各種類(lèi)型的水泥回轉(zhuǎn)窯都遇到過(guò)結(jié)圈問(wèn)題。結(jié)圈使窯該處的橫斷面積顯著減少,嚴(yán)重影響窯內(nèi)通風(fēng),阻礙物料運(yùn)動(dòng),對(duì)回轉(zhuǎn)窯的產(chǎn)量、質(zhì)量、安全運(yùn)轉(zhuǎn)、煤耗、電耗均有一定影響。尤其頻繁結(jié)圈的回轉(zhuǎn)窯,不僅破壞了窯內(nèi)正常熱工制度,而且損害操作人員的身體健康,給生產(chǎn)造成經(jīng)濟(jì)損失。
引起回轉(zhuǎn)窯結(jié)圈的因素很多,它與原料性質(zhì)、生料成分、燃料的灰分和細(xì)度、窯型、窯內(nèi)還原氣氛及熱工制度等有關(guān)。在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中,煅燒硅酸率高的
熟料時(shí),對(duì)減少結(jié)圈有好處,但是燒硅酸率很高的白水泥熟料也結(jié)圈。至于說(shuō)煤灰的影響,但所有燒油的水泥回轉(zhuǎn)窯同樣也結(jié)圈。所以結(jié)圈問(wèn)題比較復(fù)雜?,F(xiàn)結(jié)合生產(chǎn)中的體會(huì)和認(rèn)識(shí),談?wù)勊嗷剞D(zhuǎn)窯結(jié)圈的預(yù)防和處理。
1 結(jié)圈的形成
回轉(zhuǎn)窯內(nèi)形成結(jié)圈的因素很多,但液相的產(chǎn)生和固化是結(jié)圈的主要形成過(guò)程。而襯料溫度、物料溫度、煤灰和生料組成又是決定液相的生成和固化的主要因素。在熟料煅燒過(guò)程中,生料在1200℃左右出現(xiàn)液相,在1250℃左右液相粘度開(kāi)始變小,液相量增加,由于料層覆蓋溫度突降,加之筒體表面散熱,液相在窯壁上凝固下來(lái),形成窯皮。窯繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn),窯皮又暴露在高溫中而被熔掉下來(lái),再次被物料覆蓋,液相又凝固下來(lái),如此周而復(fù)始。如果粘掛上去的多,掉下來(lái)的小,窯皮就增厚,反之就變薄。在正常情況下,窯皮可保持在200mm左右的厚度。該溫度條件及區(qū)域內(nèi)若熔化和固化的過(guò)程達(dá)到平衡,窯皮就不會(huì)增厚。當(dāng)熔化的少固化的多,其厚度增長(zhǎng)到一定程度,即形成圈。當(dāng)襯料與物料的溫差大時(shí),在足夠液相的條件下,圈體越結(jié)越厚。
1.1 前結(jié)圈的形成
前結(jié)圈(又稱(chēng)窯口圈),是結(jié)在回轉(zhuǎn)窯燒成帶末端部位的圈。在正常煅燒條件下,物料溫度為1350~1450℃,液相量約為24%,其粘度較大。當(dāng)熟料離開(kāi)燒成帶時(shí),液相開(kāi)始冷卻,進(jìn)入冷卻帶的液相已基本固化。在燒成帶和冷卻帶的交界處存在著較大的溫差,窯口物料溫度高于窯皮溫度。當(dāng)熟料進(jìn)入冷卻帶時(shí),帶有液相的高溫熟料覆蓋在溫度較低的末端窯皮上,就會(huì)很快粘結(jié)、越粘越厚,最后形成前結(jié)圈。在煅燒過(guò)程中,當(dāng)燒成帶高溫部分溫度過(guò)于集中時(shí),冷卻帶與燒成帶交界處出現(xiàn)很大的溫差,加之高溫急燒液相量增多,粘度較小,熟料進(jìn)入冷卻帶時(shí),仍有大量液相迅速冷卻在交界的附近,促進(jìn)了前圈的增長(zhǎng)。
1.2 熟料圈的形成
