水泥廠回轉窯內(nèi)結圈、結球的原因及處理方法
2011-06-23 00:00
各種類型的水泥回轉窯都遇到過結圈問題。結圈使窯該處的橫斷面積顯著減少，嚴重影響窯內(nèi)通風，阻礙物料運動，對回轉窯的產(chǎn)量、質量、安全運轉、煤耗、電耗均有一定影響。尤其頻繁結圈的回轉窯，不僅破壞了窯內(nèi)正常熱工制度，而且損害操作人員的身體健康，給生產(chǎn)造成經(jīng)濟損失。
引起回轉窯結圈的因素很多，它與原料性質、生料成分、燃料的灰分和細度、窯型、窯內(nèi)還原氣氛及熱工制度等有關。在實際生產(chǎn)過程中，煅燒硅酸率高的熟料時，對減少結圈有好處，但是燒硅酸率很高的白水泥熟料也結圈。至于說煤灰的影響，但所有燒油的水泥回轉窯同樣也結圈。所以結圈問題比較復雜?，F(xiàn)結合生產(chǎn)中的體會和認識，談談水泥回轉窯結圈的預防和處理。
1 結圈的形成
回轉窯內(nèi)形成結圈的因素很多，但液相的產(chǎn)生和固化是結圈的主要形成過程。而襯料溫度、物料溫度、煤灰和生料組成又是決定液相的生成和固化的主要因素。在熟料煅燒過程中，生料在1200℃左右出現(xiàn)液相，在1250℃左右液相粘度開始變小，液相量增加，由于料層覆蓋溫度突降，加之筒體表面散熱，液相在窯壁上凝固下來，形成窯皮。窯繼續(xù)運轉，窯皮又暴露在高溫中而被熔掉下來，再次被物料覆蓋，液相又凝固下來，如此周而復始。如果粘掛上去的多，掉下來的小，窯皮就增厚，反之就變薄。在正常情況下，窯皮可保持在200mm左右的厚度。該溫度條件及區(qū)域內(nèi)若熔化和固化的過程達到平衡，窯皮就不會增厚。當熔化的少固化的多，其厚度增長到一定程度，即形成圈。當襯料與物料的溫差大時，在足夠液相的條件下，圈體越結越厚。
1.1 前結圈的形成
前結圈(又稱窯口圈)，是結在回轉窯燒成帶末端部位的圈。在正常煅燒條件下，物料溫度為1350～1450℃，液相量約為24%，其粘度較大。當熟料離開燒成帶時，液相開始冷卻，進入冷卻帶的液相已基本固化。在燒成帶和冷卻帶的交界處存在著較大的溫差，窯口物料溫度高于窯皮溫度。當熟料進入冷卻帶時，帶有液相的高溫熟料覆蓋在溫度較低的末端窯皮上，就會很快粘結、越粘越厚，最后形成前結圈。在煅燒過程中，當燒成帶高溫部分溫度過于集中時，冷卻帶與燒成帶交界處出現(xiàn)很大的溫差，加之高溫急燒液相量增多，粘度較小，熟料進入冷卻帶時，仍有大量液相迅速冷卻在交界的附近，促進了前圈的增長。
1.2 熟料圈的形成
熟料圈(又稱二道圈)，是結在窯內(nèi)燒成帶與放熱反應帶之間的圈，也是回轉窯內(nèi)危害最大的結圈。在熟料煅燒過程中，當物料溫度達到1280℃時，其液相粘度較大，熟料圈最易形成，冷卻后比較堅固，不易除掉，在正常煅燒情況下，熟料圈體的內(nèi)徑部分，往往被燒熔而掉落，保持正常的圈體內(nèi)徑。如果在1250～1280℃溫度范圍內(nèi)出現(xiàn)的液相量偏多，往往形成妨礙生產(chǎn)的熟料圈。熟料圈一般結在燒成帶的邊界或更遠，開始是燒成帶后邊的窯皮逐漸增長，逐漸長厚，發(fā)展到一定程度即形成熟料圈。嚴重熟料圈的窯皮長度有的甚至長出正常窯皮長度的幾倍。如某白水泥廠3.6m65m三級旋風預熱器窯，在試產(chǎn)期間曾結過一次嚴重的熟料圈。窯內(nèi)窯皮長達52m(自窯頭護口鐵測量)，圈體最厚處達1050mm。致使試產(chǎn)無法進行，被迫停窯處理。
2 結圈的預防和處理
2.1 結圈的預防
前結圈和熟料圈形成的主要因素是由于物料在一定溫度和區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生液相，在襯料與物料間溫差大的條件下容易產(chǎn)生結圈。因此防止結圈的辦法在于適當?shù)販p少物料中的初期液相量，盡量減少襯料和物料間的溫差。
