熟料包心料的产生原因及解决措施

贾兆义

我公司有一条设计产能2 500t/d的熟料生产线，回转窑规格φ4m×60m，实际生产能力为3 300t/d左右。该生产线采用高固气比悬浮预热预分解生产技术，按照组合式交叉料流和平行双系列气流串行布置，集成五级八次气固换热，在分解炉外连接旋流器，进行炉体外循环，延长预分解时间，提高入窑分解率，实现高产低耗、高效运行。

1 存在问题

出窑熟料包心料较多，熟料强度波动大、性能差，fCaO含量居高不下，致使水泥质量及性能难以满足高端用户的需求。

图1 熟料包心料外观

图2 熟料岩相视野孔隙率

2 熟料包心料产生原因分析

2.1 熟料岩相及热工标定

2.1.1 熟料外观质量及岩相分析

（1）熟料外观质量

现场取出窑熟料观察可见，熟料颗粒大小极不均匀，圆球状颗粒较少，无规则形状颗粒多，颗粒直径约1～5cm，边部有砂状粒，呈分层烧结状，有明显孔洞；料球表层不光滑且伴有密集熔融结点，烧结致密由表层向内逐步变化，熟料包心部分较松散。包心料外观见图1。

（2）熟料岩相分析

熟料打开后多孔洞，孔隙率偏高。根据显微结构的岩相分析，正常熟料孔洞面积与熟料矿物总面积值之比在25.0%～30.0%，而该熟料孔洞面积与熟料矿物总面积之比远高于30.0%；而该熟料A矿、B矿集中分布，大多以矿巢形式存在。由岩相分析可见，熟料煅烧温度不均匀，存在局部煅烧温度较低现象，熟料冷却速率慢，在1 250℃停留时间过长，导致A矿包裹B矿现象严重。熟料岩相视野孔隙率见图2。

2.1.2 热工标定

（1）下料管下料量不稳

经现场排查发现，系统翻板阀波动大、下料管下料量不稳定，容易跑生料，窑内出现结球、熟料包裹生料现象，且造成系统内漏风，降低旋风筒收尘效率。通过对一级筒的实际风量标定，由气体含尘量及入大布袋收尘器的含尘量推算，实际生料料耗系数为1.596。在生料喂料量小仓控制较为稳定的情况下，入窑提升机电流8.0A左右，入窑生料反馈波动在10～15t/h，来料量波动对系统热工稳定极为不利。当来料量突然变大，会造成预热器系统物料短路、塌料及蹿料现象；当来料量突然变小、窑炉内温度偏高，会造成回转窑中后部液相提前出现，并夹杂包裹生料，形成料球，不易煅烧，形成包心料、黄心料，影响熟料质量。

（2）系统风量偏小

经检测，三次风实际风量为46 210.60m3（标）/h，而分解炉煤粉燃烧需要空气量为60 945.73m3（标）/h，三次风风量偏小，三次风闸板高度为30cm；二次风风量（不含送煤风及入窑一次风）为36 490.65m3（标）/h，而理论用风量为44 907.16m3（标）/h。因而系统整体风量偏小，二、三次风实际用风量较理论用风量偏小18.5%～24.1%，造成窑尾烟室及分解炉出口的CO含量较高，O2含量不足，煤粉燃烧不完全，产生还原气氛，致使熟料中包裹有黄色料球及少部分褐色料。

（3）系统阻力大

窑尾预热器系统阻力较大，C1出口负压高达6 800Pa，高温风机入口负压高达7 280Pa，造成高温风机功率高（运行电流高达127A）。根据C5出口负压约1 800Pa判断，阻力高的原因是各级预热器阻力大，这与料气比高有关。

（4）C1出口温差高

C1A、C1B出口温度相差高达40℃，存在换热不均匀现象，入口换热段距离较短，换热效果较差。根据空间位置，对喂料点进行改造，适当延长入口换热段距离，提高换热效果。

（5）一级筒与风机压差较大

经检测，一级筒出口粉尘排放量10.09t/h，含尘浓度25g/m3左右，浓度较低，一级筒收尘效率高达95.31%，但阻力较大，压损在1 500Pa左右，特别是一级筒与高温风机之间压差较大。

2.2 熟料包心料成因分析

通过熟料岩相分析及系统热工标定可知，熟料包心料形成主要原因是烧成系统热系统整体风量不足、窑炉风不匹配、喂料量波动大、头煤量过多、窑速频繁调整等导致的热工制度不稳定，从而造成回转窑长厚窑皮、结圈结蛋、频繁塌料等，在窑炉还原气氛较浓状态下，极易产生熟料包心料，严重影响熟料质量。

图3 入分解炉（C4B）

图4 旋流器

（1）系统来料不稳定，生料冲板流量计（计量秤）波动较大，影响窑内热工状态，容易造成系统参数紊乱。

（2）撒料箱的撒料效果较差，当现有喂料秤喂料波动较大时，三、四级撒料箱的作用尤为重要，不仅起到使物料充分交换的作用，同时也可预防三级向五级塌料，四级向分解炉塌料的情况发生，撒料效果差时会有物料短路现象出现。