熟料圈(又稱(chēng)二道圈),是結(jié)在窯內(nèi)燒成帶與放熱反應(yīng)帶之間的圈,也是回轉(zhuǎn)窯內(nèi)危害最大的結(jié)圈。在熟料煅燒過(guò)程中,當(dāng)物料溫度達(dá)到1280℃時(shí),其液相粘度較大,熟料圈最易形成,冷卻后比較堅(jiān)固,不易除掉,在正常煅燒情況下,熟料圈體的內(nèi)徑部分,往往被燒熔而掉落,保持正常的圈體內(nèi)徑。如果在1250~1280℃溫度范圍內(nèi)出現(xiàn)的液相量偏多,往往形成妨礙生產(chǎn)的熟料圈。熟料圈一般結(jié)在燒成帶的邊界或更遠(yuǎn),開(kāi)始是燒成帶后邊的窯皮逐漸增長(zhǎng),逐漸長(zhǎng)厚,發(fā)展到一定程度即形成熟料圈。嚴(yán)重熟料圈的窯皮長(zhǎng)度有的甚至長(zhǎng)出正常窯皮長(zhǎng)度的幾倍。如某白水泥廠3.6m65m三級(jí)旋風(fēng)預(yù)熱器窯,在試產(chǎn)期間曾結(jié)過(guò)一次嚴(yán)重的熟料圈。窯內(nèi)窯皮長(zhǎng)達(dá)52m(自窯頭護(hù)口鐵測(cè)量),圈體最厚處達(dá)1050mm。致使試產(chǎn)無(wú)法進(jìn)行,被迫停窯處理。
2 結(jié)圈的預(yù)防和處理
2.1 結(jié)圈的預(yù)防
前結(jié)圈和熟料圈形成的主要因素是由于物料在一定溫度和區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生液相,在襯料與物料間溫差大的條件下容易產(chǎn)生結(jié)圈。因此防止結(jié)圈的辦法在于適當(dāng)?shù)販p少物料中的初期液相量,盡量減少襯料和物料間的溫差。
(1)選擇適宜的配料方案,穩(wěn)定生料成分,提高煅燒操作水平。一般講:燒高飽和比、高硅酸率的料子不易結(jié)圈,但煅燒很困難,對(duì)保護(hù)窯皮和熟料質(zhì)量不利。而燒低飽和比、低硅酸率的料子,燒結(jié)范圍窄,液相量多,結(jié)粒粗,煅燒不易控制,易結(jié)圈。燒高飽和比、低硅酸率或低飽和比、高硅酸率的料子都可易燒不結(jié)圈。因此配料方案應(yīng)采用較高飽和比和較高硅酸率適當(dāng)減少熔媒礦物的配料方案,對(duì)防止結(jié)圈有利。如某水泥2.5m45m五級(jí)懸浮預(yù)熱器窯,投產(chǎn)兩年多來(lái)的配料方案:KH=0.9±0.02,SM=2.0±0.1,AM=1.3±0.1。結(jié)圈頻繁,臺(tái)時(shí)產(chǎn)量低達(dá)7.0t/h。調(diào)整后的配料方案:KH=0.94±0.02,SM=2.4±0.1,AM=1.1±0.1,采用“薄料快轉(zhuǎn)”操作,結(jié)圈問(wèn)題基本得到解決,窯的快轉(zhuǎn)率和運(yùn)轉(zhuǎn)率都有了提高,熟料臺(tái)時(shí)產(chǎn)量穩(wěn)定在10t/h以上。另外高鋁氧率的料子C3A含量高,液相粘度大,易結(jié)圈。在配料方案中應(yīng)在適當(dāng)減少物料中液相量的條件下,降低鋁氧率值。
(2)降低煤粉細(xì)度,加強(qiáng)風(fēng)煤混合,消除不完全燃燒。煤粉細(xì)度粗,著火速度慢,燃燒時(shí)間長(zhǎng),火焰的熱力分散。在二次風(fēng)量不足通風(fēng)不良的情況下,物料預(yù)燒不好。一次風(fēng)量不足,風(fēng)速、風(fēng)壓減小,風(fēng)煤混合不好,容易產(chǎn)生不完全燃燒形成還原焰。尤其使用單通道噴煤管的回轉(zhuǎn)窯,一次風(fēng)中的氧很難達(dá)到火焰中心區(qū)嚴(yán)重缺氧,大量碳粒和CO不能在燒成帶燃燒,而在分解帶甚至窯尾才燃燒。同時(shí)在燒成帶產(chǎn)生大量CO,使物料中部分氧化鐵被還原成氧化亞鐵,形成FeO?SiO2低熔點(diǎn)的化合物。而FeO?SiO2液相在1100℃左右能促使硅方解石〔2(CaO?SiO2)?CaCO3〕的形成,而硅方解石在1180~1220℃的液相形成,最容易使燒成帶液相提前出現(xiàn),將未熔的物料粘結(jié)在一起,造成結(jié)圈。