窯回灰在連續型生料均化庫內的偏析分析及解決辦法

謝建中，連學文

我公司兩條生產線原設計均沒有專門的窯回灰（以下簡稱回灰）處理工藝（見圖1），加上對回灰及NC型連續生料均化庫等認識的不足，在生料輥磨出現長時間停機時，其給生產質量帶來了相當大的影響，嚴重時因熟料KH高，fCaO居高不下，安定性也難以保證，即使在生料高庫存的情況下也必須“停窯待磨”。這嚴重制約著窯熱工制度的穩定、輥磨產量的提高、“避峰就谷”用電生產的組織，成為了生產的“瓶頸”。

1　回灰對生產質量的影響現象

在窯、磨同步運行時，一般情況下回灰是通過入庫提升機，與出磨生料共同入庫的，基本不存在回灰影響的問題。輥磨停機時，根據實際生產情況，將回灰對生產的影響主要分以下幾種情況進行描述。

1．1　輥磨停機窯生產時回灰入庫

2012年10月之前，在輥磨停機時，一般的工藝措施是將回灰入生料均化庫，并根據熟料KH及窯工況變化，通過適當外摻粉煤灰進行調節，但實際效果不理想。以2012年6月23日輥磨停機時為例，從表1可以看出，從輥磨停機開始，熟料KH逐漸升高，停機6h已達0．924，雖通過摻加粉煤灰調整，但12h后也達到了0．941，實際生產中在不摻加粉煤灰或隨著停磨時間的繼續延長，熟料KH曾＞0．970。

1．2　輥磨停機，窯連續生產時回灰入窯

看到“回灰入庫”存在的不足后，結合生產工藝條件，經過分析、實踐，自2012年10月開始，在輥磨停機時將“回灰入庫”改為“回灰入窯”。經過實踐證明，此工藝措施雖存在因回灰量不穩定，引起入窯喂料量波動的不足，但可以明顯緩解回灰對生產質量的影響。以2013年3月21日輥磨停機為例，從表2可以看出，輥磨停機≯12h，可以保證窯正常煅燒，如果措施得當、及時，基本可以保持窯16h正常生產。

1．3　輥磨、窯同步停機后，再同步開機回灰入庫

除了以上兩種現象外，在生產中發現還有另外一種“奇怪”現象，即每次在窯較長時間停機后剛開機時（目前最短停機時間是48h），即使輥磨與窯同步開機回灰入庫的情況下，熟料KH也會很快升高。

以上三種現象，在輥磨開機后，隨著時間的延長，或通過及時大幅度降低出磨生料KH，或慢或快，熟料成分會逐漸轉入正常。

經了解，這也是眾多使用連續型生料均化庫的水泥生產線存在的共性問題。

2　回灰在生料均化庫中的偏析機理分析及緩解措施

上述現象說明，在此特定條件下，均化庫內的物料出現了較嚴重的偏析現象。借此，對粉體物料在連續型生料均化庫中的偏析談一些看法。

2．1　細顆粒的滲透偏析機理

根據粉體流變學理論，粉體顆粒在運動、成堆或從料倉中排料時，由于粒徑、顆粒粒度、顆粒性狀、表面性狀等的差異，粉體層的組成呈不均質的現象稱為偏析。偏析現象在粒度分布范圍寬的，自由流動顆粒粉體物料中經常發生。粘性粉料在處理中一般不會發生偏析，但包含粘性和非粘性兩種成分的粉料中可能會發生偏析。細顆粒的滲透作用是導致非粘性物料偏析的主要因素。細顆粒在流動期間自身重新排列，可能通過較大的顆?？障稘B漏，如料倉加料、卸料過程中的滲漏偏析（圖2為整體流動中典型的偏析與混合）。

圖2　整體流動中典型的偏析與混合

2．2　回灰特征

為此，我們對回灰化學成分及顆粒組成進行了分析。從表3回灰與表4出磨生料化學成分對比可以看出，我公司窯回灰與眾多水泥企業一樣，也存在KH高、細度細的特點。為進一步分析回灰顆粒特征，我們使用水泥激光粒度分析儀、不同規格的細度篩，進行了顆粒分布檢測（見表5、6），綜合來看，盡管水泥激光粒度分析儀檢測出磨生料及回灰存在較大誤差，但相對于出磨生料，仍可以看出回灰具有顆粒分布更集中的特點。

根據以上分析認為，在回灰與出磨生料混合入庫的情況下，均化庫在加料與卸料過程中，物料具有發生滲透偏析的潛在可能性。

2．3　庫內物料堆積狀態，動態轉化誘發細顆粒偏析發生

連續型生料均化庫均化原理是利用空氣攪拌，重力作用，產生“漏斗效應”，使生料粉在向下卸料時，盡量切割多層料面，充分混合。利用不同的流化空氣，使庫內平行料面發生大小不同的流化膨脹作用，有的區域卸料，有的區域流化，從而使庫內料面發生傾斜，進行徑向混合均化。簡單講，就是空氣攪拌、重力切割、徑向混合，三者相輔相成、共同作用。

表3　窯回灰化學成分（%）及率值

表4　出磨生料化學成分（%）及率值

表5　出磨生料、回灰粒徑分布，%

表6　出磨生料、回灰不同規格篩子篩余，%

陳立明[2]研究認為，粉體大庫內，粉體的物理流動性在實際儲存與卸放過程中，在粉體含氣量等多種因素影響下，庫內物料的堆積狀態分布會呈現大跨度的動態變化。那么，對于水泥生料均化庫來講，也應存在這一客觀物理現象。

