電石渣配料生產線回轉窯結圈分析與處理

曹輝輝

1 生產現狀及回轉窯結圈表現

我公司有兩條設計產能為3 000t/d的電石渣配料水泥熟料生產線，為上游PVC產業廢渣處理的配套項目，回轉窯規格為φ4.3m×66m。其中1號生產線配料電石渣來源于PVC濕法乙炔生產工藝廢渣，壓濾后的電石渣水分為30%左右，生產線預熱器為單系列三級，配套兩臺烘干破碎機。2號生產線配料電石渣來源于PVC干法乙炔生產工藝廢渣，電石渣水分為6%左右，生產線預熱器為單系列五級，采用管道換熱烘干。

2號生產線自2011年投產以來，持續出現回轉窯結圈問題，平均每年因為結圈造成停窯或煙室漏料10 余次，每次在線處理結圈問題需要約一周左右時間，回轉窯平均負荷只有70%左右，嚴重影響了回轉窯系統的穩定運行和熟料產量。

我公司2 號生產線結圈位置主要位于回轉窯長度方向32~46m 之間，為后結圈。回轉窯結圈幾乎一直存在，只是時厚時薄，結圈最厚時可達80cm，寬度4m。經工藝調整后，若在4d 內不能在線處理掉結圈，則會形成料球，嚴重影響物料通過，進而造成煙室經常性漏料，嚴重時曾兩次停窯進行處理。對結圈的不同位置進行取樣分析顯示，結圈富集了硫、堿、氯有害成分[1]，具體化學成分分析數據見表1。

表1 回轉窯結圈物料化學成分分析，%

我公司對有可能引起回轉窯結圈的因素進行了排查，并于2019年徹底解決了回轉窯結圈問題，現將我公司原燃材料情況及結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

我公司鈣質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%；鋁質原料為當地的黃矸石，原始水分在7%左右；硅質、鐵質校正原料分別為外購的硅石與鋼渣；原煤為本地煤礦所產。原燃材料化學成分及原煤工業分析分別見表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 生產異常或者開停車，氯離子會直接上升到0.040%左右。由于電石渣中氯離子含量受PVC生產影響，水泥熟料配料中氯離子含量內部控制指標只能按照0.3%考慮。硫主要由煤粉帶入，但相對穩定，原煤烘干后水分4%~5%，相對偏大。堿主要由黃矸石帶入，平均在3.35%左右，整體偏高。由于煤粉揮發分比較高，又于篦冷機處取熱風，且沒有氮氣保護系統，考慮到煤粉系統的安全運行，煤磨進口溫度按最大260℃控制，出口溫度控制在60℃，煤粉水分控制在4%~5%。

表2 原燃材料化學成分分析，%

表3 原煤工業分析

3 結圈的分析及處理

3.1 煤粉品質

我公司原煤由附近一家煤礦固定供應，煤質相對穩定，煤粉低位熱值為22 572~23 408kJ/kg，揮發分33%~36%，灰分在13%左右，煤粉細度80μm篩篩余在10%左右，水分在5.0%左右，較同行業煤粉細度粗、水分高。煤粉燃燒慢、燃燒時間長，火焰的熱力分散。燒成帶的窯皮形成不均勻，運行電流波動范圍＞300A，煤粉燃燒不完全，在窯內和煙室形成還原氣氛，導致熟料中經常出現黃芯料，易造成結圈[2]。

我公司與設備廠家共同分析發現，選粉機結構不合理，密封環制作粗糙，煤粉細度極易跑粗。因此，我公司在2017年11月對煤磨選粉機進行更換，將煤粉細度80μm 篩篩余控制在6%以下，水分控制在5%以內。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，但生產過程中的結圈問題并未緩解。

3.2 生料質量

生料計量原使用沖板流量計，喂料量波動值在10t/h 左右，入窯斗式提升機電流在5A 左右，偶爾沖料會造成預熱器系統塌料和跑生料。回轉窯喂料量不穩定，影響窯內熱工制度穩定，其中C1出口溫度有近20℃的波動幅度，熟料fCaO 合格率在85%左右。

