影响熟料中f-CaO含量的几个因素

2018-01-30刘世贵郝进秀

中国水泥 2018年6期

刘世贵，郝进秀

（1.北京金隅科技学校，北京 100142；2.北京国建联信认证中心有限公司，北京 100831）

0 引言

f-CaO（游离氧化钙）是指经高温煅烧而仍未化合的氧化钙，也称游离石灰。其结构较致密，水化很慢，水化后体积增加97.7%，在硬化的水泥浆中易造成局部膨胀应力，引起强度倒缩，严重时引起安定性不良。f-CaO作为预分解窑熟料煅烧过程中检验熟料质量的重要指标，要求熟料中含量控制在1.5%以下，然而在实际操作中由于率值、煅烧温度、烧成操作，以及固废处理等因素的影响，使熟料中的f-CaO含量超出质量控制指标，严重时造成质量事故，影响到水泥的安定性和强度，操作员必须认识到f-CaO在熟料煅烧中的重要性，并作出相应的分析和调整。

1 造成f-CaO偏高的因素

1.1 生料成份波动大，三率值不匹配

当生料成份发生较大偏差（较高的KH值（＞0.93）或较低的SM（＜2.2）），超出控制范围较多时，也容易造成f-CaO偏高。KH值过高时，在窑内停留时间不变的情况下，CaO不能被C2S完全吸收，造成f-CaO偏高。虽然烧出的熟料在外观上与正常的熟料相似，但结粒稍差。此时可适当减产或加大窑内通风，将火焰拉长，加少量窑头煤，适当减窑速，延长物料在烧成带停留时间。

硅率（SM）过低时，由于熟料中的液相增多，在固相反应未完成时就产生大量液相熟料，结粒较大，进入烧成带后，由于颗粒较大外部烧结完全但内部没有烧透，产生黄心料，造成f-CaO偏高。实际操作中，可适当减料，将入窑生料温度控制低些，降低入窑物料分解率。特别是，当硅率（SM）低而铝氧率（IM）高时，窑内熟料不仅液相量多，且液相粘度大。可适当加窑头煤，提高烧成带温度，以降低液相粘度，提高分子扩散速度。

实践中，熟料中的KH值不能控制过高，一般控制在0.9±0.02比较合适。如果此时SM过高，则煅烧过程中产生的液相量偏少，烧成吸收反应很难进行，也造成熟料中的f-CaO相对偏高；如SM过低，则煅烧过程中产生的液相量会偏多，窑内容易结圈、结球，造成窑内通风不好，影响烧成吸收反应的进行，也容易造成熟料中的f-CaO含量偏高。

如果IM过高，则煅烧过程中产生的液相黏度大，烧成吸收反应同样很难进行，造成熟料中f-CaO含量偏高；如IM过低，则煅烧过程中产生的液相黏度偏小，烧结温度范围变窄，煅烧温度不容易控制，温度控制高了易结大块，温度控制低了易造成生烧。这两种情况都容易使熟料中的f-CaO含量偏高，所以熟料中的IM值控制在1.6±0.10合适。

特别指出的是：如果是因为生料成份引起游离钙偏高，特别是三个率值超出控制范围较多时，单靠调整窑的操作是很难将物料烧合格的，应该及时调整配料。

1.2 窑内温度低，液相量不足

窑内温度，尤其是烧成带温度偏低，窑内持续还原气氛使得熟料烧结反应不完全，造成f-CaO偏高。这种情况一般是窑内通风不好或三次风档板开度过大使得窑内有效通风量减小，煤粉不能完全燃烧造成的。此时出现的窑况一般是这样的，窑头昏暗，能明显看到黑火头，氮氧化物浓度低于正常值，且越加煤窑内温度越低，氮氧化物越低。烧出的熟料表面无光泽且较粗糙，砸开后里面是明显的黄心料，这种熟料结构不致密一般用手就可捏碎。化学分析显示，这种熟料的f-CaO一般都较高（通常在2.0%以上）。常用的处理方法是将三次风档板关小，同时加大高温风机转速，使系统保持较大的通风量；适当减少窑头煤，保证窑头煤能够完全燃烧；窑速不宜过慢，以保持窑内较低的填充率。

1.3 风的匹配不合理

（1）二次风和三次风的合理分配问题。当三次风阀门开度过大时，窑内通风量减少，窑头煤加不上去，窑尾废气中的CO浓度高，烟室容易发生结皮现象，窑内容易发生结圈、结球现象，造成熟料f-CaO含量偏高；当三次风阀门开度过小时，分解炉内的风量减少，分解炉内的煤加不上去，入窑生料的分解率降低，导致窑内煅烧负荷加重。同时，窑内通风增大，火焰拉长，二次风温、三次风温都会降低，熟料结粒疏松，造成熟料f-CaO含量偏高，所以窑内通风量过大或过小，很容易产生欠烧料。

