電石渣水泥熟料生產線結皮原因分析及處理

曹輝輝

1 前言

我公司有兩條3 000t/d水泥熟料生產線，為上游PVC產業的電石渣廢渣配套處置項目。由于采用電石渣配料，燒成系統預熱器、分解爐、煙室縮口易產生結皮，嚴重制約了生產線的穩定運行，預熱器每年約堵塞5～7次；煙室縮口每班需清理結皮2～3次，每次＞30min；末級下料管翻板閥周圍，每班清理結皮1次，工人勞動強度大，存在很大的安全隱患。公司針對上述問題進行了優化改進并取得了較好效果。目前，預熱器系統結皮情況得到了很大改善，基本能夠實現生產線長期穩定運行。

2 結皮原因及改進措施

2.1 原燃材料中有害成分的影響及改進

眾所周知，原燃材料中的有害成分是造成燒成系統結皮的重要影響因素，我公司生產水泥熟料的原材料主要由鈣質原料、硅鋁質原料、鐵質原料等組成。鈣質原料全部為電石渣，電石渣中的主要有害成分為氯離子，還含有硫化氫等副產品；硅、鋁質原料主要為黃矸石，來源于毛烏素沙漠的鹽堿地帶，堿含量較高，一般約3.5%；鐵質原料為鋼渣、當地電廠的高鐵粉煤灰和高鐵爐渣。燃煤為當地煤，質量整體較好，含硫量在0.5%左右，成分比較穩定。當電石渣中氯離子＞0.03%或黃矸石中堿含量連續超過3.3%時，回轉窯系統結皮現象明顯加重。原材料的化學成分分析見表1，燃煤的工業分析見表2。

表1 原材料的化學成分分析，%

表2 燃煤的工業分析

改進措施：嚴格控制電石渣中氯離子含量≯0.03%，每班分析一次，將其作為集團級工藝指標進行控制；優化上游工藝，用硫酸清凈工藝代替原來的鹽酸清凈工藝；針對黃矸石堿含量高的問題，采用部分高鐵粉煤灰替代黃矸石，保證熟料堿含量＜0.7%，熟料硫堿比0.8～1.0[1]。

2.2 窯尾系統漏風的影響及改進措施

窯尾系統漏風處往往易形成冷熱交替的厚重結皮。

改進措施：針對窯尾系統內漏風，將C1旋風筒翻板閥改為雙翻板閥，并對其他翻板閥進行優化。針對窯尾系統外漏風，一是將窯尾原石墨塊密封改為新型的魚鱗片摩擦套密封；二是采用機械加工制成的成品檢修門代替人工制作的檢查門；三是全員重視系統各檢查門、熱電偶等部位的漏風治理，并將窯尾氧含量和堵塞“跑、冒、滴、漏”工作納入日常考核管理。

2.3 窯尾系統通風的影響及改進措施

煙室縮口為燒成系統通風的“咽喉”部位，易產生結皮，一旦出現厚重結皮，將嚴重影響整個系統通風，造成窯頭火焰不暢，煤粉燃燒不完全，致使窯尾形成還原氣氛，進而導致煙室縮口、末級下料管等部位結皮加劇，需及時進行清理。

改進措施：一是對煙室進行擴容改造，二是在煙室、分解爐縮口和末級下料管處使用微晶高溫耐磨防結皮板等新材料。改造前，我公司在煙室和分解爐縮口使用的耐火材料是抗結皮澆注料，抗結皮效果甚微。2021年3月，在1號熟料生產線的預熱器末級筒使用了晶核微晶高溫耐磨管道（見圖1）及在煙室、分解爐縮口處引進了微晶高溫耐磨防結皮板（見圖2）。微晶材料耐磨損、耐急冷急熱，能有效減少結皮，使用效果較好。另外，在末級下料管處安裝了“空氣炮群”防堵塞裝置（見圖3），增加了一組負壓監測裝置，若監測到下料管中負壓異常，可及時在線清堵，有效避免了下料管清理不及時造成的堵塞。

圖1 末級下料管使用微晶板材料

圖2 分解爐縮口使用微晶板材料

圖3 末級下料管使用“空氣炮群”防堵塞裝置

2.4 煤粉燃燒的影響及改進措施

窯頭煤和分解爐煤燃燒狀況對窯系統運行有直接影響。若窯頭煤煤粉過粗或水分偏大，會造成窯頭煤嚴重后燃，使煙室溫度高于正常值，在過渡帶形成副窯皮和結圈，加重煙室結皮。若分解爐煤分布不均或與生料混合不佳，一是會造成分解爐煤粉后燃，導致末級筒溫度高于分解爐，產生高溫結皮；二是會造成分解爐局部高溫，在高溫區燃燒器附近出現結皮。

改進措施：針對煤粉細度問題，對煤磨選粉機進行了升級改造，兼顧煤粉制備系統的安全性，采用了四通道低氮燃燒器，可根據工藝需求及時調整火焰形狀。在窯尾增加了煤粉分配器，每班用手持式測溫槍測量分解爐燃燒器周圍溫度，根據溫度分布調節分解爐兩臺燃燒器的喂煤比例。目前，煤粉80μm篩篩余平均＜6%，煤粉水分＜4.5%，煤磨入口溫度≤260℃，煤磨出口溫度≤60℃，袋收塵器灰斗溫度≤50℃，煤粉倉溫度≤55℃。

