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        熟料包心料的產(chǎn)生原因及解決措施

        2020-06-06 09:39:26賈兆義
        水泥技術(shù) 2020年3期
        關(guān)鍵詞:系統(tǒng)

        賈兆義

        我公司有一條設(shè)計(jì)產(chǎn)能2 500t/d的熟料生產(chǎn)線,回轉(zhuǎn)窯規(guī)格φ4m×60m,實(shí)際生產(chǎn)能力為3 300t/d左右。該生產(chǎn)線采用高固氣比懸浮預(yù)熱預(yù)分解生產(chǎn)技術(shù),按照組合式交叉料流和平行雙系列氣流串行布置,集成五級八次氣固換熱,在分解爐外連接旋流器,進(jìn)行爐體外循環(huán),延長預(yù)分解時(shí)間,提高入窯分解率,實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)低耗、高效運(yùn)行。

        1 存在問題

        出窯熟料包心料較多,熟料強(qiáng)度波動(dòng)大、性能差,fCaO含量居高不下,致使水泥質(zhì)量及性能難以滿足高端用戶的需求。

        圖1 熟料包心料外觀

        圖2 熟料巖相視野孔隙率

        2 熟料包心料產(chǎn)生原因分析

        2.1 熟料巖相及熱工標(biāo)定

        2.1.1 熟料外觀質(zhì)量及巖相分析

        (1)熟料外觀質(zhì)量

        現(xiàn)場取出窯熟料觀察可見,熟料顆粒大小極不均勻,圓球狀顆粒較少,無規(guī)則形狀顆粒多,顆粒直徑約1~5cm,邊部有砂狀粒,呈分層燒結(jié)狀,有明顯孔洞;料球表層不光滑且伴有密集熔融結(jié)點(diǎn),燒結(jié)致密由表層向內(nèi)逐步變化,熟料包心部分較松散。包心料外觀見圖1。

        (2)熟料巖相分析

        熟料打開后多孔洞,孔隙率偏高。根據(jù)顯微結(jié)構(gòu)的巖相分析,正常熟料孔洞面積與熟料礦物總面積值之比在25.0%~30.0%,而該熟料孔洞面積與熟料礦物總面積之比遠(yuǎn)高于30.0%;而該熟料A礦、B礦集中分布,大多以礦巢形式存在。由巖相分析可見,熟料煅燒溫度不均勻,存在局部煅燒溫度較低現(xiàn)象,熟料冷卻速率慢,在1 250℃停留時(shí)間過長,導(dǎo)致A礦包裹B礦現(xiàn)象嚴(yán)重。熟料巖相視野孔隙率見圖2。

        2.1.2 熱工標(biāo)定

        (1)下料管下料量不穩(wěn)

        經(jīng)現(xiàn)場排查發(fā)現(xiàn),系統(tǒng)翻板閥波動(dòng)大、下料管下料量不穩(wěn)定,容易跑生料,窯內(nèi)出現(xiàn)結(jié)球、熟料包裹生料現(xiàn)象,且造成系統(tǒng)內(nèi)漏風(fēng),降低旋風(fēng)筒收塵效率。通過對一級筒的實(shí)際風(fēng)量標(biāo)定,由氣體含塵量及入大布袋收塵器的含塵量推算,實(shí)際生料料耗系數(shù)為1.596。在生料喂料量小倉控制較為穩(wěn)定的情況下,入窯提升機(jī)電流8.0A左右,入窯生料反饋波動(dòng)在10~15t/h,來料量波動(dòng)對系統(tǒng)熱工穩(wěn)定極為不利。當(dāng)來料量突然變大,會(huì)造成預(yù)熱器系統(tǒng)物料短路、塌料及躥料現(xiàn)象;當(dāng)來料量突然變小、窯爐內(nèi)溫度偏高,會(huì)造成回轉(zhuǎn)窯中后部液相提前出現(xiàn),并夾雜包裹生料,形成料球,不易煅燒,形成包心料、黃心料,影響熟料質(zhì)量。

