预分解窑结球的原因及处理方法.doc

预分解窑结球的原因及处理方法摘要 对预分解窑所产生的结球进行了化学分析、-射线衍射分析及电子探针分析，运用微机统计了中控室的操作参数，指出预分解窑结球的关键原因，并阐述了相应的处理办法.关键词 预分解窑 结球Abstract The research on boot formation in precalcining kiln was carried out by the mical analysis， X-electronic probe analysis Operational parameters gained by micro computer in the central control room combustion of pulverized coal is the main reason for boot formation in precalcining kilnKey Words precalcining kiln boot formation引 言 预分解窑大多数都经历过大球的困扰，实习时冀东扶风水泥厂结球就比较严重。所谓“结球”，是指熟料煅烧过程中粉料相互粘附形成的大于正常熟料结粒的大块。冀东扶风水泥厂结球十分频繁，据不完全统计，半年时间就结球110次。大球直径曾达到.9（该厂的窑是.774的预分解窑）， 几乎占去了窑的一半空间。预分解窑结球给生产带来了一系列严重的影响。 ( 1 ) 降低回转窑的运转率。大球在窑内“卡死”滚不出来时，就只能停窑处理，即人工打球。处理一个球需要，有时更长。正是结球影响了回转窑的正常运转，才降低了窑的运转率。如冀东扶风水泥厂月回转窑的运转率受结球等因素的影响为60.35%。( 2 ) 缩短窑衬使用寿命。大球在窑内滚动时，由于与窑皮的摩擦容易使其脱落，进而挤压窑衬使其受 到磨损，窑衬的使用寿命因此而缩短。( 3 ) 影响冷却机的安全运转。大球从窑头掉到冷却机上，容易砸坏冷却机的部件而影响冷却机的安全运转。如扶风水泥厂篦冷机经常堆雪人，篦板时常被大球所砸坏。因此，研究预分解窑结球极其重要，决不容忽视.( 4 ) 一般认为结球的原因 配料不当，SM低、IM低，液相量大，液相粘度低； 生料均化不理想，入窑生料化学成分波动大，导致用煤量不易稳定，热工制度不稳，此时易造成窑皮粘结与脱落，烧成带窑皮不易保持平整牢固，均易造成结大球； 喂料量不稳定； 煤粉燃烧不完全，煤粉到窑后烧，煤灰不均匀掺入物料； 火焰过长，火头后移，窑后局部高温； 分解炉温度过高，使入窑物料提前出现液相； 煤灰份高，细度粗； 原料中有害成份（碱、氯）高。1.原因分析1.1 原燃材料中有害成分的富集和不均匀性 原燃材料中有害成分的富集和不均匀性是结大球的主要原因扶风水泥厂4000/生产线生料制备采用四组分配料:石灰石、粘土、砂岩、铁粉。对两次结大球期间进厂原料、生料及熟料的化学分析见表、表。表1 第一次结大球时原料及生料.熟料的化学分析 项目烧失量AI2O3SIO2CaOFe2O3MgoK2ONa2OSO3Cl 石灰石40.031.355.8050.110.780.540.650.200.020.0399.51粘土1.517.9582.870.891.360.472.970.440.360.1198.53砂岩3.4440.0749.312.671.621.601.080.120.440.04299.79铁粉3.7544.211.1244.432.291.030.220.110.03397.19生料35.652.8813.3943.872.111.010.780.120.0220.0199.87熟料0.175.1622.2864.663.381.461.280.230.230.02399.表2 第二次结大球时原料及生料.熟料化学分析，%项目烧失量AI2O3SiO2CaOFe2O3MgoK2ONa2OSO3Cl石灰石39.641.626.0149.00.701.210.900.030.020.0399.20黏土1.128.3884.370.861.470.562.850.400.271.1099.26砂岩2.7730.81 53.542.925.142.231.020.100.470.0599.05铁粉5.0141.101.1547.501.651.040.210.120.0398.41生料35.122.6713.2143.71.581.521.860.120.061.0298.85熟料0.685.2622.0564.63.631.661.460.150.210.0298.98由表及表可以看出，石灰石、粘土、砂岩中2、-、2、含量偏高，这些有害成分随生料被带入窑系统后，在高温区开始挥发，低温区会冷凝在低温物料上。