電石渣配料生產(chǎn)線回轉(zhuǎn)窯結(jié)圈分析與處理

曹輝輝

1 生產(chǎn)現(xiàn)狀及回轉(zhuǎn)窯結(jié)圈表現(xiàn)

我公司有兩條設(shè)計(jì)產(chǎn)能為3 000t/d的電石渣配料水泥熟料生產(chǎn)線，為上游PVC產(chǎn)業(yè)廢渣處理的配套項(xiàng)目，回轉(zhuǎn)窯規(guī)格為φ4.3m×66m。其中1號(hào)生產(chǎn)線配料電石渣來源于PVC濕法乙炔生產(chǎn)工藝廢渣，壓濾后的電石渣水分為30%左右，生產(chǎn)線預(yù)熱器為單系列三級(jí)，配套兩臺(tái)烘干破碎機(jī)。2號(hào)生產(chǎn)線配料電石渣來源于PVC干法乙炔生產(chǎn)工藝廢渣，電石渣水分為6%左右，生產(chǎn)線預(yù)熱器為單系列五級(jí)，采用管道換熱烘干。

2號(hào)生產(chǎn)線自2011年投產(chǎn)以來，持續(xù)出現(xiàn)回轉(zhuǎn)窯結(jié)圈問題，平均每年因?yàn)榻Y(jié)圈造成停窯或煙室漏料10 余次，每次在線處理結(jié)圈問題需要約一周左右時(shí)間，回轉(zhuǎn)窯平均負(fù)荷只有70%左右，嚴(yán)重影響了回轉(zhuǎn)窯系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行和熟料產(chǎn)量。

我公司2 號(hào)生產(chǎn)線結(jié)圈位置主要位于回轉(zhuǎn)窯長度方向32~46m 之間，為后結(jié)圈。回轉(zhuǎn)窯結(jié)圈幾乎一直存在，只是時(shí)厚時(shí)薄，結(jié)圈最厚時(shí)可達(dá)80cm，寬度4m。經(jīng)工藝調(diào)整后，若在4d 內(nèi)不能在線處理掉結(jié)圈，則會(huì)形成料球，嚴(yán)重影響物料通過，進(jìn)而造成煙室經(jīng)常性漏料，嚴(yán)重時(shí)曾兩次停窯進(jìn)行處理。對(duì)結(jié)圈的不同位置進(jìn)行取樣分析顯示，結(jié)圈富集了硫、堿、氯有害成分[1]，具體化學(xué)成分分析數(shù)據(jù)見表1。

表1 回轉(zhuǎn)窯結(jié)圈物料化學(xué)成分分析，%

我公司對(duì)有可能引起回轉(zhuǎn)窯結(jié)圈的因素進(jìn)行了排查，并于2019年徹底解決了回轉(zhuǎn)窯結(jié)圈問題，現(xiàn)將我公司原燃材料情況及結(jié)圈問題的分析和具體解決措施介紹如下。

2 原燃材料種類及主要指標(biāo)

我公司鈣質(zhì)原料全部使用電石渣，電石渣烘干后的水分≤1%，Ca（OH）2的含量在68%~75%；鋁質(zhì)原料為當(dāng)?shù)氐狞S矸石，原始水分在7%左右；硅質(zhì)、鐵質(zhì)校正原料分別為外購的硅石與鋼渣；原煤為本地煤礦所產(chǎn)。原燃材料化學(xué)成分及原煤工業(yè)分析分別見表2、表3。

從表2、表3可以看出，電石渣中的氯離子含量較高，平均在0.023%左右。如果遇到上游PVC 生產(chǎn)異常或者開停車，氯離子會(huì)直接上升到0.040%左右。由于電石渣中氯離子含量受PVC生產(chǎn)影響，水泥熟料配料中氯離子含量內(nèi)部控制指標(biāo)只能按照0.3%考慮。硫主要由煤粉帶入，但相對(duì)穩(wěn)定，原煤烘干后水分4%~5%，相對(duì)偏大。堿主要由黃矸石帶入，平均在3.35%左右，整體偏高。由于煤粉揮發(fā)分比較高，又于篦冷機(jī)處取熱風(fēng)，且沒有氮?dú)獗Ｗo(hù)系統(tǒng)，考慮到煤粉系統(tǒng)的安全運(yùn)行，煤磨進(jìn)口溫度按最大260℃控制，出口溫度控制在60℃，煤粉水分控制在4%~5%。

表2 原燃材料化學(xué)成分分析，%

表3 原煤工業(yè)分析

3 結(jié)圈的分析及處理

3.1 煤粉品質(zhì)