(1)選擇適宜的配料方案，穩(wěn)定生料成分，提高煅燒操作水平。一般講:燒高飽和比、高硅酸率的料子不易結圈，但煅燒很困難，對保護窯皮和熟料質量不利。而燒低飽和比、低硅酸率的料子，燒結范圍窄，液相量多，結粒粗，煅燒不易控制，易結圈。燒高飽和比、低硅酸率或低飽和比、高硅酸率的料子都可易燒不結圈。因此配料方案應采用較高飽和比和較高硅酸率適當減少熔媒礦物的配料方案，對防止結圈有利。如某水泥2.5m45m五級懸浮預熱器窯，投產(chǎn)兩年多來的配料方案:KH=0.9±0.02，SM=2.0±0.1，AM=1.3±0.1。結圈頻繁，臺時產(chǎn)量低達7.0t/h。調整后的配料方案:KH=0.94±0.02，SM=2.4±0.1，AM=1.1±0.1，采用“薄料快轉”操作，結圈問題基本得到解決，窯的快轉率和運轉率都有了提高，熟料臺時產(chǎn)量穩(wěn)定在10t/h以上。另外高鋁氧率的料子C3A含量高，液相粘度大，易結圈。在配料方案中應在適當減少物料中液相量的條件下，降低鋁氧率值。
(2)降低煤粉細度，加強風煤混合，消除不完全燃燒。煤粉細度粗，著火速度慢，燃燒時間長，火焰的熱力分散。在二次風量不足通風不良的情況下，物料預燒不好。一次風量不足，風速、風壓減小，風煤混合不好，容易產(chǎn)生不完全燃燒形成還原焰。尤其使用單通道噴煤管的回轉窯，一次風中的氧很難達到火焰中心區(qū)嚴重缺氧，大量碳粒和CO不能在燒成帶燃燒，而在分解帶甚至窯尾才燃燒。同時在燒成帶產(chǎn)生大量CO，使物料中部分氧化鐵被還原成氧化亞鐵，形成FeO?SiO2低熔點的化合物。而FeO?SiO2液相在1100℃左右能促使硅方解石〔2(CaO?SiO2)?CaCO3〕的形成，而硅方解石在1180～1220℃的液相形成，最容易使燒成帶液相提前出現(xiàn)，將未熔的物料粘結在一起，造成結圈。為此在生產(chǎn)中將煤粉細度控制在10%以下，同時改進單風道噴煤管煤風的噴射系統(tǒng)，或采用雙風道、三風道噴煤管，確保煤粉充分燃燒，是防止結圈的重要措施。如某水泥廠4.4/4.15/4.4m180m濕法回轉窯，曾使用一個噴嘴口徑330mm，平頭長750mm的噴煤管。煤粉灰分高達40%，煤粉細度13%左右，結圈頻繁。經(jīng)熱工標定，測量一次風量16040Nm3/h，一次風速70m/s，二次風量205400m3/h。由于噴煤嘴口徑偏小，一次風量偏小，一次風速較高，加之噴嘴平頭太長惰性較大，煤粉細度較粗灰分大，造成黑火焰長，高溫帶熱力集中，煤粉在射程內(nèi)不能完全燃燒，火焰低溫部分拖長，尾部熱力分散，還原氣氛濃厚，造成主窯皮短而薄，副窯皮長而厚，前結圈及熟料圈嚴重，限制了窯產(chǎn)量、質量的提高。后來改用口徑為345mm、平頭長550mm的噴煤管，煤粉細度降低到10%以下，煤粉灰分控制在30%左右。測量一次風量17500Nm3/h。一次風速63.6m/s，二次風量236470m3/h。窯內(nèi)火焰順暢、清亮、活潑有力，高溫帶位置合適，低溫部分不拖長，主窯皮增長(10～12m)，副窯皮縮短(5～6m)，熱力在窯內(nèi)分布合理，結圈情況基本好轉，熟料產(chǎn)量、質量和運轉率都有了提高。
(3)在生產(chǎn)中要確定一個經(jīng)濟合理的產(chǎn)量指標，適當快速轉窯操作，對防止回轉窯結圈是一個有利措施。結圈大都在窯產(chǎn)量較高時形成的，往往都是由于增加窯產(chǎn)量的條件超過所規(guī)定的最高抽風能力，而造成燃料不完全燃燒的緣故。當窯產(chǎn)量增加到一定限度之后，用煤量增加，煤灰大量沉落，窯內(nèi)還原氣氛濃厚，操作上必然拉大排風，窯內(nèi)氣流速度增加，火焰拉長，液相提前出現(xiàn)，就容易形成熟料圈。為此在生產(chǎn)管理上要加強原、燃料質量控制，穩(wěn)定入窯生料成分，保持喂料均勻，在加強預燒的基礎上，采取薄料快轉、長焰順燒，穩(wěn)定熱工制度，提高快轉率等措施，對預防結圈十分有效。