為此在生產(chǎn)中將煤粉細(xì)度控制在10%以下,同時(shí)改進(jìn)單風(fēng)道噴煤管煤風(fēng)的噴射系統(tǒng),或采用雙風(fēng)道、三風(fēng)道噴煤管,確保煤粉充分燃燒,是防止結(jié)圈的重要措施。如某水泥廠4.4/4.15/4.4m180m濕法回轉(zhuǎn)窯,曾使用一個(gè)噴嘴口徑330mm,平頭長(zhǎng)750mm的噴煤管。煤粉灰分高達(dá)40%,煤粉細(xì)度13%左右,結(jié)圈頻繁。經(jīng)熱工標(biāo)定,測(cè)量一次風(fēng)量16040Nm3/h,一次風(fēng)速70m/s,二次風(fēng)量205400m3/h。由于噴煤嘴口徑偏小,一次風(fēng)量偏小,一次風(fēng)速較高,加之噴嘴平頭太長(zhǎng)惰性較大,煤粉細(xì)度較粗灰分大,造成黑火焰長(zhǎng),高溫帶熱力集中,煤粉在射程內(nèi)不能完全燃燒,火焰低溫部分拖長(zhǎng),尾部熱力分散,還原氣氛濃厚,造成主窯皮短而薄,副窯皮長(zhǎng)而厚,前結(jié)圈及熟料圈嚴(yán)重,限制了窯產(chǎn)量、質(zhì)量的提高。后來(lái)改用口徑為345mm、平頭長(zhǎng)550mm的噴煤管,煤粉細(xì)度降低到10%以下,煤粉灰分控制在30%左右。測(cè)量一次風(fēng)量17500Nm3/h。一次風(fēng)速63.6m/s,二次風(fēng)量236470m3/h。窯內(nèi)火焰順暢、清亮、活潑有力,高溫帶位置合適,低溫部分不拖長(zhǎng),主窯皮增長(zhǎng)(10~12m),副窯皮縮短(5~6m),熱力在窯內(nèi)分布合理,結(jié)圈情況基本好轉(zhuǎn),熟料產(chǎn)量、質(zhì)量和運(yùn)轉(zhuǎn)率都有了提高。
(3)在生產(chǎn)中要確定一個(gè)經(jīng)濟(jì)合理的產(chǎn)量指標(biāo),適當(dāng)快速轉(zhuǎn)窯操作,對(duì)防止回轉(zhuǎn)窯結(jié)圈是一個(gè)有利措施。結(jié)圈大都在窯產(chǎn)量較高時(shí)形成的,往往都是由于增加窯產(chǎn)量的條件超過(guò)所規(guī)定的最高抽風(fēng)能力,而造成燃料不完全燃燒的緣故。當(dāng)窯產(chǎn)量增加到一定限度之后,用煤量增加,煤灰大量沉落,窯內(nèi)還原氣氛濃厚,操作上必然拉大排風(fēng),窯內(nèi)氣流速度增加,火焰拉長(zhǎng),液相提前出現(xiàn),就容易形成熟料圈。為此在生產(chǎn)管理上要加強(qiáng)原、燃料質(zhì)量控制,穩(wěn)定入窯生料成分,保持喂料均勻,在加強(qiáng)預(yù)燒的基礎(chǔ)上,采取薄料快轉(zhuǎn)、長(zhǎng)焰順燒,穩(wěn)定熱工制度,提高快轉(zhuǎn)率等措施,對(duì)預(yù)防結(jié)圈十分有效。
2.2 結(jié)圈的處理
在回轉(zhuǎn)窯操作過(guò)程中,對(duì)已形成的前結(jié)圈或熟料圈,要做到及時(shí)發(fā)現(xiàn)、及時(shí)處理。在處理結(jié)圈時(shí),一般是采用冷熱交替法,盡量加大溫度差,使圈體受溫度的變化而垮落。
2.2.1 前結(jié)圈的處理
前結(jié)圈不高時(shí),對(duì)煅燒操作影響不大,尚可增加燒成帶料層厚度,延長(zhǎng)物料在燒成帶停留時(shí)間,減少燒成帶向窯前輻射散熱。但當(dāng)前結(jié)圈結(jié)高時(shí),既影響看火操作,又影響窯內(nèi)通風(fēng)及火焰形狀,大塊熟料滾不出來(lái),易損燒成帶窯皮及襯料。此時(shí)應(yīng)調(diào)整風(fēng)煤或移動(dòng)噴煤管及時(shí)處理。