我公司原煤由附近一家煤礦固定供應(yīng)，煤質(zhì)相對(duì)穩(wěn)定，煤粉低位熱值為22 572~23 408kJ/kg，揮發(fā)分33%~36%，灰分在13%左右，煤粉細(xì)度80μm篩篩余在10%左右，水分在5.0%左右，較同行業(yè)煤粉細(xì)度粗、水分高。煤粉燃燒慢、燃燒時(shí)間長，火焰的熱力分散。燒成帶的窯皮形成不均勻，運(yùn)行電流波動(dòng)范圍＞300A，煤粉燃燒不完全，在窯內(nèi)和煙室形成還原氣氛，導(dǎo)致熟料中經(jīng)常出現(xiàn)黃芯料，易造成結(jié)圈[2]。

我公司與設(shè)備廠家共同分析發(fā)現(xiàn)，選粉機(jī)結(jié)構(gòu)不合理，密封環(huán)制作粗糙，煤粉細(xì)度極易跑粗。因此，我公司在2017年11月對(duì)煤磨選粉機(jī)進(jìn)行更換，將煤粉細(xì)度80μm 篩篩余控制在6%以下，水分控制在5%以內(nèi)。改造后，煤粉局部后燃問題得到緩解，熟料中黃芯料＜5%，窯尾副窯皮減少，但生產(chǎn)過程中的結(jié)圈問題并未緩解。

3.2 生料質(zhì)量

生料計(jì)量原使用沖板流量計(jì)，喂料量波動(dòng)值在10t/h 左右，入窯斗式提升機(jī)電流在5A 左右，偶爾沖料會(huì)造成預(yù)熱器系統(tǒng)塌料和跑生料。回轉(zhuǎn)窯喂料量不穩(wěn)定，影響窯內(nèi)熱工制度穩(wěn)定，其中C1出口溫度有近20℃的波動(dòng)幅度，熟料fCaO 合格率在85%左右。

2018年4月，公司將原沖板流量計(jì)更換為生料轉(zhuǎn)子秤。改造后，斗式提升機(jī)電流在1~2A波動(dòng)，徹底解決了喂料系統(tǒng)的波動(dòng)。同時(shí)，公司對(duì)原料系統(tǒng)的計(jì)量也進(jìn)行了改進(jìn)，主要包括：

（1）改造兩臺(tái)電石渣干粉秤，在干粉庫內(nèi)增加了流化棒助流裝置，局部優(yōu)化粉煤灰計(jì)量系統(tǒng)。

（2）徹底清理生料均化庫，保證庫底氣路順暢，將六個(gè)區(qū)的卸料方式調(diào)整為對(duì)區(qū)下料，間隔時(shí)間為30min。

經(jīng)優(yōu)化改造，入窯生料飽和比合格率從75%提升到85%以上，進(jìn)一步穩(wěn)定了生料質(zhì)量，熟料質(zhì)量和窯產(chǎn)量均有所提高，結(jié)圈問題稍有緩解。但還得以高飽和比、高硅率、低鐵的生料配料保證窯的正常煅燒。改造后，窯前飛砂量大，結(jié)圈問題未得到徹底解決。

3.3 配料方案和工藝控制

我公司針對(duì)結(jié)圈問題，嘗試過采用“兩高一低”的配料方案，即高飽和比、高硅率、低液相量，液相量控制在24%左右。這種情況下窯前飛砂量很大，前12m窯皮生長和掉落頻繁，煅燒困難。若加大窯頭用煤量，則會(huì)引起煙室溫度超標(biāo)，煙室溫度達(dá)到1 250℃以上，進(jìn)一步加重?zé)熓医Y(jié)皮，使系統(tǒng)處于惡性循環(huán)狀態(tài)。

針對(duì)結(jié)圈問題，公司還嘗試過將液相量提高到26%以上，控制窯頭用煤量，每班移動(dòng)噴煤管一次等措施。此次嘗試雖減緩了煤灰局部富集，但結(jié)圈出現(xiàn)得更頻繁。

生產(chǎn)過程中，還出現(xiàn)過煙室和分解爐負(fù)壓偏高的現(xiàn)象，煙室負(fù)壓一般在-（450~550）Pa，而且極易結(jié)皮，每班需清理兩次煙室和分解爐縮口。針對(duì)煙室負(fù)壓高、窯內(nèi)通風(fēng)不良的問題，2018年3月，公司對(duì)煙室結(jié)構(gòu)進(jìn)行了局部擴(kuò)容改造，并在煙室增加了5 臺(tái)空氣炮，生產(chǎn)運(yùn)行中，煙室負(fù)壓由-450Pa 降至-350Pa以內(nèi)。

另外，為了提高余熱的回收利用，降低因篦冷機(jī)故障造成的非計(jì)劃停機(jī)次數(shù)，公司將第三代篦冷機(jī)升級(jí)為第四代篦冷機(jī)，二次風(fēng)溫由1 050℃提高到1 100℃以上。改造后，燒成帶窯皮穩(wěn)定性明顯提高，窯尾副窯皮進(jìn)一步減少，熟料產(chǎn)量能提高200t/d左右，但結(jié)圈問題仍時(shí)有發(fā)生。

