窑内结蛋成因及解决措施窑内结蛋

新型干法窑结圈、结蛋分析我公司为日产2500吨带五级悬浮预热器、TDF型分解炉的新型干法生产线，自投产以来，熟料产质量一直维持在较高的水平：熟料日产平均在2600吨-2700吨，28天抗压强度达到58.0Mpa以上。但自2005年9月份以来，窑内频繁结蛋，最多一天结6个，最大直径达到了1.5米，给熟料的产质量带来了不利影响，同时也危及到了设备的安全运行及员工的人身安全，为此，我们进行了认真的分析并采取了有效措施，取得了良好的效果。一、原因分析我们对结蛋熟料进行了化学分析及岩相分析，结果发现，结蛋熟料的烧失量较高，所取4个样品中，烧失量最高达7.64%，最低为3.58%；对该熟料岩相分析，发现结蛋熟料中C3S矿物较少，基本上全是C2S矿物；游离钙也较高，约在5-6%。从理论分析，在水泥生料未出现液相之前，硅酸三钙不会大量生成。到达最低共熔温度（一般硅酸盐水泥熟料在通常煅烧制度下约为1250℃）后，开始出现液相。在高温液相中，硅酸二钙和游离氧化钙都逐步溶解于液相中，以Ca2+离子扩散与硅酸钙离子、硅酸二钙反应，形成硅酸盐水泥的主要矿物硅酸三钙。其反应式如下：C2S＋CaOC3S，随着温度的升高和时间的延长，硅酸三钙的晶核不断形成，小晶体不断长大，发育成良好的阿利特晶体。由以上化学、岩相分析结果，结合熟料C3S的形成分析，我们可以判断，熟料大蛋在烧成带之前已经形成。依据物料成球理论，这时熟料结蛋就有两个必备条件：一是窑尾、窑中出现低温液相且过渡带液相量较高；二是在窑尾、窑中要有蛋核产生。我们针对以上两个条件，结合我公司实际进行了分析。1低温液相的出现及液相量偏高1.1原、燃材料中有害成分偏高我们对结蛋熟料进行了有害成分分析：取结蛋熟料样品两个，同时取正常样品一个，编号分别为I、II、III，分别进行了K2O、Na2O、SO3及CL—的检测，结果如下表：%编号K2ONa2OSO3CL—备注I1.570.240.800.42II1.510.270.670.39III0.490.180.490.024通过以上数据可以看出，结蛋熟料中K2O、Na2O、SO3及CL—含量，特别是K2O和CL—含量比正常熟料要高出许多。其有害成分的来源主要为原料和燃料，原燃材料中的有害成分在高温下挥发，并随窑气流向窑尾移动。在物料向窑头运动的过程中随着窑内温度与气氛的变化，有害成分在窑系统中不断富集，使生料在低温下形成低共熔物质并随温度逐渐升高而形成低温液相。1.2窑内还原气氛严重进入9月份以来，窑系统内部还原气氛严重，熟料黄心料较多。经过分析，造成窑内还原气氛的原因主要有以下几个方面的原因：1.2.1因生料均化库的原因，导致入窑生料称重仓仓重不稳定，致使入窑生料喂料波动较大，最大波动在30吨/小时。由于中控操作员在喂煤上存在着与喂料波动的滞后性，使分解炉、末级下料管及窑尾烟室温度偏高，导致上述部位结皮严重，影响了窑内的通风；1.2.2为保证熟料的煅烧，中控操作员往往采用猛加头煤，顶火逼烧的处理方法，严重时甚至出现了头尾煤的倒挂，这样煤粉的燃烧不完全，造成后燃烧现象的出现，使窑皮过厚过长，更加重了窑内还原性气氛。1.2.3由于入窑生料KH值过低，铁、铝含量增高，煤粉中的灰分增加，操作参数不合理等诸多因素的出现，导致窑系统结后圈严重。1.2.4为加强熟料的锻烧，中控操作员采取降窑速的处理方法，使窑速长时间维持在2.8－3.0r/min运转，这样窑内物料的填充率过大，也影响了窑内的通风，增大了窑内的还原气氛。在这种高还原气氛的作用下，多种共熔物中的部分Fe2O3转变为FeO，进一步降低了共熔矿物的软化温度而提早出现液相。1.3进厂煤的质量较差且波动较大由于煤炭供应紧张，造成了进厂煤的质量较差，煤灰分较高且波动较大，入窑煤粉的灰分在18－27％之间波动，灰分最高达到了30%以上。