熟料包心料的產生原因及解決措施

賈兆義

我公司有一條設計產能2 500t/d的熟料生產線，回轉窯規格φ4m×60m，實際生產能力為3 300t/d左右。該生產線采用高固氣比懸浮預熱預分解生產技術，按照組合式交叉料流和平行雙系列氣流串行布置，集成五級八次氣固換熱，在分解爐外連接旋流器，進行爐體外循環，延長預分解時間，提高入窯分解率，實現高產低耗、高效運行。

1 存在問題

出窯熟料包心料較多，熟料強度波動大、性能差，fCaO含量居高不下，致使水泥質量及性能難以滿足高端用戶的需求。

圖1 熟料包心料外觀

圖2 熟料巖相視野孔隙率

2 熟料包心料產生原因分析

2.1 熟料巖相及熱工標定

2.1.1 熟料外觀質量及巖相分析

（1）熟料外觀質量

現場取出窯熟料觀察可見，熟料顆粒大小極不均勻，圓球狀顆粒較少，無規則形狀顆粒多，顆粒直徑約1～5cm，邊部有砂狀粒，呈分層燒結狀，有明顯孔洞；料球表層不光滑且伴有密集熔融結點，燒結致密由表層向內逐步變化，熟料包心部分較松散。包心料外觀見圖1。

（2）熟料巖相分析

熟料打開后多孔洞，孔隙率偏高。根據顯微結構的巖相分析，正常熟料孔洞面積與熟料礦物總面積值之比在25.0%～30.0%，而該熟料孔洞面積與熟料礦物總面積之比遠高于30.0%；而該熟料A礦、B礦集中分布，大多以礦巢形式存在。由巖相分析可見，熟料煅燒溫度不均勻，存在局部煅燒溫度較低現象，熟料冷卻速率慢，在1 250℃停留時間過長，導致A礦包裹B礦現象嚴重。熟料巖相視野孔隙率見圖2。

2.1.2 熱工標定

（1）下料管下料量不穩

經現場排查發現，系統翻板閥波動大、下料管下料量不穩定，容易跑生料，窯內出現結球、熟料包裹生料現象，且造成系統內漏風，降低旋風筒收塵效率。通過對一級筒的實際風量標定，由氣體含塵量及入大布袋收塵器的含塵量推算，實際生料料耗系數為1.596。在生料喂料量小倉控制較為穩定的情況下，入窯提升機電流8.0A左右，入窯生料反饋波動在10～15t/h，來料量波動對系統熱工穩定極為不利。當來料量突然變大，會造成預熱器系統物料短路、塌料及躥料現象；當來料量突然變小、窯爐內溫度偏高，會造成回轉窯中后部液相提前出現，并夾雜包裹生料，形成料球，不易煅燒，形成包心料、黃心料，影響熟料質量。

（2）系統風量偏小

經檢測，三次風實際風量為46 210.60m3（標）/h，而分解爐煤粉燃燒需要空氣量為60 945.73m3（標）/h，三次風風量偏小，三次風閘板高度為30cm；二次風風量（不含送煤風及入窯一次風）為36 490.65m3（標）/h，而理論用風量為44 907.16m3（標）/h。因而系統整體風量偏小，二、三次風實際用風量較理論用風量偏小18.5%～24.1%，造成窯尾煙室及分解爐出口的CO含量較高，O2含量不足，煤粉燃燒不完全，產生還原氣氛，致使熟料中包裹有黃色料球及少部分褐色料。

（3）系統阻力大

窯尾預熱器系統阻力較大，C1出口負壓高達6 800Pa，高溫風機入口負壓高達7 280Pa，造成高溫風機功率高（運行電流高達127A）。根據C5出口負壓約1 800Pa判斷，阻力高的原因是各級預熱器阻力大，這與料氣比高有關。

（4）C1出口溫差高

C1A、C1B出口溫度相差高達40℃，存在換熱不均勻現象，入口換熱段距離較短，換熱效果較差。根據空間位置，對喂料點進行改造，適當延長入口換熱段距離，提高換熱效果。

（5）一級筒與風機壓差較大

經檢測，一級筒出口粉塵排放量10.09t/h，含塵濃度25g/m3左右，濃度較低，一級筒收塵效率高達95.31%，但阻力較大，壓損在1 500Pa左右，特別是一級筒與高溫風機之間壓差較大。

2.2 熟料包心料成因分析

通過熟料巖相分析及系統熱工標定可知，熟料包心料形成主要原因是燒成系統熱系統整體風量不足、窯爐風不匹配、喂料量波動大、頭煤量過多、窯速頻繁調整等導致的熱工制度不穩定，從而造成回轉窯長厚窯皮、結圈結蛋、頻繁塌料等，在窯爐還原氣氛較濃狀態下，極易產生熟料包心料，嚴重影響熟料質量。

圖3 入分解爐（C4B）

圖4 旋流器

（1）系統來料不穩定，生料沖板流量計（計量秤）波動較大，影響窯內熱工狀態，容易造成系統參數紊亂。

（2）撒料箱的撒料效果較差，當現有喂料秤喂料波動較大時，三、四級撒料箱的作用尤為重要，不僅起到使物料充分交換的作用，同時也可預防三級向五級塌料，四級向分解爐塌料的情況發生，撒料效果差時會有物料短路現象出現。