(1)圈位距下料口較遠(yuǎn),大都是在窯皮情況較好、煅燒正常、高溫帶位置合適、噴煤管長(zhǎng)時(shí)間在里邊時(shí)結(jié)的圈。處理時(shí)可不關(guān)排風(fēng)、不減少喂料量,只要拉出噴煤管就可以燒掉。
(2)圈位距下料口較近,大都是由于窯皮情況不好,火焰過(guò)長(zhǎng),噴煤管長(zhǎng)時(shí)間在外邊時(shí)結(jié)的圈。處理有兩種操作法:一是不減喂料的操作。當(dāng)來(lái)料偏少時(shí)將噴煤管拉出,同時(shí)提高一、二次風(fēng)溫和增加二次風(fēng)量,尾溫偏下限控制,提高燒成溫度,使燒成帶前移,火點(diǎn)落在圈位上,逐步燒掉。操作中要及時(shí)加減煤量,掌握來(lái)料多少和火焰變化情況,發(fā)現(xiàn)火焰伸長(zhǎng)或壓縮要及時(shí)調(diào)整,防止損傷窯皮及輕燒品出窯;二是減喂料的操作。適當(dāng)減少喂料量,減少二次風(fēng)量,當(dāng)尾溫偏低時(shí),將噴煤管拉到最外,待預(yù)燒較差的物料進(jìn)入燒成帶后,即可縮短火焰強(qiáng)制煅燒,使前結(jié)圈強(qiáng)火燒掉。此種方法是在拉出噴煤管無(wú)法燒到時(shí)被迫進(jìn)行的。由于噴煤管拉出過(guò)多,加上生料很近,黑火焰很短,不可能維持正?;鹧嫘螤睿僮髦懈⒁鈦?lái)料變化,加強(qiáng)勤看。
2.2.2 熟料圈的處理
在處理熟料圈時(shí),要根據(jù)圈體的特點(diǎn)和遠(yuǎn)近,分別采取不同的處理方法,才能達(dá)到較好的效果。一般采用冷熱交替法處理,燒遠(yuǎn)圈時(shí)以冷為主,燒近圈時(shí)以燒為主。
(1)當(dāng)窯內(nèi)窯皮長(zhǎng)得長(zhǎng)而厚或有輕度圈根時(shí),將噴煤管偏外拉出,移動(dòng)燃燒帶位置,降低結(jié)圈部位溫度,改變煤灰沉落位置,使厚長(zhǎng)的窯皮逐漸垮落。調(diào)整風(fēng)煤配合,加速煤粉燃燒,使高溫帶兩端低溫部分不拖長(zhǎng),防止圈根繼續(xù)成長(zhǎng)。
(2)當(dāng)窯內(nèi)厚長(zhǎng)窯皮處理不當(dāng)或不及時(shí)而導(dǎo)致周期性快、慢車(chē)加重,使厚窯皮發(fā)展形成熟料圈時(shí)。首先要確定圈的位置和厚度及圈后積料情況。然后減少喂料量,一般減少到正常喂料量的70%~80%。提高火焰溫度,加強(qiáng)預(yù)燒,逐漸加快窯速,保持窯的快轉(zhuǎn),卸出圈后部分積料。待圈后積料減少時(shí),可將噴煤管伸入窯內(nèi),適當(dāng)抬高噴煤嘴,使火焰的高溫區(qū)移向圈體處。此時(shí)排風(fēng)不宜加得過(guò)大,防止火焰溫度降低。燒4~5h后,再將噴煤管拉出燒,這樣反復(fù)處理,使圈體受溫度變化而垮落。在處理熟料圈時(shí),要適當(dāng)改變?cè)铣煞?,減少物料中的液相量,適當(dāng)改變煤的配合,采用高揮發(fā)物,低灰分的煤,保證煤粉完全燃燒,以防圈的發(fā)展。
處理熟料圈時(shí),一定要在保護(hù)窯皮的基礎(chǔ)上進(jìn)行,勿使火焰過(guò)分集中。經(jīng)處理后圈根仍很牢固,而且嚴(yán)重?fù)p傷窯皮及襯料時(shí),應(yīng)停窯除圈。
3 結(jié)語(yǔ)
回轉(zhuǎn)窯結(jié)圈的因素是多方面的,只要找出結(jié)圈的主要原因,本著“以防為主,以除為輔”的原則,煅燒操作中只有及時(shí)發(fā)現(xiàn),及時(shí)處理,方法正確,結(jié)圈問(wèn)題才能真正得到解決。從而實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)窯的優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低耗、安全、文明生產(chǎn)。