預分解窯黃心料產生的原因及解決措施

李永良，李國星，劉德華，黃申永

預分解窯黃心料產生的原因及解決措施

Reasons and Solutions for the Appearance of Clinker with Brown Core in the Precalciner Kiln

李永良，李國星，劉德華，黃申永

1 前言

我公司3號線2500t/d熟料預分解窯燒成采用?4.0m×60m回轉窯帶五級旋風預熱器高原型NDSP52分解爐。從2010年4月份以來，熟料曾多次出現“黃心料”，同時伴隨fCaO含量偏高，熟料28d抗壓強度偏低，嚴重影響熟料質量的提高。為此，工藝組采取相應技術措施進行攻關，結合生產實際情況找出產生黃心料的原因，并對“黃心料”形成機理加以分析，成功地解決了“黃心料”的問題，取得了良好的效果。

2 黃心料

在水泥生產中正常熟料是在窯內空氣略有過剩的情況下燒成的，如窯內氧氣不足，燃料燃燒不完全，就會形成CO還原氣氛，其反應式為：C+O2→CO2+Q，C+1/2O2→CO+Q。預分解窯產生的黃心料，就是在窯內缺氧的還原氣氛下生產出來的熟料。預分解窯產生的黃心料可分為疏松性黃心料和致密性黃心料。疏松黃心料結構疏松、熟料燒失量高、fCaO高、后期強度明顯降低，它是在窯頭溫度低、窯尾存在還原氣氛的條件下產生的；而致密性黃心料外殼的顏色與正常熟料相似，結粒較大，升重較高，砸開熟料后核心呈大小不等的黃心，它是在還原氣氛較強或煤粉直接還原作用下，F2O3被還原成FeO，因此熟料顏色發黃，當冷卻時，表層熟料因再氧化而呈黑色。黃心料的黃心程度隨FeO含量而增加，而總的鐵含量卻沒有明顯變化；而有些黃心料中SiO2和Al2O3的含量較高，這主要是煤灰摻入過多造成的。

還原熟料的危害很多，影響窯的產量、質量、煤耗、熱工制度的穩定，影響熟料、水泥的質量外觀顏色等，且熟料強度低，易磨性差，因此必須采取措施解決。

3 原材料化學分析

生料采用石灰石、砂巖、粘土和硫酸渣四組分配料，原材料月平均數據化學成分見表1，煤的工業分析月平均數據見表2。

4 熟料月平均化學分析和抗壓強度

從表3可看出，熟料28d強度只有54MPa，在某種程度上影響了水泥質量的穩定性，為穩定出廠水泥強度，在水泥生產控制過程中，只好采取提高出磨水泥比表面積、降低混合材摻加量等措施，在一定程度上增加了企業的生產成本。

5 產生黃心料的原因分析

（1）風、煤、料、窯速配合不好

風、煤、料配合不好，是產生黃心料的根本原因。多數情況是窯系統排風不夠或喂料太多。窯頭喂煤過多，在一、二次風量不變的情況下，窯內氧含量明顯不足，導致煤粉燃燒不完全，而產生還原氣氛，易出現黃心料；窯尾分解爐喂煤過多，將導致預熱器框架內溫度升高,因而易在縮口、斜坡等部位產生結皮，影響窯內通風，同樣易使窯內氧含量不足，產生還原氣氛，導致出現黃心料；窯系統出現工藝故障，如窯內結大球、結圈或長厚窯皮、窯尾下料斜坡積灰等均可影響窯內通風，造成煤粉不完全燃燒。這些因素的產生，是形成還原料的主要原因，因此在實際生產中要注意風、煤、料三者的合理匹配。

窯速過低，由于大小齒磨損較大，導致大小齒頂尖間隙嚙合不好，震動較大，窯速一直在3.0r/min，使得窯內物料的填充率增加，窯內阻力增大，通風面積受限，供氧不足，以至產生黃心料。

我公司所使用的煤粉灰分高、揮發分低，煤粉燃燒速度慢，燃盡率較低且火焰溫度不集中，使火焰的長度拉長，窯內高溫點后移，形成低溫長焰，在慢窯速條件下，生料提前出現液相，加上未完全燃燒的煤粉沉積在生料中及火焰缺氧現象，所以產生了較疏松的黃心料。

表1 原材料月平均化學成分，%

窯頭用煤量太大，二次風溫偏低，當熟料fCaO偏高時，中控操作員會誤以為是窯頭用煤量偏少所致，于是便增加窯頭用煤量，以提高燒成帶溫度。有時甚至出現窯頭用煤量與分解爐用煤量倒置的現象，大量煤粉燃燒不完全，窯內還原氣氛加重,進一步降低窯頭溫度，同時大量煤粉被風拉到窯尾燃燒，造成系統溫度偏高，液相提前出現，形成長厚結皮等工藝事故，進一步加劇還原氣氛的產生，導致“黃心料”的出現。

（2）系統溫度控制不合理

近段時間，分解爐出口溫度控制相對偏高，在920℃左右，窯尾溫度控制在1050℃，致使分解爐縮口、窯尾煙室結皮嚴重，分解爐出口負壓高到1100Pa，窯內通風不暢，產生了致密的“黃心料”。

二次風溫一直偏低，在940℃左右，由于二次風溫低，煤粉燃燒不好，出現部分不完全燃燒現象，使煤粉后燃，高溫帶后移，使窯內形成還原氣氛，熟料出現“黃心料”。

（3）三次風閘板開度不合理

三次風閘板受熱變形及磨損，使閘板實際開度比設定開度大（設定閘板開度為35%，實際上達到50%），導致窯內風量減少，從而降低煤粉燃燒速度，使煤粉后燃，產生不完全燃燒，在還原氣氛下F2O3被還原成低價的FeO，產生“黃心料”。

