熟料游离氧化钙持续偏高的原因分析和处理.docx

中图分类号：TQ172文献标识码：B文章编号：1007-0389（2011）04-38-03熟料游离氧化钙持续偏高的原因分析和处理邹立 1，向凤英 2（1. 万源市大巴山水泥公司，四川 万源 636350；2. 宜宾天原特种水泥公司，四川 宜宾 644004）摘 要：2010 年 11 月某公司新型干法线熟料 KH 值正常而 f-CaO 含量持续偏高，以致水泥安定性不合格而不能出厂。据分析，一是煤粉质量较差（其灰高达 42%而热值仅 4 4504.18 kJ/kg 左右），燃烧不完全窑内形成还原气氛；二是窑头废气风机坏，为减 少环境污染篦冷机内鼓风量减少、冷却速度慢。这二个原因，均造成熟料中 C3S 分解而产生二次 f-CaO 所致。后经提高入窑煤粉质量、加强设备维护和调整操作参数等措施，使熟料中 f-CaO 含量合格率大于 85%且 w(f-CaO)max2.0%，安定性合格率达100%。关键词：熟料；游离氧化钙；安定性；还原气氛；冷却；C3S 分解Analysis on high f-CaO in clinker and the measureZhou Li1,Xiang Fengying2 1.Dabashan Cement Company, Wanyuan, Sichuan, 636350)(Abstract: In Nov. 2010, the KH value and f-CaO content of the new dry process clinker production line of a company were too high, which resulted in unsound cement that couldnt leave factory. It was analysed which was caused by the follow two mattersfor theone, poor pulverized coal quality which ash content was high up to 42% but the calorific value was only about 4 4504.18 kJ/kg which led to inadequacy burning and deoxidize atmosphere; for the other one, the waste gas fan broke down which resulted in air reducing and slow cooling speed. And so they improved the pulverized coal quality, enhanced the equipment maintenance and adjusted the operation parameters, by all these measures the qualified rate of f-CaO content exceeded 85% and the max value of w(f-CaO) was lower than2.0%, the qualified rate of soundness reached 100%.Key words: clinker; f-CaO; soundness; deoxidize atmosphere; cooling; C3S decomposition水泥熟料正常生产中都是在氧化气氛下进行的 ，但 是 当 煤 粉 燃 烧 不 充 分 时 窑 内 会 产 生 还 原 气 氛。该公司 11 月入窑煤粉质量较差，煤 粉 灰 分 达42%以上，热值仅 4 4504.18 kJ/kg 左右，见表。 由于入窑煤粉质量差，燃烧性能差，在窑内燃烧不充分，部分煤粉被拉至窑尾仍燃烧不完全，以致窑 内还原气氛严重。由于熟料在还原气氛下烧成，熟 料中的 Fe3 + 被还原成 Fe2 + ；Fe2 + 取代了部分 Ca2 + 进入C3S 晶格中。当熟料出窑后在空气中冷却时，Fe2+又 重新被氧化成 Fe3+，Fe3+不能取代 C3S 晶格中 Ca2+，在 氧化过程中从碱性组分转变为酸性组分，夺取 C3S 中的 Ca2 + 化合形成 CF，这些离子的迁移导致 C3S 结 构不稳定而分解出 C2S 和二次 f-CaO。