        (2)系統(tǒng)風(fēng)量偏小

        經(jīng)檢測,三次風(fēng)實(shí)際風(fēng)量為46 210.60m3(標(biāo))/h,而分解爐煤粉燃燒需要空氣量為60 945.73m3(標(biāo))/h,三次風(fēng)風(fēng)量偏小,三次風(fēng)閘板高度為30cm;二次風(fēng)風(fēng)量(不含送煤風(fēng)及入窯一次風(fēng))為36 490.65m3(標(biāo))/h,而理論用風(fēng)量為44 907.16m3(標(biāo))/h。因而系統(tǒng)整體風(fēng)量偏小,二、三次風(fēng)實(shí)際用風(fēng)量較理論用風(fēng)量偏小18.5%~24.1%,造成窯尾煙室及分解爐出口的CO含量較高,O2含量不足,煤粉燃燒不完全,產(chǎn)生還原氣氛,致使熟料中包裹有黃色料球及少部分褐色料。

        (3)系統(tǒng)阻力大

        窯尾預(yù)熱器系統(tǒng)阻力較大,C1出口負(fù)壓高達(dá)6 800Pa,高溫風(fēng)機(jī)入口負(fù)壓高達(dá)7 280Pa,造成高溫風(fēng)機(jī)功率高(運(yùn)行電流高達(dá)127A)。根據(jù)C5出口負(fù)壓約1 800Pa判斷,阻力高的原因是各級預(yù)熱器阻力大,這與料氣比高有關(guān)。

        (4)C1出口溫差高

        C1A、C1B出口溫度相差高達(dá)40℃,存在換熱不均勻現(xiàn)象,入口換熱段距離較短,換熱效果較差。根據(jù)空間位置,對喂料點(diǎn)進(jìn)行改造,適當(dāng)延長入口換熱段距離,提高換熱效果。

        (5)一級筒與風(fēng)機(jī)壓差較大

        經(jīng)檢測,一級筒出口粉塵排放量10.09t/h,含塵濃度25g/m3左右,濃度較低,一級筒收塵效率高達(dá)95.31%,但阻力較大,壓損在1 500Pa左右,特別是一級筒與高溫風(fēng)機(jī)之間壓差較大。

        2.2 熟料包心料成因分析

        通過熟料巖相分析及系統(tǒng)熱工標(biāo)定可知,熟料包心料形成主要原因是燒成系統(tǒng)熱系統(tǒng)整體風(fēng)量不足、窯爐風(fēng)不匹配、喂料量波動(dòng)大、頭煤量過多、窯速頻繁調(diào)整等導(dǎo)致的熱工制度不穩(wěn)定,從而造成回轉(zhuǎn)窯長厚窯皮、結(jié)圈結(jié)蛋、頻繁塌料等,在窯爐還原氣氛較濃狀態(tài)下,極易產(chǎn)生熟料包心料,嚴(yán)重影響熟料質(zhì)量。

        圖3 入分解爐(C4B)

        圖4 旋流器

        (1)系統(tǒng)來料不穩(wěn)定,生料沖板流量計(jì)(計(jì)量秤)波動(dòng)較大,影響窯內(nèi)熱工狀態(tài),容易造成系統(tǒng)參數(shù)紊亂。

        (2)撒料箱的撒料效果較差,當(dāng)現(xiàn)有喂料秤喂料波動(dòng)較大時(shí),三、四級撒料箱的作用尤為重要,不僅起到使物料充分交換的作用,同時(shí)也可預(yù)防三級向五級塌料,四級向分解爐塌料的情況發(fā)生,撒料效果差時(shí)會(huì)有物料短路現(xiàn)象出現(xiàn)。

        (3)窯、爐總風(fēng)量偏小,煤粉燃燒不完全,窯尾及分解爐出口的一氧化碳濃度較高,浪費(fèi)燃料,不利于熟料的煅燒,易產(chǎn)生還原料,造成熟料fCaO含量偏高。