2018年4月，公司將原沖板流量計更換為生料轉子秤。改造后，斗式提升機電流在1~2A波動，徹底解決了喂料系統的波動。同時，公司對原料系統的計量也進行了改進，主要包括：

（1）改造兩臺電石渣干粉秤，在干粉庫內增加了流化棒助流裝置，局部優化粉煤灰計量系統。

（2）徹底清理生料均化庫，保證庫底氣路順暢，將六個區的卸料方式調整為對區下料，間隔時間為30min。

經優化改造，入窯生料飽和比合格率從75%提升到85%以上，進一步穩定了生料質量，熟料質量和窯產量均有所提高，結圈問題稍有緩解。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

我公司針對結圈問題，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，則會引起煙室溫度超標，煙室溫度達到1 250℃以上，進一步加重煙室結皮，使系統處于惡性循環狀態。

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

生產過程中，還出現過煙室和分解爐負壓偏高的現象，煙室負壓一般在-（450~550）Pa，而且極易結皮，每班需清理兩次煙室和分解爐縮口。針對煙室負壓高、窯內通風不良的問題，2018年3月，公司對煙室結構進行了局部擴容改造，并在煙室增加了5 臺空氣炮，生產運行中，煙室負壓由-450Pa 降至-350Pa以內。

另外，為了提高余熱的回收利用，降低因篦冷機故障造成的非計劃停機次數，公司將第三代篦冷機升級為第四代篦冷機，二次風溫由1 050℃提高到1 100℃以上。改造后，燒成帶窯皮穩定性明顯提高，窯尾副窯皮進一步減少，熟料產量能提高200t/d左右，但結圈問題仍時有發生。

3.4 日常生產管理

3.4.1 排查中發現的問題

（1）受操作習慣的影響，三個班組的操作不統一，主要體現在系統用風、篦冷機篦速、一次風機風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熱器至窯系統的負壓。個別班組不重視電石渣上料量的穩定，電石渣上料量時多時少，導致上料皮帶輸送機電流波動值達到10A左右，預熱器C1出口負壓波動值達到500Pa左右。

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

（4）對各級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，系統內漏風嚴重。

3.4.2 解決措施

（1）規范各班組的操作，對主要參數的控制范圍進行了優化，縮小波動范圍，明確操作上下限。

（2）建立了指標報警機制，只要指標超出范圍，就會報警提醒。

（3）對電石渣庫上料系統進行了優化改造。上料回轉下料器全部實現變頻控制，增加了皮帶輸送機，將1 號生產線的濕電石渣輸送到2 號生產線的上料系統，降低了廢氣溫度，解決了頻繁開啟噴淋與冷風閥的問題。

（4）調整各級翻板閥的配重，定期清理末級翻板閥結皮，將漏風治理納入常態化管理。

采取以上措施后，系統運行的穩定性得到提高，每次結圈程度減輕，但結圈次數沒有減少。

3.5 有害成分和硫堿比偏高

根據表1可知，熟料硫堿比基本在0.55~0.65之間，結圈成分中硫、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，無法進一步降低；硫主要來自煤粉，整體含量不高，相對穩定；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 號生產線采用堿含量為2%的粉煤灰進行配料試驗，通過近3 個月的試驗，有效控制了回轉窯結圈，同時在試驗期間，回轉窯無后結圈。

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水泥熟料，熟料中的堿含量由0.85%左右降低到0.7%以內，熟料的硫堿比控制在0.75~0.9 之間，有效解決了回轉窯結圈問題，回轉窯在100%電石渣配料的前提下實現了達產達標。

4 結語

綜上可知，回轉窯結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，結圈問題得到了有效解決。

回轉窯結圈是困擾水泥行業的生產難題，結圈的形成受較多因素的影響，各公司需根據不同的生產情況，采取相應的措施。另外，生料質量、煤粉品質、系統通風、工藝控制、精細化管理等都會影響回轉窯的穩定運行，對窯內結圈也有間接影響，應加以重視。