由此可以看出，水泥熟料在烧成过程中煅烧气氛对熟料的化学、1游离氧化钙持续偏高的原因某公司 1 000 t/d 新型干法水泥生产线，在 2010年 11 月出窑熟料 f-CaO 含量持续偏高，其 w(f-CaO) 达 1.91%5.60%；高游离钙造成了熟料安定性不合 格，以致水泥安定性不合格而不能出厂，致使库房积 压，水泥脱销；而熟料 KH 为 0.8570.894，并不高， 熟料荧光全分析见表 1。一般情况下，熟料 KH 值低、f-CaO 也低，这是符 合配料计算的。熟料 KH 低而熟料 f-CaO 高的反常现象，往往是由于 C3S 分解产生的二次 f-CaO 所造成 的。而造成 C3S 分解主要是由于还原气氛和冷却速度造成的。1.1还原气氛导致二次 f-CaO 增高表 1 高 f-CaO 熟料荧光全分析编号率值w(SiO2)w(Al2O3) w(Fe2O3)w(CaO) w(MgO)w(f-CaO)w(SO3)w(R2O)KH -KHSMIM123.045.102.9965.122.081.910.540.750.8570.8272.851.71 2 21.95 5.31 3.01 65.18 2.15 5.60 0.56 0.69 0.894 0.803 2.64 1.77 表 211 月入窑煤粉工业分析细度/%Mar/%Mad/%Vad/%Aad/%FCad/%Qnet.ad/(4.18 kJ/kg)Qnet.ar/(4.18 kJ/kg)w(S）.ad/%CRC2(粘着) 44884.81.200.8012.4742.0444.6944420.87-38-2011 年第 4 期生产技术生产技术邹 立，等：熟料游离氧化钙持续偏高的原因分析和处理矿物组成影响显著。在还原气氛下，熟料中的 Fe3 +被还原成 Fe2+，引起熟料中的矿物组成发生变化，导致 熟 料 中 C3S、C4AF 的 形 成 量 降 低 ，C2S、C3A、二 次f-CaO 含量增加。1.2熟料冷却速度对二次 f-CaO 的影响C3S 是不一致熔化合物（不稳定的化合物，没有 自己的熔点，加热这种化合物到某一温度便分解成一种液相和一种晶相，二者组成与化合物组成皆不相 同），它 仅 存 在 于 2 1501 250 之 间 。 C3S 在2 150 会分解为 CaO 和液相，在 1 250 时分解为a-C2S 和二次 f-CaO。但 1 250 时的分解只在靠近1 250 温度范围内才以较快的速度进行，在较低温 度时 C3S 的分解几乎可以忽略不计，所以在常温下C3S 能以介稳状态长时间存在。为此在生产实际中 常采取急冷措施，即将烧成的水泥熟料急冷，使之更快地通过 1 250 的温度范围，这样 C3S 来不及分解 而以介稳状态保存下来。该公司在 11 月里由于窑头废气风机损坏，为减少环境污染，篦冷机内鼓风量 减少，加上窑内通风差、还原气氛重，窑冷却带及篦冷机内冷却效果差，导致熟料冷却缓慢，以致 C3S 分 解为 a-C2S 和二次 fCaO。2针对二次 f-CaO 持续偏高采取的措施种 规 格（50 mm、40 mm）钢 球 的 基 础 上 增 加 了30 mm 钢球的含量，从而确保了煤粉细度指标的实 现。 表 3 煤磨研磨体级配方案 研磨体质量/t 项目50 mm40 mm30 mm原方案6.016.00新方案8.06.08.0为加强煤粉制备全过程管理并有效降低熟料热耗、提高熟料质量，该厂根据入窑煤粉空气干燥基低 位发热量和水分数据，推算出进厂原煤收到基低位 发热量计算见公式（1），再根据检测得出的进厂原 煤收到基低位发热量，计算其差异率计算见公式（2）。另受煤粉制备过程中热风带入粉尘的影响， 入窑煤粉发热量与进厂原煤发热量相比发生了变 化。经试验，其变化程度与带入粉尘的含量相当。 基于出磨煤粉较原煤增加约 3%的灰分，再考虑试验 误差，其生产控制差异率应为-5%-1%之间。据 此该厂每月对进厂原煤和入窑煤粉的发热量进行差 异性分析，若差异率在-5%-1%时视为正常；若超 出此范围，就需加强了进厂原煤的质量管控。100 - M ar Qnet.ar = Qnet.ad - 6 100 - M鉴于 f-CaO 持续偏高，该公司决定从煤粉质量、配料方案、设备维护、精细操作等方面进行整改。2.1控制入窑煤粉质量 欲控制入窑煤粉质量，就得加强进厂原煤质量管理。尤其要停止过多的劣质矿点煤进厂，尽可能 用两到三个矿点的煤，以有效控制进厂原煤的质量 和数量；同时，进厂原煤应分矿点堆放，搭配入预均 化堆场。