在窑及预热器内形成“内循环”，2的冷凝率达81%97%，Cl-的富集程度可达原生料的近百倍。这些有害成分的熔点都比较低，在窑尾或预热器内即可形成液相，形成小料球。小料球在随其它物料向前运动的过程中粘附其它物料，越滚越大，终至成大球。另外，厂里对窑中2760物料每隔min取样进行分析（结果见表），发现物料中的有害成分差别很大，其中第个样品中有害成分含量高达9.296%。这些富含2、2、-的物料，使窑中结大球的几率大大增加。表3窑物料式样成分分析表序号烧失量SiO2Fe2O3Al2 O3CaOMgOK2ONa2OCl19.5718.823.044.5757.411.411.660.110.00996.60218.0617.142.623.8150.921.475.580.250.10699.96316.1716.922.553.8549.551.605.950.110.13296.84416.8516.002.433.4346.131.478.890.250.15695.61516.3018.102.682.6852.971.474.530.090.0898.90入窑生料会产生波动，当原料磨系统故障停机时，窑灰直接入窑，造成入窑生料中掺入双份的窑灰。窑灰中有害成分高于正常生料。窑灰的双份掺入造成入窑生料中有害成分增加，使窑内结大球的几率增加。窑况与结大球的关系窑中结圈与结大球现象是共存的，70%左右的结大球现象伴随有窑内后结圈，因此后结圈对结大球有不可忽视的作用。窑内35米左右的结圈一般为硫碱圈，这些结圈并不是很牢固，在窑况发生变化时，发生塌落，塌落下来的料块极有可能成为大球的核心。另外，窑尾后结圈导致物料在此处受阻，使料层变厚，过厚的料层造成受热不均匀，形成局部高温，也会导致结大球。预防措施大球的形成过程是，首先在窑尾及预热器系统形成球核，这些球核在向前移动的过程中粘附其它出现液相的物料，随之长大。当它滚动至主窑皮及结圈处，靠物料的涌动不能跨上“台阶”时，就会停留在此处，越滚越大，终至成特大球。 1.2 煤的不完全燃烧 大球的形成是由球核黏结生料滚动形成的，而球核是在窑尾提前出现的液相粘裹生料粉形成的而液相提前出现主要是由于煤粉的不完全燃烧，因此，煤的不完全燃烧也是一项重要的因素。 比较球核与入最高一级筒的生料中. 2 .23. 23.的富集程度（见表），它们依次为（.-.）/.%;（.-.）/.%;（.-.）/.%;（.-.）/.%，由于球核中23.23的富集程度大于 .2，而2. 23是以熔剂矿物的形式存在，即以3和4的形式存在，球核中23. 。e2O3的富集程序比较大，说明球核中可能存在液相。 扫描电镜分析表明，在球核中确实存在液相，这充分说明球核是熟料中熔剂矿物与硫酸盐等熔体粘裹生料粉而形成的团块。球核的射线衍射分析也表明，球核中存在3. 24等矿物（见图），这与电镜分析是相吻合的。扶风厂停窑打球时，厂方技术人员在窑尾米左右发现了小球，即大球雏形（球核），这也说明球核是在窑尾提前出现的液相粘裹生料粉而形成的。 表1 扶风厂窑的结球，生料，熟料的化学成分料样LOSSSIO2Al2O3Fe2O3CaOMgOSO3K2ONa2OCl-C生料36.1612.72.81.8642.82.320.230.60.110.007熟料0.921.65.03.2563.983.640.280.720.240.002球表层1.521.75.123.0861.93.680.71.60.320.040球中层1.5721.853.822.5263.873.50.721.470.290.002球核2.720.14.782.9263.093.830.71.580.30.040下料15.717.84.052.6854.053.20.321.70.320.092比较表中球核与四级筒下料的成分知道，球核中含量比四级筒下料表1结球与煤灰含量的关系 表2大球层的X-射线衍射图高，由于硫主要来自煤粉球核中硫含量异常高可能是因为窑、炉中煤粉燃烧不完全，进一步到窑尾或较低级筒里进行二次燃烧，这将造成：产生局部高温使液相提前在窑尾系统中出现有利于大球的形成。