（3）窯、爐總風量偏小，煤粉燃燒不完全，窯尾及分解爐出口的一氧化碳濃度較高，浪費燃料，不利于熟料的煅燒，易產生還原料，造成熟料fCaO含量偏高。

（4）熟料MgO含量較高（4.5%左右），易使窯內低溫液相量增多，并提前出現，使上過渡帶出現大量的液相，熟料提前結粒且結粒逐步增大。這些大顆粒球核進入燒成帶后，熱量從大顆粒料球表面傳到中心較困難，增加頭煤用量容易造成長厚窯皮，窯內還原氣氛較濃，加重褐色還原料的形成氛圍。

3 解決措施

3.1 沖板流量計改裝為轉子秤，穩定系統生料喂料，撒料箱增加撒料板，增強物料分散能力

由于生料沖板流量計（計量秤）波動較大，影響系統來料穩定性，操作時分解爐出口溫度很難控制，系統熱工制度不穩。為了解決以上問題，將沖板流量計改裝為轉子秤，保證了下料的穩定。其次，對C3B、入分解爐的C4B（圖3）和旋流器（圖4）下料管撒料箱增加了撒料板，采用耐熱鋼板自行制作撒料板，按照C3B2（超出原撒料臺邊緣）0cm、旋流器25cm、C4B（入分解爐）30cm的插入深度要求進行定位，以增強物料分散能力。同時，設計更換撒料箱為120°廣角撒料箱，提高物料分散性，防止窯內出現竄生料現象。

3.2 普通翻板閥（圖5）更換為微動翻板閥（圖6），改善系統鎖風效果

由于系統內漏風，二、三次風量小，系統整體風量不足，將C1A、C1B下部翻板閥、C4A、C4B、C5以及旋流器翻板閥進行更換，改用鎖風效果更好的微動翻板閥。

3.3 對三次風管入風口進行改造，更換新的噴煤管，提高熟料煅燒能力

在三次風管入分解爐口一側加做斜度約25°導風墻，使得入分解爐后風場更加合理，改變入爐三次風的切向運行效應，促進爐內風煤匹配，使煤粉充分燃燒，進而預防局部高溫產生結皮。同時，更換使用新的噴煤管，解決窯內頻繁結圈結球，改善因窯、爐總體風量偏小、煤粉燃燒不完全的問題。

3.4 穩定生料成分，提升生料KH合格率，控制熟料MgO含量

針對石灰石質量波動大的特點，搭配開采礦山石灰石，穩定均化庫底各區下料，保證下料點下料正常，恒定標準倉倉重，有效管控生料均化鏈，進而提升生料KH合格率，控制熟料MgO含量≤4.0%。

3.5 對高溫風機進行改造，調整三次風閘板，加大系統風量

將高溫風機入口百葉閥葉片拆除，減少管道阻力，改原主電機液力耦合器為變頻器控制調速，在保證系統負壓前提下，適當提高窯頭高溫風機的轉速，加強系統通風。三次風閘板高度由30cm調整為40cm。調整后三次風的風量51 682.13m3（標）/h，二次風的風量39 871.66m3（標）/h，從而使二、三次風實際用風量較理論用風量由原來偏小18.5%～24.1%下降為偏小11.2%～15.2%。

3.6 減少窯頭煤用量，提高回轉窯轉速

在生產過程中，適當減少窯頭煤用量，提高回轉窯轉速，將轉速由原來3.8r/min提高到4.3r/min，達到“薄料快轉”，減少窯內物料填充率，保證窯內通風良好，進而保證窯內煤粉燃燒更加充分。

圖5 更換前普通翻板閥圖紙

圖6 更換后微動翻板閥

4 改造效果

4.1 工藝故障停機次數大幅減少

經統計，2018年3月15日改造開機后，回轉窯非計劃停機次數大幅度減少，3～4月實現回轉窯連續運行36d，5～8月實現回轉窯連續運行72d，9～11月實現回轉窯連續運行65d，連續運轉的時段和天數創歷史最好水平。工藝故障停機3次，比2017年停機12次減少了75%，未出現回轉窯結大塊現象。

4.2 熟料質量及性能提高

通過上述措施，熟料表面光滑無孔，剖開后結構致密，熔融感較強，質量總體性能顯著提高，熟料強度、穩定性提高。改造后，2018年3月～11月較2017年同期熟料28d強度標準偏差下降0.72（見圖7），28d抗壓強度提高3.5MPa，按我公司熟料fCaO含量≤1.2%的內控標準，熟料fCaO內控合格率提高14.6%（見表1），生產P·O42.5水泥的fCaO含量控制指標可滿足鐵路標準及相關高端用戶的需求。

圖7 熟料28d強度標準偏差

表1 改造前后熟料fCaO內控合格率對比，%

表2 改造前后回轉窯產量對比表，t/h

表3 改造前后熟料燒成電耗對比表，kWh/t

4.3 回轉窯產量顯著提高，電耗明顯下降

由表2、表3回轉窯改造前后產量對比表及電耗對比表可見，改造后，2018年較改造前2017年窯產量提高5.0t/h左右，實際生產能力由改造前3 150t/d上升到3 300t/d以上，電耗下降0.83kWh/t熟料，回轉窯提產降耗明顯。

5 結語

通過熟料巖相分析及熱工標定診斷，確定熟料包心料產生的主要原因是燒成系統風量嚴重不足，窯爐煤粉燃燒不完全致使還原氣氛較濃等。通過采取上述改造措施，該生產線回轉窯工藝故障停機次數大幅減少，熟料質量及性能顯著提高，回轉窯產量顯著提高，生產能耗下降明顯。