（2）篦冷机鼓风量和系统拉风量的合理分配。篦冷机的鼓风量和系统的拉风量是窑用风量的主要来源。当采用厚料层操作时，篦冷机的鼓风量不能盲目减少，一定要兼顾窑内使用的风量。如窑内使用的风量不足，轻者造成窑内煤粉的不完全燃烧，重者造成窑尾预热器的塌料，影响生料的分散、预热和入窑的分解率，造成熟料f-CaO含量高。

对于一次风风压的问题，当煤质好时一次风的压力可以控制低些，煤质差时一次风的压力可以控制高些。

1.4 进厂煤质波动较大

煤的质量是影响熟料中f-CaO和熟料质量的重要因素，煤的质量指标主要包括水份、固定碳、挥发份、灰份、硫、热值、细度。

窑头煤不能控制过多，也不能控制过少。稍多时熟料结粒变大，外表光滑致密，偶有烧流迹象，而且有黄心，熟料立升重偏高，烧成带后部，窑尾烟室温度升高，造成烧成带容易结后圈，烟室结皮，影响窑内通风和煅烧，造成f-CaO偏高。如某日上午化验室报f-CaO值偏高为1.6%，而此时熟料KH值0.90，SM值2.59，IM值1.51均合格，查看燃料分析发现，煤粉细度偏粗为13.1%，煤粉水份偏高在9.0%，而且窑头煤加的过多，通过调整煤磨的操作，使细度控制在8.0%以下，水份控制在5.0%以下，窑头喂煤量控制在7.6t/h～8.2t/h之间。通过调整，熟料结粒均匀，光滑致密，料面发亮，无黄心，f-CaO维持在1.3%。

一般来说，当煤粉水份偏大时，煤粉的燃烧速度会受到影响，火焰明显变长，烧成带温度的明显下降，窑内结圈、结球，熟料f-CaO的合格率很低。如果长时间使用这种煤，应采取措施，改变配料方案，降低KH、SM、IM，目的在于改善生料易烧性，减少窑内结圈、结球现象，提高熟料f-CaO的合格率。

1.5 窑速的影响

窑速过快、过慢都会造成熟料中的f-CaO偏高。如果窑速过快，造成物料在烧成带停留时间过短，烧成吸收反应不完全，造成熟料中的f-CaO偏高；如果窑速过慢，造成物料在窑内的填充率过大，热交换不均匀，煤粉的燃烧空间变小，烧成带强度降低，烧成吸收反应不完全，也会造成熟料中的f-CaO偏高。

一般来说，对NSP窑采用“薄料快烧”的煅烧方法，操作中要稳定窑速，不能过于频繁调整，如遇特殊情况必须大幅度调整，要使窑速与喂料量保持同步，否则会造成熟料中f-CaO偏高，影响熟料质量。

1.6 固废处理使得窑况复杂

固废对熟料质量的影响：含水量70%的固废浆渣对窑的影响很大，水份蒸发吸热大，降低物料温度，水蒸气在高温下体积膨胀达数百倍，窑尾气体中的相对氧含量降低，燃料产生滞后燃烧。30%的废渣由于燃烧不充分，产生CO，而且NO有明显下降趋势，滞后燃烧会造成分解炉温度波动较大，波动值一般在50℃～150℃。

在各种固废中，以生活污泥为主的固废，主要物质有水和有机质，对窑况及熟料质量相对影响较小。液体类固废对三次风温影响较大，根据废液种类不同，可造成三次风温上升100℃以上，也可造成三次风温下降100℃以下。以化学试剂为主，对窑及熟料质量的影响，也是相对小一些。

在以上几类固废同时处置的情况下，熟料f-CaO含量曾一度达到2.25%的情况，而且熟料的三率值均在合格范围，去现场看料也是欠烧料，有黄心。停烧试剂，熟料多孔、欠烧，停烧废液及碱液类固废，三次风温相对稳定了，但是熟料仍然没有明显改观。将污泥停烧，现场看料，结粒较好，多孔、黄心现象没有了，化验室结果为f-CaO1.89%。停浆渣系统固废，熟料结粒明显改善，均匀、致密、无黄心，部分料有光泽，化验室结果为f-CaO1.22%。

检查浆渣系统发现，打散头打散效果不理想，造成生料与浆渣结块，掉到烟室斜坡，堆积不走，使窑内通风受到影响，通风效果变差，烟室压力上升-100kPa～200kPa，分解炉出口压力上升-100kPa～-150kPa，烟室尾温波动50℃～100℃，分解炉温度波动50℃左右，NO下降200ppm，CO呈上升趋势，篦冷机压力波动，窑头负压波动，偶有正压现象。通过改变浆渣配料及污泥处置量，熟料得以改变，f-CaO得以控制。

通过对以上的分析与操作，熟料中f-CaO含量有效地控制在1.5%以下，熟料强度＞55MPa。