2.5 熱工制度的影響及改進措施

風、煤、料的合理匹配是良好熱工制度的基礎，生料不穩、給煤不暢、用風調節不及時等均會造成熱工制度紊亂、工藝參數或高或低，熟料質量難以保證。電石渣水泥熟料生產線在生料粉磨和熟料煅燒方面的穩定性較差，應加強熱工制度的精細化管理，避免加劇系統的結皮、結圈。

改進措施：首先，加強生料計量管理。由于電石渣、粉煤灰等均為粉體物料，受溫度、庫壓、流動性的影響比較大，計量控制較難。為此，將原科氏力秤更換為粉體計量秤，并在庫內增加助流設施，優化干粉秤、粉煤灰秤負壓管；將均化庫庫底生料沖板流量計更換為圓盤計量秤，并引入六西格瑪的精益管理控制方法。改造后，入窯生料飽和比合格率由＜70%升至＞85%，為回轉窯煅燒穩定打下了良好基礎。其次，優化各工藝控制指標，分級管控，每月考核。加強管理后，回轉窯工藝指標合格率由94%提高至97.5%。再次，每次開、停窯均編制專項方案，由工藝管理人員跟班指導，每季度組織一次培訓，將工藝指標超標按照事故進行分析。最后，實行每天三班統一操作制，為減少人為操作的波動性，我公司引進了先進控制系統，使人工干預系統的次數減少了80%以上，實現了真正意義上的三班操作統一。

2.6 電石渣自身特性的影響及改進措施

電石渣作為鈣質原料，與石灰石有很大區別。首先，電石渣的主要成分為Ca（OH）2，其分解溫度為580℃左右，而石灰石的主要成分為CaCO3，其分解溫度為800℃左右；其次，Ca（OH）2分解吸熱與CaCO3不同，前者分解吸熱為1 160kJ/kg，后者分解吸熱為1 660kJ/kg[2]；再者，電石渣顆粒較細，脫水較早，在預熱器內還進行可逆反應，以上特性造成含電石渣的生料粘性較大，在高溫的預熱器和分解爐錐部易產生結皮。

改進措施：首先，制定合理的生料指標，將煅燒過程中的液相量控制在26.5%～27.5%；其次，根據入窯生料的化學成分及時調整分解爐溫度，尤其在生料易燒時，分解爐溫度應≯850℃，并及時關注C5錐體溫度與負壓，安排崗位人員1h活動一次翻板閥；再次，及時關注窯尾煙室溫度和負壓，熟料fCaO含量不可連續＜0.5%，崗位巡檢時，用測溫槍監測分解爐錐部殼體溫度，判斷分解爐內是否存在結皮，并根據數據及時調整窯尾煤分配比例，防止局部高溫，加重結皮的產生。

2.7 工藝操作紀律的影響及改進措施

良好的工藝操作紀律是保障窯系統穩定運行的基礎。在實際生產中存在以下問題：一是各操作員操作習慣不同，操作方式不統一；二是操作員對工藝指標超標不夠重視，對煙室負壓、分解爐負壓、煙室溫度、分解爐溫度、C5錐體溫度等頻繁超標情況調節不及時；三是窯尾廢氣經干燥管，用于烘干電石渣，電石渣的上料穩定性直接影響預熱器至窯系統的負壓。而有的班組不重視電石渣上料穩定性的管理，導致電石渣上料皮帶電流波動量達到10A左右，預熱器C1出口負壓波動達500Pa；四是為控制窯尾電袋復合收塵器入口溫度≯220℃，操作員需頻繁開啟管道噴淋和冷風閥，在此過程中，易忽視壓縮空氣與噴槍霧化效果，造成管道水汽掛壁，最終導致整體負壓逐步升高；五是操作員對生料的預判不足，不能根據入窯生料及窯況變化及時調整系統用風和用煤，操作控制滯后。

改進措施：一是規范各班操作，對主要參數的控制范圍進行優化，縮小波動范圍，明確操作上下限；二是建立指標超標報警機制，實施分級管控，一旦超出指標范圍，系統即會自動報警提醒，并向管理人員推送關鍵指標；三是對電石渣庫上料系統進行優化改造，一方面實現了電石渣干渣庫出料回轉下料器的變頻控制，另一方面通過增加膠帶輸送機，將1號生產線的濕電石渣通過輸送機輸送到2號生產線的上料系統，降低了廢氣溫度，解決了噴淋與冷風閥頻繁開啟的問題；四是每三天對噴淋系統噴槍的霧化效果進行一次檢查，并將噴淋水壓與壓縮空氣壓力接入DCS操作畫面實時監控；五是對操作員進行強化培訓，每季度召開一次座談會，編制《異常工況處置手冊》，提高操作員操作水平。

3 結語

通過實施上述改進措施，實現了生產線的長期滿負荷生產。改進后，系統結皮減少了60%左右，因結皮造成的預熱器堵塞、回轉窯大幅減產次數減少了80%，熟料3d抗壓強度穩定在30MPa以上，游離氧化鈣合格率達93%以上，有效推動了系統的高產、高效、高質量運行。