3.4 日常生產(chǎn)管理

3.4.1 排查中發(fā)現(xiàn)的問題

（1）受操作習(xí)慣的影響，三個(gè)班組的操作不統(tǒng)一，主要體現(xiàn)在系統(tǒng)用風(fēng)、篦冷機(jī)篦速、一次風(fēng)機(jī)風(fēng)壓等的操作控制方面。

（2）窯尾廢氣通過干燥管烘干電石渣，電石渣的上料量直接影響預(yù)熱器至窯系統(tǒng)的負(fù)壓。個(gè)別班組不重視電石渣上料量的穩(wěn)定，電石渣上料量時(shí)多時(shí)少，導(dǎo)致上料皮帶輸送機(jī)電流波動(dòng)值達(dá)到10A左右，預(yù)熱器C1出口負(fù)壓波動(dòng)值達(dá)到500Pa左右。

（3）為控制窯尾電袋復(fù)合收塵器入口溫度≯220℃，操作員需間斷性開啟管道噴淋和冷風(fēng)閥，容易忽視對(duì)壓縮空氣與噴槍霧化效果的控制，極易造成管道掛壁，最終導(dǎo)致整體負(fù)壓升高。

（4）對(duì)各級(jí)翻板閥的管理不到位，有的配重太輕，翻板閥幾乎處于常開狀態(tài)，系統(tǒng)內(nèi)漏風(fēng)嚴(yán)重。

3.4.2 解決措施

（1）規(guī)范各班組的操作，對(duì)主要參數(shù)的控制范圍進(jìn)行了優(yōu)化，縮小波動(dòng)范圍，明確操作上下限。

（2）建立了指標(biāo)報(bào)警機(jī)制，只要指標(biāo)超出范圍，就會(huì)報(bào)警提醒。

（3）對(duì)電石渣庫上料系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化改造。上料回轉(zhuǎn)下料器全部實(shí)現(xiàn)變頻控制，增加了皮帶輸送機(jī)，將1 號(hào)生產(chǎn)線的濕電石渣輸送到2 號(hào)生產(chǎn)線的上料系統(tǒng)，降低了廢氣溫度，解決了頻繁開啟噴淋與冷風(fēng)閥的問題。

（4）調(diào)整各級(jí)翻板閥的配重，定期清理末級(jí)翻板閥結(jié)皮，將漏風(fēng)治理納入常態(tài)化管理。

采取以上措施后，系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性得到提高，每次結(jié)圈程度減輕，但結(jié)圈次數(shù)沒有減少。

3.5 有害成分和硫堿比偏高

根據(jù)表1可知，熟料硫堿比基本在0.55~0.65之間，結(jié)圈成分中硫、堿、氯含量較高。氯離子主要來自電石渣，只能要求化工廠控制電石渣中的氯離子含量在0.03%以內(nèi)，無法進(jìn)一步降低；硫主要來自煤粉，整體含量不高，相對(duì)穩(wěn)定；堿含量主要來自原材料中的黃矸石。若想降低生料中堿含量，則需尋找黃矸石的替代品。2018 年11 月，公司在2 號(hào)生產(chǎn)線采用堿含量為2%的粉煤灰進(jìn)行配料試驗(yàn)，通過近3 個(gè)月的試驗(yàn)，有效控制了回轉(zhuǎn)窯結(jié)圈，同時(shí)在試驗(yàn)期間，回轉(zhuǎn)窯無后結(jié)圈。

自2019 年以來，我公司利用低堿粉煤灰替代部分黃矸石組織生產(chǎn)水泥熟料，熟料中的堿含量由0.85%左右降低到0.7%以內(nèi)，熟料的硫堿比控制在0.75~0.9 之間，有效解決了回轉(zhuǎn)窯結(jié)圈問題，回轉(zhuǎn)窯在100%電石渣配料的前提下實(shí)現(xiàn)了達(dá)產(chǎn)達(dá)標(biāo)。

4 結(jié)語

綜上可知，回轉(zhuǎn)窯結(jié)圈的主要原因是有害成分偏高、硫堿比失衡。通過采用低堿粉煤灰代替部分黃矸石，降低生料中的堿含量，將熟料硫堿比控制在0.75~0.9之間，結(jié)圈問題得到了有效解決。

回轉(zhuǎn)窯結(jié)圈是困擾水泥行業(yè)的生產(chǎn)難題，結(jié)圈的形成受較多因素的影響，各公司需根據(jù)不同的生產(chǎn)情況，采取相應(yīng)的措施。另外，生料質(zhì)量、煤粉品質(zhì)、系統(tǒng)通風(fēng)、工藝控制、精細(xì)化管理等都會(huì)影響回轉(zhuǎn)窯的穩(wěn)定運(yùn)行，對(duì)窯內(nèi)結(jié)圈也有間接影響，應(yīng)加以重視。