結合生產實踐分析認為，生料均化庫在上部進料與下部卸料同時進行時，在進料動能、氣體流化等的共同作用下，庫內物料的堆積狀態從頂部到底部，基本按照飽和全流態向飽和固態依次分布（見圖3），物料整體流動性高，均化庫的重力切割、徑向混合、空氣攪拌等均化功能原理均得以正常發揮，出庫生料成分相對均勻穩定。

圖3　理想粉體大庫的動態卸放流動性分布

但在輥磨停機不進料、只卸料的情況下，隨著停止進料時間的延長、含氣量的降低，庫內物料的堆積狀態發生大跨度變化，飽和全流態、次低密度高流態的堆積狀態快速消失，物料的整體流動性降低。連續卸料時，僅靠氣體的流化作用，徑向混合作用逐步弱化，在“漏斗”效應作用下，由于細顆粒滲透偏析，料斗中部區域含細顆粒物料相對較多、卸料速度相對較快，此時卸出物料中細顆粒比例逐漸增加，在生產上表現為KH的逐步升高。如果此時回灰處于入庫位置，無疑會使此種現象加劇。并且隨著停止進料時間的繼續延長，極有可能形成貫穿整個料層高度的漏斗流，出現“先入先出”現象。我公司曾出現因輥磨故障24h不能開機回灰入庫的情況下，熟料KH達到了難以想象的0．970。磨機開機后，隨著入料時間的延長，在進料的反復沖擊震蕩作用下，庫內物料的流動性逐漸轉好，此種現象逐步消失。

在長時間不進料、不卸料情況下，庫內物料流動性處于最差的飽和固態或高固態，在開機卸料時，物料的流動性將由最差狀態向正常狀態逐步轉變。起初在流化空氣作用下，僅在料庫底部形成無數有限高度漏斗流，已含有回灰的物料受“漏斗”效應作用，也會發生滲透偏析，同樣磨機開機后隨著入料時間的延長，在進料的反復沖擊震蕩作用下，庫內物料的流動性逐漸轉好，現象也逐漸消失。

經檢測，輥磨停機前后，入窯生料細度的變化也驗證了此現象。從表7可以看出，公司二線2015年大修后剛開窯時，入窯生料細度約在13%，明顯低于正常生產時的17%，直至投料約8h后，入窯生料細度才逐步上升，穩定在17%左右。

3　解決辦法

（1）杜絕回灰入生料均化庫。我公司一線通過技術改造，將回灰入稱重倉后，問題得到了根治?；鼗腋脑旃に嚵鞒桃妶D4。

（2）在沒有改造的情況下，建議生料磨短時間停機過程中，將回灰直接入窯消耗掉，緩解回灰影響。若使用無煙煤作燃料時，因為窯煅燒能力稍弱，KH快速升高時窯況惡化較快，根據我們的生產經驗，一般控制磨機停機時間≯6h，且不能頻繁停機，否則也不易控制，特別當生料庫存料偏低時。

表7　2015年公司二線3月窯大修后投料前后入窯生料細度變化

圖4　回灰改造工藝流程圖

（3）在沒有改造的情況下，窯、磨長時間停機后再開機，通過強制“活化”，盡快使生料均化庫狀態恢復，緩解回灰影響。方法一，窯投料前24h喂料系統外循環，通過強制“活化”，提前使生料均化庫內物料堆積狀態恢復正常；方法二，窯投料后，人為調整控制充氣換區時間，一般采取對區充氣卸料，每小時更換兩個區，依次循環一周，同樣也可以達到強制“活化”效果。

對于（2）、（3）措施，一般還要輔以調料手段，在生料磨開機情況下，緊密結合出窯熟料質量情況，及時靈活控制出磨生料率值，使生產盡快恢復正常。

4　結語

入窯生料的穩定是窯熱工制度穩定的重要條件，這是眾所周知的道理。在生料磨停機等特殊情況下，已入庫的回灰在生料均化庫內，隨著物料流變形的轉變是會出現偏析的，其對生產帶來的負面影響是不可忽視的。借此也希望企業在設計階段要提前考慮窯回灰的處理工藝，完善工藝條件，做好各工藝環節之間的銜接，從根本上消除回灰對生產質量的影響。

參考文獻：

[1]陶珍東，鄭少華．粉體工程與設備[M]．北京：化學工業出版社，2010．

[2]陳立明．粉體大庫儲存與卸放流動性分布與傳導力學分析[J]．中國水泥，2013，（6）．■

中材裝備集團有限公司主編的四項國家標準頒布實施

中材裝備集團有限公司主持編制的GB/T 35150．1-2017《新型干法水泥生產成套裝備技術要求第1部分：生料制備系統》、GB/T 35150．2-2017《新型干法水泥生產成套裝備技術要求第2部分：燒成系統》、GB/T 35167-2017《水泥立式輥磨機》及GB/T 35168-2017《水泥工業用輥壓機》等四項國家標準，已由全國建材裝備標準化技術委員會及中國國家標準化管理委員會于2017年12月19日發布，自2018年11月1日起開始實施。

四項標準的出臺填補了我國水泥工業該領域的空白，對化解過剩產能、“一帶一路”、裝備走出去以及節能減排等方面具有重大意義。

四項標準中，兩項新型干法水泥生產成套裝備技術國家標準，明確規范了新型干法水泥生產成套裝備中生料制備系統和燒成系統的涵蓋范圍、工藝流程、設備要求、自動化控制水平、考核內容等技術方法和參考指標，指導水泥生產中生料制備環節方案的設計、煤炭電力等能源消耗、污染排放等作業程序，促進水泥工業向資源節約型及環境友好型方向發展；水泥輥磨、輥壓機兩項國家標準，進一步規范了相應裝備的制造等要求。