        (4)熟料MgO含量較高(4.5%左右),易使窯內(nèi)低溫液相量增多,并提前出現(xiàn),使上過渡帶出現(xiàn)大量的液相,熟料提前結(jié)粒且結(jié)粒逐步增大。這些大顆粒球核進(jìn)入燒成帶后,熱量從大顆粒料球表面?zhèn)鞯街行妮^困難,增加頭煤用量容易造成長厚窯皮,窯內(nèi)還原氣氛較濃,加重褐色還原料的形成氛圍。

        3 解決措施

        3.1 沖板流量計(jì)改裝為轉(zhuǎn)子秤,穩(wěn)定系統(tǒng)生料喂料,撒料箱增加撒料板,增強(qiáng)物料分散能力

        由于生料沖板流量計(jì)(計(jì)量秤)波動(dòng)較大,影響系統(tǒng)來料穩(wěn)定性,操作時(shí)分解爐出口溫度很難控制,系統(tǒng)熱工制度不穩(wěn)。為了解決以上問題,將沖板流量計(jì)改裝為轉(zhuǎn)子秤,保證了下料的穩(wěn)定。其次,對C3B、入分解爐的C4B(圖3)和旋流器(圖4)下料管撒料箱增加了撒料板,采用耐熱鋼板自行制作撒料板,按照C3B2(超出原撒料臺(tái)邊緣)0cm、旋流器25cm、C4B(入分解爐)30cm的插入深度要求進(jìn)行定位,以增強(qiáng)物料分散能力。同時(shí),設(shè)計(jì)更換撒料箱為120°廣角撒料箱,提高物料分散性,防止窯內(nèi)出現(xiàn)竄生料現(xiàn)象。

        3.2 普通翻板閥(圖5)更換為微動(dòng)翻板閥(圖6),改善系統(tǒng)鎖風(fēng)效果

        由于系統(tǒng)內(nèi)漏風(fēng),二、三次風(fēng)量小,系統(tǒng)整體風(fēng)量不足,將C1A、C1B下部翻板閥、C4A、C4B、C5以及旋流器翻板閥進(jìn)行更換,改用鎖風(fēng)效果更好的微動(dòng)翻板閥。

        3.3 對三次風(fēng)管入風(fēng)口進(jìn)行改造,更換新的噴煤管,提高熟料煅燒能力

        在三次風(fēng)管入分解爐口一側(cè)加做斜度約25°導(dǎo)風(fēng)墻,使得入分解爐后風(fēng)場更加合理,改變?nèi)霠t三次風(fēng)的切向運(yùn)行效應(yīng),促進(jìn)爐內(nèi)風(fēng)煤匹配,使煤粉充分燃燒,進(jìn)而預(yù)防局部高溫產(chǎn)生結(jié)皮。同時(shí),更換使用新的噴煤管,解決窯內(nèi)頻繁結(jié)圈結(jié)球,改善因窯、爐總體風(fēng)量偏小、煤粉燃燒不完全的問題。

        3.4 穩(wěn)定生料成分,提升生料KH合格率,控制熟料MgO含量

        針對石灰石質(zhì)量波動(dòng)大的特點(diǎn),搭配開采礦山石灰石,穩(wěn)定均化庫底各區(qū)下料,保證下料點(diǎn)下料正常,恒定標(biāo)準(zhǔn)倉倉重,有效管控生料均化鏈,進(jìn)而提升生料KH合格率,控制熟料MgO含量≤4.0%。

        3.5 對高溫風(fēng)機(jī)進(jìn)行改造,調(diào)整三次風(fēng)閘板,加大系統(tǒng)風(fēng)量

        將高溫風(fēng)機(jī)入口百葉閥葉片拆除,減少管道阻力,改原主電機(jī)液力耦合器為變頻器控制調(diào)速,在保證系統(tǒng)負(fù)壓前提下,適當(dāng)提高窯頭高溫風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速,加強(qiáng)系統(tǒng)通風(fēng)。三次風(fēng)閘板高度由30cm調(diào)整為40cm。調(diào)整后三次風(fēng)的風(fēng)量51 682.13m3(標(biāo))/h,二次風(fēng)的風(fēng)量39 871.66m3(標(biāo))/h,從而使二、三次風(fēng)實(shí)際用風(fēng)量較理論用風(fēng)量由原來偏小18.5%~24.1%下降為偏小11.2%~15.2%。