对于厂内库房现存的大量劣质原煤，则要 采取购进一批优质原煤进行搭配使用。此外要及时 检验堆场内各点煤的质量，并根据具体情况确定入 场原煤的布料和取料，从而更好地搭配使用。众所周知，高灰分、低热值的煤粉燃烧特性差， 火焰燃烧速度慢，火焰偏长，黑火头长，火焰温度低， 煤灰沉降多，导致熟料结粒偏大，易长厚窑皮和出现 黄心料。所以对这样的煤一定要控制较低的出磨煤 粉水分和筛余值来改善其燃烧性能，提高燃烧速度 和火焰温度，避免长厚窑皮和还原气氛出现。因此 确定入窑煤粉水分由原来的1.5%调整至1.0%， 煤粉细度（80 m 筛余值）由原来的5.0%调整至2.0%。为达到这一目标，将煤磨（2.4 m4.75 m）研 磨体的级配方案进行了调整（见表 3），即在原有两ad100 - Mar （Mar - Mad100 - M（1）式中：）（1）adQnet，ar 推算得出的原煤收到基低位发热量，4.18 kJ/kg；Qnet，ad入窑煤粉空气干燥基低位发热量，4.18 kJ/kg；Mar原煤收到基水分，%；Mad入窑煤粉空气干燥基水分，%。QQ net, ar net, ar 100%差异率（2）Qnet, ar（2）式中 Q net，ar到基低位发热量。2.2采用低铁配料，减少黄心料 由于煤粉质量差，燃烧特性差，易产生还原气氛，因此采用了低铁配料方案，将熟料中的 Fe2O3 含 量控制在 w(Fe2O3)=2.7%0.1%，从而减少大量的 Fe3+被还原成 Fe2 + 的几率，为减少熟料中黄心料的比例和二次 f-CaO 的含量创造了条件。为实际检测得出的进厂原煤收-39-2011 年第 4 期 生产技术生产技术生产技术邹 立，等：熟料游离氧化钙持续偏高的原因分析和处理2.3加强设备维护保养该公司对设备巡检实行精细化管理，建立了工 艺、机电合并的三级（巡检人员、专业技术人员、主 管）巡检制度，机电合并巡检具有能够有效地提高劳 动生产率，故障发现处理快，技术互相渗透。三级巡 检制度及其良好实施，能够有效保证一级巡检质量， 考核各级管理职责，从而提高管理效率。通过加强 设备维护保养工作，把一些可能出现的设备事故消 灭在萌芽状态，确保了风机等主机设备运行正常，为 加强熟料正常煅烧和急冷等创造了条件。2.4精细操作稳定窑内热工制度 针对这种高灰分、低热值的煤，应控制窑内过剩空气上限，系统总风量略偏大为宜。在温度的控制 上，关键在于窑头窑尾两把火的完全燃烧。其中窑 尾必须保证入窑物料分解率在 92%94%之间，波 动不能太大，太高易使物料发粘，造成预热器堵塞； 太低则增加窑的负荷。另通过控制篦冷机上的料层 厚度，来获得较高的二次风温（1 0001 100 ）、三 次风温（800900 ），从而有利于窑、炉中煤粉的快 速燃烧，减少还原气氛的产生，提高了窑头温度，保证了窑的发热和传热能力，为 C3S 的形成和熟料煅 烧提供了保障。优 化 和 调 整 燃 烧 器 的 参 数 。 该 公 司 的 窑 为 3.4 m52 m，燃烧器的位置由原来的（0，0）调整到 第四象限（30，-30），主要是考虑到劣质煤的燃烧能 力弱，故稍压低燃烧器头部和偏料方向，以加强对熟 料煅烧；另鉴于劣质煤易产生不完全燃烧和形成还 原气氛，为了给头煤燃烧提供更多的氧来促进燃尽 率，故将燃烧器由原来的零位（燃烧器头部和窑口平 齐）拔出至零位靠外-200 mm。燃烧器的内外风比 例由原来的外风全开、内风 50%，调整为内风全开、 外风只开 50%，以缩短火焰长度，提高烧成带的煅烧 温度。一次风压由原来的 15 kPa 提高到 18 kPa，充分提供窑头煤燃烧所需足够的 O2。通过以上对燃烧器的调整，使得劣质煤的燃烧有了很大的改观。为避免大量未燃尽的煤粉跑到窑尾及预热器五 级筒内燃烧，煅烧操作时应全开燃烧器内流风，并控制窑尾烟气中 O2 含量（O2）=1.5%2.0%；同时燃 烧器尽量偏料位（即在第四象限内），让煤灰均匀掺入到熟料中，使火焰形状更集中，提高烧成带温度。 在正常投料时窑速控制由 3.6 r/min 提高到 3.9 r/min， 做到了“薄料快烧”。通过采取以上措施后，该厂在 2010 年 12 月里熟 料质量就得到了彻底改观。熟料 KH 稳定在 0.920.02，w(f-CaO)含量在 0.5%1.5%的范围内，合格率 达 85%以上。其中 w(f-CaO)含量大于 1.5%（最大值 低于 2.0%）与低于 0.5%的共占 15%以下，熟料安定 性合格率达 100%。而且熟料结粒均匀，色泽黑亮， 黄心料极少。