转”的煅烧操作方法，适当提高窑速，由原来的3.0r/min提高到3.80r/min，降低窑内物料填充率，增加物料在窑内的翻滚次数，降低物料在高温带的停留时间，强化物料的煅烧。

图1 喷煤管在窑口截面的位置

表4 调整后窑系统情况及熟料质量

强化煅烧操作，稳定窑内热工制度，篦冷机采用厚料层操作，并调整三次风阀开度，提高二、三次风温，减少还原气氛，强化分解炉煤料的混合，稳定入窑分解率，对防止黄心料有积极作用。控制入窑物料分解率在87%～92%，分解炉出口温度在850～870℃之间，并适当减少窑头煤用量，将窑尾温度由原来的1050℃左右降到950℃左右，防止因温度过高，引起系统结皮、结圈等问题的出现。二次风温提高到1050℃以上，避免窑内由于煤粉燃烧不充分而产生还原气氛，提高煤粉的燃烧速度和烧成带温度，减少窑内产生黄心料的几率。

优化调整燃烧器内外风比例。根据窑筒体温度曲线和窑皮长度，优化调整三风道燃烧器内外风比例，将其调整为：内风70%，外风80%，保证煤粉的充分燃烧。同时要求现场人员加强巡检，及时清理燃烧器端部的积料，防止端部变形，火焰形状发生改变，影响煤粉的燃烧。

适当的火焰长度、形状和位置对保护窑皮、防止产生黄心料是非常重要的。生产实践告诉我们，四风道煤管喷嘴的位置和火焰高低对窑皮的厚薄和长短影响很大。火焰离料近，窑皮厚，影响窑内通风，窑皮厚度一般以20～25cm为好；火焰离料远，窑皮薄，影响耐火砖的使用寿命；火焰温度高，窑皮短，火焰温度低，窑皮长，增加窑内填充系数。因此喷煤管必须有一个适当的位置。实践证明，煤管位置定位在窑口截面第四象限为宜（如图1A点）。

内外风的调整，一般加大内风时火焰短而粗，加大外风时火焰细而长。内风过大易造成短粗发散，不仅容易烧坏窑皮，还会导致结粒粗大，产生黄心料。外风过大，火焰核心区拉长，易使未燃尽的焦碳粒子沉落在窑后段继续燃烧，使物料过早出现液相，产生过长的浮窑皮，引起结圈。调整燃烧器内外风比例分别为50%和70%，强化煤粉的完全燃烧。