扶风厂中控室的操作人员发现，一旦窑尾温度过高，回转窑很容易滚出大球。统计分析也表明，结球时的窑尾温度确实比不结球时高，见图 使大量煤灰不均匀掺入生料。由于煤灰中富含硫，如：24.24.4等， 煤灰在生料中大量沉落必然造成入窑生料中3含量异常高（球核就属于此情况）。另外，煤灰在生料中的掺入也可能使生料在煅烧过程中液相开始出现的温度降低而有利于大球的形成。在通常情况下，生料在煅烧过程中液相开始出现的温度为1250左右， Hritzman指出，硫酸钙、硫酸钾、硫酸钠和氯化物共同存在时，低共熔物的温度可接近700。引起煤粉不完全燃烧的主要原因：(1) 分解炉结构不合理我国水泥工业起步比较晚，较早设计的分解炉结构比较落后，煤粉在分解炉中停留时间较短，这容易导致分解炉中煤粉的不完全燃烧。如扶风厂的分解炉就属于老式第一代炉，煤粉不完全燃烧比较严重（在三、四级筒中常常出现大量火星）。据中控室的操作记录， 扶风厂炉、室出口的温度分别为：600、750、880，而在一般情况下，炉、室出口的温度分别为:950、980、840。可见扶风厂分解炉的、室的作用未得到充分发挥，室负荷过重，容易造成煤粉的不完全燃烧。(2) 燃煤品质差燃煤灰分高，热值低，可燃性差，容易导致煤粉不完全燃烧，有助于促进大球的形成。1.3粘土配料的影响冀东扶风水泥厂采用四组分配料，即石灰石.黏土.砂岩和铁粉.黏土采用户县的黏土，各矿山的化学分析见表1.三矿黏土的碱含量都偏大， Na2O+K2O的含量最大可达4.2%，碱在窑内富集循环，不仅易使窑内结皮严重，预热器三四级锥部也易堵塞 ，而且较容易在过渡带过早产生过多的液相.由于液相的黏结作用，使物料与液相形成小的球核，从球的成分分析可以看出， 球核是在向前运动过程中滚雪球似的越滚越大，渐渐形成大球，最大的球径可达1.52米，严重影响了窑内通风，使窑内产生还原气体氛。煤粉不完全燃烧或燃烧滞后，都可以导致窑尾温度偏高。另外，由于灰烬的带入，又加剧液相的增加，形成恶性循环。表1各黏土矿的化学成分矿点LossSiO2AL2O3Fe2O3CaOMgOK2o+Na2OSO3SM户县6.0567.2014.465.101.911.633.590.0153.43扶风5.3469.1714.375.221.011.233.620.0143.53武公5.9866.5014.916.321.451.343.480.0163.13表2球的不同部分的成分分析项目LossSiO2AL2O3Fe2O3CaOMgOK2o+Na2OSO3CI1号内层4.6819.225.513.6061.842.251.880.990.0201号外层3.0020.955.293.4162.812.870.950.680.0302号内层6.3619.284.653.2961.422.241.830.970.0212号外层3.1820.244.963.0863.252.201.500.860.0311.4 石灰石质量的影响 冀东扶风水泥石灰石系寒武系石灰岩，储量丰富，已探明了可采用的B+C级储量为8606.5万吨，其中B级为3894.5万吨，矿石品位较好，氧化钙单样含量均大于50%，一般在51-52%，全矿平均51.78%。但厂里石灰石矿投资较大，因此把开采权交给农民，这给石灰石均化带来了不利影响，而且石灰石存在高镁夹石，且有害成分Cl含量也较高，波动大。但从生料和熟料中的CL的含量基本和国家标准相近。从表2可以看出它的含量并不是致使回转窑结球的主要原因，球中的三氧化硫超过正常熟料中的含量（厂里熟料中的三氧化硫含量并不大，一般为0.350.41%），但石灰石中的三氧化硫含量并不大因此，三氧化硫在窑内的循环也是造成窑内结球的原因而正常熟料中的氧化镁的百分含量均在1.9%以下，镁，碱，硫组成的共熔体，最低共熔温度仅有1250，且液相的黏度大大减低但这些次要成分含量超过一定时，就会导致窑内结球，从这一点矿石的均化提高后，可以看出来窑内结球有明显的改观。1.5 率值的影响 在预热器窑上，常采用两高一中的配料方案.在刚投产时，厂里采用三组分配料:石灰石，黏土，和铁粉，硅率SM=2.03.0，料子较软，经常出现结球现象.