（3）窑、炉总风量偏小，煤粉燃烧不完全，窑尾及分解炉出口的一氧化碳浓度较高，浪费燃料，不利于熟料的煅烧，易产生还原料，造成熟料fCaO含量偏高。

（4）熟料MgO含量较高（4.5%左右），易使窑内低温液相量增多，并提前出现，使上过渡带出现大量的液相，熟料提前结粒且结粒逐步增大。这些大颗粒球核进入烧成带后，热量从大颗粒料球表面传到中心较困难，增加头煤用量容易造成长厚窑皮，窑内还原气氛较浓，加重褐色还原料的形成氛围。

3 解决措施

3.1 冲板流量计改装为转子秤，稳定系统生料喂料，撒料箱增加撒料板，增强物料分散能力

由于生料冲板流量计（计量秤）波动较大，影响系统来料稳定性，操作时分解炉出口温度很难控制，系统热工制度不稳。为了解决以上问题，将冲板流量计改装为转子秤，保证了下料的稳定。其次，对C3B、入分解炉的C4B（图3）和旋流器（图4）下料管撒料箱增加了撒料板，采用耐热钢板自行制作撒料板，按照C3B2（超出原撒料台边缘）0cm、旋流器25cm、C4B（入分解炉）30cm的插入深度要求进行定位，以增强物料分散能力。同时，设计更换撒料箱为120°广角撒料箱，提高物料分散性，防止窑内出现窜生料现象。

3.2 普通翻板阀（图5）更换为微动翻板阀（图6），改善系统锁风效果

由于系统内漏风，二、三次风量小，系统整体风量不足，将C1A、C1B下部翻板阀、C4A、C4B、C5以及旋流器翻板阀进行更换，改用锁风效果更好的微动翻板阀。

3.3 对三次风管入风口进行改造，更换新的喷煤管，提高熟料煅烧能力

在三次风管入分解炉口一侧加做斜度约25°导风墙，使得入分解炉后风场更加合理，改变入炉三次风的切向运行效应，促进炉内风煤匹配，使煤粉充分燃烧，进而预防局部高温产生结皮。同时，更换使用新的喷煤管，解决窑内频繁结圈结球，改善因窑、炉总体风量偏小、煤粉燃烧不完全的问题。

3.4 稳定生料成分，提升生料KH合格率，控制熟料MgO含量

针对石灰石质量波动大的特点，搭配开采矿山石灰石，稳定均化库底各区下料，保证下料点下料正常，恒定标准仓仓重，有效管控生料均化链，进而提升生料KH合格率，控制熟料MgO含量≤4.0%。

3.5 对高温风机进行改造，调整三次风闸板，加大系统风量

将高温风机入口百叶阀叶片拆除，减少管道阻力，改原主电机液力耦合器为变频器控制调速，在保证系统负压前提下，适当提高窑头高温风机的转速，加强系统通风。三次风闸板高度由30cm调整为40cm。调整后三次风的风量51 682.13m3（标）/h，二次风的风量39 871.66m3（标）/h，从而使二、三次风实际用风量较理论用风量由原来偏小18.5%～24.1%下降为偏小11.2%～15.2%。

3.6 减少窑头煤用量，提高回转窑转速

在生产过程中，适当减少窑头煤用量，提高回转窑转速，将转速由原来3.8r/min提高到4.3r/min，达到“薄料快转”，减少窑内物料填充率，保证窑内通风良好，进而保证窑内煤粉燃烧更加充分。

图5 更换前普通翻板阀图纸

图6 更换后微动翻板阀

4 改造效果

4.1 工艺故障停机次数大幅减少

经统计，2018年3月15日改造开机后，回转窑非计划停机次数大幅度减少，3～4月实现回转窑连续运行36d，5～8月实现回转窑连续运行72d，9～11月实现回转窑连续运行65d，连续运转的时段和天数创历史最好水平。工艺故障停机3次，比2017年停机12次减少了75%，未出现回转窑结大块现象。

4.2 熟料质量及性能提高

通过上述措施，熟料表面光滑无孔，剖开后结构致密，熔融感较强，质量总体性能显著提高，熟料强度、稳定性提高。改造后，2018年3月～11月较2017年同期熟料28d强度标准偏差下降0.72（见图7），28d抗压强度提高3.5MPa，按我公司熟料fCaO含量≤1.2%的内控标准，熟料fCaO内控合格率提高14.6%（见表1），生产P·O42.5水泥的fCaO含量控制指标可满足铁路标准及相关高端用户的需求。

图7 熟料28d强度标准偏差

表1 改造前后熟料fCaO内控合格率对比，%

表2 改造前后回转窑产量对比表，t/h

表3 改造前后熟料烧成电耗对比表，kWh/t

4.3 回转窑产量显著提高，电耗明显下降

由表2、表3回转窑改造前后产量对比表及电耗对比表可见，改造后，2018年较改造前2017年窑产量提高5.0t/h左右，实际生产能力由改造前3 150t/d上升到3 300t/d以上，电耗下降0.83kWh/t熟料，回转窑提产降耗明显。

5 结语

通过熟料岩相分析及热工标定诊断，确定熟料包心料产生的主要原因是烧成系统风量严重不足，窑炉煤粉燃烧不完全致使还原气氛较浓等。通过采取上述改造措施，该生产线回转窑工艺故障停机次数大幅减少，熟料质量及性能显著提高，回转窑产量显著提高，生产能耗下降明显。