这样物料在煅烧中煤灰的掺入量较高，同时由于煤均化不好，煤灰的波动较大，造成生料率值的调整与煤灰的变化存在滞后性，造成部分时段的熟料KH值偏低，降低了物料的熔融温度，过早出现液相。1.4熟料中MgO的含量偏高在熟料煅烧时，氧化镁有一部分与熟料矿物结合成固熔体并熔于玻璃相中，故熟料中含有少量的氧化镁，能降低熟料的烧成温度，增加液相的数量。九月份以来，受石灰石矿山开采及供应量的影响，我公司石灰石中MgO的含量较以前偏高近1.0%，从而增加了熟料中的液相量。1.5熟料KH及N值控制偏低进入九月份以来，我公司熟料率值一直偏低控制，其中KH值按0.90±0.02下限控制，N值按2.60±0.1控制，这样导致了熟料化学成分中铝、铁含量的增加，由液相量计算公式：L=3.0A+2.25F+M+R可以看出，熟料KH值及N值降低，必然增加熟料煅烧过程中的液相量。同时熟料硅酸率偏低，也容易导致结粒偏大。2、结蛋熟料蛋核的形成2.1分解炉、烟室结皮及后窑皮的脱落如上述分析，原燃材料中有害成分的增加以及喂料量、喂煤量的不稳定等因素会增加分解炉及烟室的结皮，长后窑皮。随着温度的变化以及一些人为的清堵等原因，会导致结皮及窑皮的脱落，这些脱落的结皮及窑皮进入窑内，形成蛋核。2.2窑内结后圈由于窑内结圈严重，物料在入窑后受到了阻挡，大量物料积聚于结圈附近，在窑旋转筒体的带动下，物料在结圈处形成翻滚，再加上低温液相的出现，极易造成生料结球，形成蛋核。2.3入窑生料喂料不均由以上介绍，我公司入窑生料喂料系统的波动较大，易导致大股低分解率的生料窜入窑内，在低温液相出现的情况下，随着物料的翻腾，易结大球，形成蛋核。二、解决措施1、严格控制进厂原、燃材料质量，加强预均化。针对上述分析，加强了进厂原、燃材料的质量管理，制定了严格的原、燃材料质量标准及验收规定，特别是对原、燃材料的有害成分进行了严格的限制：规定进厂原煤的全硫不大于0.8%，煤灰分控制在20%以内，挥发分大于28%；严格控制原材料的碱含量及氯离子的含量，确保入窑生料碱含量控制在0.40%以下，氯离子含量严格控制在0.015%以内；严格控制进厂石灰石中氧化镁的含量，确保进厂石灰石氧化镁控制在2.0%以内；加强了原燃材料的预均化，确保了原燃材料的质量稳定。2．统一认识，优化操作，稳定入窑生料的喂料，减少结皮、结圈现象的发生，降低窑内还原气氛。2.1针对中控操作员操作手法不一致的问题，统一了各班操作员的操作思路，统一行动，稳定窑系统热工制度；2.2．通过对生料均化库下料装置进行检修，稳定了称重仓的仓重，减小了入窑生料的波动，由过去的30吨/小时降低到3-4吨/小时；2.3，对操作参数进行了优化。加强篦冷机操作，提高二、三次风温，降低头煤比例，减少还原气氛；强化分解炉煤料的混合，稳定出炉温度，稳定入窑生料的分解率。2.4、降低煤粉的细度及水分指标，分别由小于12%、小于2%调整为小于6%和小于1%；改进喷煤系统，加速风、煤的混合，保证煤粉的完全燃烧；控制一定的火焰长度，保持烧成带有足够的火力，加速煤粉的燃烧，并保持稳定，确保物料预烧好。以上措施的实施，减少了结皮、结圈现象的发生，提高了窑内的通风，降低了还原气氛。3、适当提高了熟料配料方案中的KH及N值，减少液相粘度和总量，防止液相的过早出现。根据窑系统的实际状况，将KH值由0.90±0.02下限控制提高到0.91±0.02控制，N值由2.60±0.1提高到2.85±0.1控制，液相量由原来了26.1%降低到24.3%，同时随着KH及N值的提高，也有效预防了液相量的提早出现。4提高进厂原煤取样的代表性，对均化库原煤质量做好预测，及时把握入窑煤粉的质量情况，提高预见性，根据入窑煤粉的质量情况，及时调整入窑生料的率值指标，优化煤、料的配合。窑内结蛋成因及解决措施窑内结蛋，顾名思义，是指在熟料生产过程中物料在窑内聚结成团。