2.2 結圈的處理
在回轉窯操作過程中，對已形成的前結圈或熟料圈，要做到及時發(fā)現(xiàn)、及時處理。在處理結圈時，一般是采用冷熱交替法，盡量加大溫度差，使圈體受溫度的變化而垮落。
2.2.1 前結圈的處理
前結圈不高時，對煅燒操作影響不大，尚可增加燒成帶料層厚度，延長物料在燒成帶停留時間，減少燒成帶向窯前輻射散熱。但當前結圈結高時，既影響看火操作，又影響窯內(nèi)通風及火焰形狀，大塊熟料滾不出來，易損燒成帶窯皮及襯料。此時應調整風煤或移動噴煤管及時處理。
(1)圈位距下料口較遠，大都是在窯皮情況較好、煅燒正常、高溫帶位置合適、噴煤管長時間在里邊時結的圈。處理時可不關排風、不減少喂料量，只要拉出噴煤管就可以燒掉。
(2)圈位距下料口較近，大都是由于窯皮情況不好，火焰過長，噴煤管長時間在外邊時結的圈。處理有兩種操作法:一是不減喂料的操作。當來料偏少時將噴煤管拉出，同時提高一、二次風溫和增加二次風量，尾溫偏下限控制，提高燒成溫度，使燒成帶前移，火點落在圈位上，逐步燒掉。操作中要及時加減煤量，掌握來料多少和火焰變化情況，發(fā)現(xiàn)火焰伸長或壓縮要及時調整，防止損傷窯皮及輕燒品出窯;二是減喂料的操作。適當減少喂料量，減少二次風量，當尾溫偏低時，將噴煤管拉到最外，待預燒較差的物料進入燒成帶后，即可縮短火焰強制煅燒，使前結圈強火燒掉。此種方法是在拉出噴煤管無法燒到時被迫進行的。由于噴煤管拉出過多，加上生料很近，黑火焰很短，不可能維持正?；鹧嫘螤?，操作中更要注意來料變化，加強勤看。
2.2.2 熟料圈的處理
在處理熟料圈時，要根據(jù)圈體的特點和遠近，分別采取不同的處理方法，才能達到較好的效果。一般采用冷熱交替法處理，燒遠圈時以冷為主，燒近圈時以燒為主。
(1)當窯內(nèi)窯皮長得長而厚或有輕度圈根時，將噴煤管偏外拉出，移動燃燒帶位置，降低結圈部位溫度，改變煤灰沉落位置，使厚長的窯皮逐漸垮落。調整風煤配合，加速煤粉燃燒，使高溫帶兩端低溫部分不拖長，防止圈根繼續(xù)成長。
(2)當窯內(nèi)厚長窯皮處理不當或不及時而導致周期性快、慢車加重，使厚窯皮發(fā)展形成熟料圈時。首先要確定圈的位置和厚度及圈后積料情況。然后減少喂料量，一般減少到正常喂料量的70%～80%。提高火焰溫度，加強預燒，逐漸加快窯速，保持窯的快轉，卸出圈后部分積料。待圈后積料減少時，可將噴煤管伸入窯內(nèi)，適當抬高噴煤嘴，使火焰的高溫區(qū)移向圈體處。此時排風不宜加得過大，防止火焰溫度降低。燒4～5h后，再將噴煤管拉出燒，這樣反復處理，使圈體受溫度變化而垮落。在處理熟料圈時，要適當改變原料成分，減少物料中的液相量，適當改變煤的配合，采用高揮發(fā)物，低灰分的煤，保證煤粉完全燃燒，以防圈的發(fā)展。
處理熟料圈時，一定要在保護窯皮的基礎上進行，勿使火焰過分集中。經(jīng)處理后圈根仍很牢固，而且嚴重損傷窯皮及襯料時，應停窯除圈。
3 結語
回轉窯結圈的因素是多方面的，只要找出結圈的主要原因，本著“以防為主，以除為輔”的原則，煅燒操作中只有及時發(fā)現(xiàn)，及時處理，方法正確，結圈問題才能真正得到解決。從而實現(xiàn)回轉窯的優(yōu)質、高產(chǎn)、低耗、安全、文明生產(chǎn)。
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