        3.6 減少窯頭煤用量,提高回轉(zhuǎn)窯轉(zhuǎn)速

        在生產(chǎn)過程中,適當(dāng)減少窯頭煤用量,提高回轉(zhuǎn)窯轉(zhuǎn)速,將轉(zhuǎn)速由原來3.8r/min提高到4.3r/min,達(dá)到“薄料快轉(zhuǎn)”,減少窯內(nèi)物料填充率,保證窯內(nèi)通風(fēng)良好,進(jìn)而保證窯內(nèi)煤粉燃燒更加充分。

        圖5 更換前普通翻板閥圖紙

        圖6 更換后微動(dòng)翻板閥

        4 改造效果

        4.1 工藝故障停機(jī)次數(shù)大幅減少

        經(jīng)統(tǒng)計(jì),2018年3月15日改造開機(jī)后,回轉(zhuǎn)窯非計(jì)劃停機(jī)次數(shù)大幅度減少,3~4月實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)窯連續(xù)運(yùn)行36d,5~8月實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)窯連續(xù)運(yùn)行72d,9~11月實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)窯連續(xù)運(yùn)行65d,連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的時(shí)段和天數(shù)創(chuàng)歷史最好水平。工藝故障停機(jī)3次,比2017年停機(jī)12次減少了75%,未出現(xiàn)回轉(zhuǎn)窯結(jié)大塊現(xiàn)象。

        4.2 熟料質(zhì)量及性能提高

        通過上述措施,熟料表面光滑無孔,剖開后結(jié)構(gòu)致密,熔融感較強(qiáng),質(zhì)量總體性能顯著提高,熟料強(qiáng)度、穩(wěn)定性提高。改造后,2018年3月~11月較2017年同期熟料28d強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)偏差下降0.72(見圖7),28d抗壓強(qiáng)度提高3.5MPa,按我公司熟料fCaO含量≤1.2%的內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn),熟料fCaO內(nèi)控合格率提高14.6%(見表1),生產(chǎn)P·O42.5水泥的fCaO含量控制指標(biāo)可滿足鐵路標(biāo)準(zhǔn)及相關(guān)高端用戶的需求。

        圖7 熟料28d強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)偏差

        表1 改造前后熟料fCaO內(nèi)控合格率對比,%

        表2 改造前后回轉(zhuǎn)窯產(chǎn)量對比表,t/h

        表3 改造前后熟料燒成電耗對比表,kWh/t

        4.3 回轉(zhuǎn)窯產(chǎn)量顯著提高,電耗明顯下降

        由表2、表3回轉(zhuǎn)窯改造前后產(chǎn)量對比表及電耗對比表可見,改造后,2018年較改造前2017年窯產(chǎn)量提高5.0t/h左右,實(shí)際生產(chǎn)能力由改造前3 150t/d上升到3 300t/d以上,電耗下降0.83kWh/t熟料,回轉(zhuǎn)窯提產(chǎn)降耗明顯。

        5 結(jié)語

        通過熟料巖相分析及熱工標(biāo)定診斷,確定熟料包心料產(chǎn)生的主要原因是燒成系統(tǒng)風(fēng)量嚴(yán)重不足,窯爐煤粉燃燒不完全致使還原氣氛較濃等。通過采取上述改造措施,該生產(chǎn)線回轉(zhuǎn)窯工藝故障停機(jī)次數(shù)大幅減少,熟料質(zhì)量及性能顯著提高,回轉(zhuǎn)窯產(chǎn)量顯著提高,生產(chǎn)能耗下降明顯。

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