后来厂里采用了砂岩作为硅质量的校正，结球现象明显减少，但在生产中，厂里发现当熟料硅率SM=2.4而饱和比KH大于0.88时，窑内结球比较迅速，有时8小时下来，窑内都，可以形成直径达1.4米的大球，而对于作为容积矿物的三氧化二铁和氧化铝亦有严格的要求 ，氧化铝含量过时会导致料子发粘，氧化铁可以使液相黏度降低，使窑内结大球.投产半年来厂里连续结球，平均8小时结23个球最大的直径可达2.0米球卡在蓖冷机下料口严重影响下料，经常不得不停窑.次后对熟料进行了全分析如下表5.熟料中硅率偏低(SM小于2.4)，铝氧率偏高( IM大于1.7).另外，C3S+C2S大于77%最低只有75.08%.由此可见，对于硅率.铝氧率不合格的配料不仅会使窑内结球，而且降低了熟料的质量，同时降低了窑的产量，总之，三率值之间是相互制约的，经过一段时间的摸索，厂里把率值控制在KH=0.890.91，SM=2.42.6，IM=1.51.7结果结球现象很少发生，熟料产量也有较大的提高见表6.表5 2004年5月2324日熟料全分析KHKH-SMIMC3SC2SC3AC4AFfCaO0.910.892.331.8354.7420.3410.299.911.400.920.922.401.8561.2014.7210.049.550.280.920.912.471.7959.7816.709.569.520.63 表6 熟料率值与28天抗压强度序号KHSMIMC3SC2SP28(MPa)10.8932.641.5451.8924.4962.720.872.211.4748.6223.0756.2230.882.172.0145.9826.9253.9040.892.551.5851.3824.5561.7 另外，当入窑生料的成分发生波动时特别是料子突然变软时，由于窑内温度相对较高，亦使液相提前出现，液相相对较多，此后也容易结球.1.6 窑操作上的影响 扶风厂是新厂，在操作上不是很熟练，另外由于计量系统存在问题，因此也就无法确定确切的工艺参数.造成三班操作上的统一，窑情况不稳定.煤粉滞后，燃烧可能接大球，导致煤粉滞后，燃烧主要有以下原因.(1) 窑前喂煤量偏大，煤粉无法在窑前充分燃烧，(2) 前温低，煤粉无法获得足够的热量.(3) 一次风用量不当，对二次风的引射能力不够，或掺如的冷风过多，使煤粉燃烧滞后.(4) 内外风使用不当外风大，内风小并且当煤粉的灰分波动时，不能正确使用内外风，以保持煤粉及时燃烧.(5) 煤粉质量不是太好，灰分，水分，细度都偏大.众所周知.煤粉的滞后燃烧使物料在过度带液相量增多，当液相含量达到物料重量的12%-17%时，就比较容易烧成小的物料球.生稳速度越小，时间越长，就越容易形成大球.操作上不能适应来料，燃烧等情况的变化，不能及时调整和稳定工况，也会给球的形成提供契机。 当球长时间在窑内滚动，就会越滚越大，影响煅烧，甚至对窑砖造成破坏.故应采取改变窑内工况或通过人为的手段去处理;如增大填充率，把球挤出来;当球在窑前时，可移动煤粉管对着球强烧.把球烧炸裂。 有些水泥厂为片面提高入窑生料中碳酸钙的分解率，而偏向分解炉用煤量过大，两把火比例失调。分解炉用煤过多，而炉的空间有限，煤粉不完全燃烧具有极大的可能性。另外，喂料量波动大且剧烈时，很容易扰乱窑的热工制度。由于操作的滞后特征，加减煤跟不上喂料量的变化，甚至出现断料也不能及时减煤，也很容易导致煤粉的二次燃烧。除上述因素外，设备的超负荷运转、煤粉细度粗等也容易导致煤粉的燃烧不完全。 俗话说“十圈九球”，也就是说当形成球的前提条件具备后，正是圈的存在进一步加剧了球的形成.不难理解当物料受到圈的阻当，并在此不断滚动，一方面是由于对小球核的挤压，使液相存在与球核的表面;另一方面，由于温度及其它各方面原因，再此也存在一定的液相，使小球不断的结物料并不段有液相黏结在表面，小球在此处渐渐相成大球，球长到一定程度后，阻挡物料前进，由于物料对它的冲击和挤压作用，才使大球跨过圈，从窑内滚出来.另外，若窑内有圈，没有及时处理掉.虽然来料和操作都很正常，但易形成球，特别是当二挡轮带外结圈时，从窑筒体扫描仪上就能看出来，筒体呈亮红色.有时候烧成带前端窑皮偏厚形成台阶时，也较容易促使窑内结大球。2. 解决措施根据厂里回转窑结球的原因，在生产过程中逐渐积累了处理问题的经验.2.1根据原料的成分选用原料.对于有害成分偏大，可能会给生产造成不利影响的原料，坚决不用.石灰石矿的开采，采取”宏观管理，微观控制”的方法.开采时，根据矿石的分