• 预分解窑黄心料产生的原因及解决措施
2016-1-12 10:51:28   作者:李永良|李国星|刘德华|黄申永   出处:水泥商情网             ★★★
摘要: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。
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    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。

        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”。

        (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。

        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。

    7 效果
        通过采取上述措施,改善了煤粉燃烧条件,减轻了窑内还原气氛,预分解窑出现黄心料的情况大大减少,提高了熟料产质量,并取得了较好的经济效益。采取优化调整措施后“黄心料”出现频次及熟料的物理性能见表4。

     

    《水泥技术》

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