表2 煙煤工業分析月平均數據

表3 月平均熟料化學分析（%）、率值及強度（MPa）

（4）噴煤管的位置和內外風的比例失調

噴煤管在窯口截面位置不合理，導致二次風不足，內風和外風的風量、風速比例不合理，風煤混合不好。生產過程中發現噴煤管的位置較低，火焰逼近料面，火焰不順，噴煤管噴嘴愈接近料層,黃心料生成愈多，以水平方向靠近料層尤甚。噴嘴靠近料層，火焰鋪在物料表面上，火焰中的炭粒緊貼物料向前運行，由于火焰與物料表面間隙變小，氧氣含量不足，因而在物料表面產生嚴重的還原氣氛。未燃盡或正在燃燒的炭粒容易落入熟料中，減少了與氧氣接觸的機會，產生還原氣氛，煤粉不完全燃燒嚴重，導致急燒和不完全燃燒，產生黃心料，并伴隨fCaO高（煤管位置如圖1B點）。

煤管內外風比例的大小直接影響燒成帶的長度及火焰形狀。過小的外風噴出速度將影響直流風的穿透能力,減弱對入窯二次風的卷吸,導致煤粉與二次風不能很好地混合,煤粉燃燒不完全,產生還原氣氛;過大的外風噴出速度將會引起過大的回流，強化煤粉的后期混合

與燃燒，使火焰高溫區拉長，同樣會導致煤粉燃燒不完全，使窯尾溫度過高，而內風旋流強度僅控制著火焰形狀。通過觀察，發現燃燒器內外風比例分別為30%和90%，火焰細長，窯內長厚窯皮，煙室結皮較厚，影響窯內通風，形成還原氣氛。

6 采取的措施

根據中控系統工藝參數操作，及時正確調整用煤量和系統通風量，窯頭喂煤量和窯尾分解爐喂煤量比例嚴格按4：6控制，確保爐中及出口氣體溫度的穩定。操作中嚴格掌握系統內溫度和壓力的變化，保持系統內通風良好，防止溫度過高或過低，堅持前后兼顧，把預分解系統情況與窯頭燒成帶情況結合起來考慮。在操作上，嚴防大起大落、頂火逼燒，嚴禁跑生料或停窯燒，做到穩定操作、穩定熱工制度、穩定下料量，確保分解爐安全穩定運行。

如發現燒成帶溫度偏低，窯電流曲線下降和fCaO呈上升趨勢，必須認真分析問題的真正原因所在，不能盲目地加大頭煤用量，要以加尾煤為基礎合理調整頭煤的用量。

實行“薄料快轉”的煅燒操作方法，適當提高窯速，由原來的3.0r/min提高到3.80r/min，降低窯內物料填充率，增加物料在窯內的翻滾次數，降低物料在高溫帶的停留時間，強化物料的煅燒。

圖1 噴煤管在窯口截面的位置

表4 調整后窯系統情況及熟料質量

強化煅燒操作，穩定窯內熱工制度，篦冷機采用厚料層操作，并調整三次風閥開度，提高二、三次風溫，減少還原氣氛，強化分解爐煤料的混合，穩定入窯分解率，對防止黃心料有積極作用。控制入窯物料分解率在87%～92%，分解爐出口溫度在850～870℃之間，并適當減少窯頭煤用量，將窯尾溫度由原來的1050℃左右降到950℃左右，防止因溫度過高，引起系統結皮、結圈等問題的出現。二次風溫提高到1050℃以上，避免窯內由于煤粉燃燒不充分而產生還原氣氛，提高煤粉的燃燒速度和燒成帶溫度，減少窯內產生黃心料的幾率。

優化調整燃燒器內外風比例。根據窯筒體溫度曲線和窯皮長度，優化調整三風道燃燒器內外風比例，將其調整為：內風70%，外風80%，保證煤粉的充分燃燒。同時要求現場人員加強巡檢，及時清理燃燒器端部的積料，防止端部變形，火焰形狀發生改變，影響煤粉的燃燒。

適當的火焰長度、形狀和位置對保護窯皮、防止產生黃心料是非常重要的。生產實踐告訴我們，四風道煤管噴嘴的位置和火焰高低對窯皮的厚薄和長短影響很大。火焰離料近，窯皮厚，影響窯內通風，窯皮厚度一般以20～25cm為好；火焰離料遠，窯皮薄，影響耐火磚的使用壽命；火焰溫度高，窯皮短，火焰溫度低，窯皮長，增加窯內填充系數。因此噴煤管必須有一個適當的位置。實踐證明，煤管位置定位在窯口截面第四象限為宜（如圖1A點）。

內外風的調整，一般加大內風時火焰短而粗，加大外風時火焰細而長。內風過大易造成短粗發散，不僅容易燒壞窯皮，還會導致結粒粗大，產生黃心料。外風過大，火焰核心區拉長，易使未燃盡的焦碳粒子沉落在窯后段繼續燃燒，使物料過早出現液相，產生過長的浮窯皮，引起結圈。調整燃燒器內外風比例分別為50%和70%，強化煤粉的完全燃燒。

7 效果

通過采取上述措施，改善了煤粉燃燒條件，減輕了窯內還原氣氛，預分解窯出現黃心料的情況大大減少，提高了熟料產質量，并取得了較好的經濟效益。采取優化調整措施后“黃心料”出現頻次及熟料的物理性能見表4。

TQ172.622.29

B

1001-6171（2011）06-0046-03

通訊地址：云南遠東水泥有限責任公司技術中心，云南 陸良 655600；

2011-03-19；

呂 光