在大蛋形成时会有一些征兆，从中空室操作参数来看，窑主电机电流大副波动，电流曲线成毛刺状且幅度变宽，同时窑尾负压升高，尾温下降；从生产现场观测，摇头白亮，火焰发憋，不顺畅，站在窑下可听见“咚、咚”的声响。大蛋一旦形成，将影响窑的正常运行：①影响窑内的正常通风，易导致煤粉的不完全燃烧，还原气氛加剧，恶化热工制度；②损伤窑皮，砸毁窑衬，易导致出窑游离钙跑高；③会降低窑运转率，大蛋卡在篦冷机破碎机出口处，需停二段人工打蛋，耗时费力，虽然目前已经更换锤式破碎机为辊式破碎机，对大蛋的自行消化能力增强，但是如果结蛋的直径过大，被卡在一段或者二段的挡风墙下，就会使熟料堆积，致使篦冷机超负荷运转而保护跳停，必须止料停窑处理。结蛋的主要成因有以下几点：首先有害成分是预分解窑内结蛋的原因之一。根据国内外一些预分解结皮结蛋样的分析得知,有害成分(主要是K2O、Na2O、SO3)是影响结皮结蛋的重要原因,结皮料有害成分的含量明显高于相应生料中的含量,有害成分能促进中间相特征矿物的形成,而中间相是形成结皮结蛋的特征矿物(如钙明矾石2CaSO4·K2SO4,硅方解石2C2S·CaSO4等)。原燃料中的有害成分在烧成带高温下挥发,并随窑气向窑尾移动,造成并促进窑后结蛋特征矿物的形成。在物料向窑头运动的过程中,随着窑内温度与气氛的变化,特征矿物分解转变,其中的有害成分又被释放出来。进入高温带后绝大部分又挥发出来,形成内循环,使有害成分在窑系统中不断富集。有害成分含量越高,挥发率越高,富集程度越高,内循环量波动的上极值越大,则特征矿物的生成机会越多,窑内出现结蛋的可能性越大。其次从配料上看，液向量及其性质的波动大,体现在熟料的三率值上主要是熟料的铝率波动大。传统的理论认为：配料方案中A1203、Fe203含量高，SiO2含量低是形成窑内结蛋的前提条件之一。所以国内外绝大多数预分解窑都控制A1203，+Fe2039％，液相量24％左右，Si0222％，n2.50。且多余的mgo相当于“提铁”，实质上导致熟料的烧成范围变窄，液相提前出现，表面张力减小，黏度降低，易长厚窑皮和结蛋。接大蛋和熟料n、p的高低没有太直接的关系，重要的是液相的性质。当液相量极其黏度发生较大的变化时，操作与料不同步，就可能导致出大蛋，也就是说熟料液相性质的变化是诱导结蛋的因素之一。再次是操作上的影响。①由于种种原因，四班操作不统一，窑况不稳定，造成煤粉滞后燃烧。煤粉的滞后燃烧使物料在过度带液向量增多，当液相含量达到物料总量的12%~17%时，就比较容易烧成小的物料球，升温速率越小，时间越长，就容易形成大蛋。②窑前喂煤量偏大，煤粉无法在窑前充分燃烧；③窑前温度低，煤粉无法获得足够的热量，一次风用量不当，对二次风的引射能力不够，使煤粉燃烧滞后；④内外风配合不当，外风大，内风小，并且当煤粉灰分波动时，不能正确调整内外风以保持煤粉及时燃烧。最后是窑内结圈的影响。俗话说“十圈九蛋”也就是说当形成蛋的前提条件具备后，正是圈的存在进一步加剧了蛋的形成。不难理解当物料受到圈的阻挡，并在此不断滚动，一方面由于对小球核的挤压，使液相存在于球核表面，另一方面，由于上述原因，在此存在一定液相，使小球不断黏结物料并不断滚动逐渐形成大蛋。当蛋大到一定程度，受到物料冲击和挤压作用，大蛋跨过圈从窑内滚出来。有时烧成带前端窑皮偏厚形成台阶时，也会在此形成大蛋。针对以上成因，解决措施主要有：①选用品位高，有害成分少的原燃料。②选用合理的率KH=0.95+_0.1,SM=2.5+_0.1,IM=1.5+_0.1,加强均化，保持入窑生料成分的稳定；③规范操作，优化工艺操作参数，不断积累经验，根据不同来料和燃料及时调整操作方法，适时调整内外风比例，开大内旋风，同时减少头煤0.1~0.3t/h,以保证煤粉在窑前完全燃烧；④尽量避免窑内结圈，从而防止窑内结大蛋。当窑内结圈要及时处理掉，结后圈可以通过冷热交替法，结前圈可以通过调整火焰形状把圈烧掉。