水泥窑窑尾长厚窑皮的原因分析及处理措施
发布日期： 2020-09-24 08:47:52 阅读量（1751） 作者：窑皮，即附着在烧成带窑衬表面烧结的熟料层。它保护着烧成带的衬料，使衬料不直接与火焰和高温物料接触，减弱了火焰和物料对衬料的化学侵蚀、磨损以及高温的破坏作用，从而延长了衬料的使用寿命;窑皮还起着隔热层的作用，使高温带窑衬增厚，因而减少了窑筒体表面的散热损失，提高了窑的热效率。通常说烧成带窑皮为主窑皮，我们称上过渡带之后的放热反应带窑皮为副窑皮，正常副窑皮只是薄薄一层，厚度≤70mm，最厚不会超过100mm(如图1)。副窑皮的稳定性很差，会随着窑生料成分、液相量、有害成分等因素变化发生涨落，一旦平衡被打破就会形成异常窑皮。
为2500t/d单系列三级电石渣生产线，回转窑规格为Φ4.3m×60m，分解炉规格为Φ5800mm+Φ4300mm，年平均日产量2640t/d。2019年检修以后从窑筒体扫描仪显示得知，窑尾副窑皮频繁出现异常，36m～48m副窑皮相对薄些(80mm～200mm)，48m～64m窑皮较厚(200mm～300mm)，48m～64m筒体温度显示最低87℃(如图2)。副窑皮分布异常长、厚导致窑内通风变差、产量降低，窑尾返料频繁，严重影响熟料的产质量和窑的平稳安全、稳定运转，针对异常窑皮我们进行了初步分析并采取一系列措施取得了一定效果。
1、原因分析
导致窑内窑皮变化的诱导原因是液相量的变化，也就是三率值合理性和有害成分含量多少，次要原因还是归结于操作上的不匹配和煤粉的不完全燃烧。
1.1入窑生料化学成分及率值
根据水泥熟料三率值的定义，我们知道铝率(IM)过低，液相粘度小，虽然对A矿的形成有利，但窑内烧结范围窄，易使窑内结大块，对煅烧不利，不易掌握煅烧;而且还知道当硅率(SM)降低，液相量增加，对熟料的易烧性和操作有利，但SM值过低，熟料强度低，窑内易结圈、结大块，操作困难。
由于电石渣生产线的特殊性质，以及为了改善熟料结粒和水泥适应性等多方面因素、经过多年生产摸索总结出三率值为KH：2.10，SM：2.10，IM：1.30，正是这种配料恰恰符合窑内结块、结蛋、长厚窑皮生成的先天条件，加上计量设备精度不准确、配料库设计缺陷、物料下料流动性差等问题干扰，导致入窑率值波动较大，忽高忽低，导致入窑率值KH、SM连续偏低、偏高现象频繁出现(如表1、2)，当硅、铝率偏低时，分解炉温度控制偏高时导致入窑生料分解率过高、液相量过多、提前出现，由于物料表面形成液相，表面张力小、粘度大，在离心力作用下，易与耐火砖表面或者已形成“窑皮”表面黏结形成窑皮，进一步促进窑皮的增厚。
图1窑尾正常副窑皮
图2窑尾副窑皮异常
2、有害成分影响
在预分解窑系统中，碱、硫、氯等循环、富集是伴随着两个过程而发生，一个叫做“内循环”，另一个叫做“外循环”。所谓内循环，是指碱、硫、氯在窑内高温带从生料及燃料中挥发，到达窑系统最低一级预热器较低温度区域时，随即冷凝在温度较低的生料上，它们随着生料沉集一起进入窑内，形成一个在预热器和窑之间的循环和富集过程，从表3、4中可以看出，结皮料中碱、氯、硫的含量要比生料、熟料结皮中的含量高，一方面原因是由于受上游乙炔法工艺条件和周边原材料选用的影响，导致入窑生料中碱、CI-、SO3含量要比正常企业高得多。另一方面是与碱、氯、硫在煅烧系统内的往复循环有关，见表5。
但是为什么原本在预分解窑系统中碱、硫、氯等有害成分在预热器系统的循环凝聚，会跑到窑尾循环富集导致窑尾副窑皮的异常和窑尾返料现象发生。我们知道系统中的碱、Cl-、SO3都是以盐类形式存在，由生料带入系统的碱、氯、硫的化合物，在窑内高温带逐步挥发呈气体状态，正常窑气中的硫酸碱和氯化碱凝聚时，会以熔态形式沉降下来，并与入窑物料和窑内粉尘一起构成黏聚性物质，而这种在生料颗粒上形成的液相物质薄膜，会阻碍生料颗粒的流动，严重时会出现返料。我们了解的是碱、Cl-、SO3挥发的顺序首先是碱的氢氧化物，其次是碱的氯化物，最后是碱的硫酸盐。循环量多少与挥发系数有关，硫的挥发系数受硫碱比影响，硫碱比的数值愈高，则挥发系数也愈高。
氯化碱比硫酸碱盐更易挥发。氯离子的存在会促进碱的挥发，在1450℃下，氯化碱挥发率几乎高达99.9%，所以氯离子在水泥熟料中的含量很低(图3)。硫、碱的挥发率则与在高温带停留时间及物料的物理形态有关。K2O·23CaO·12SiO2(KC23S12)、Na2O·8CaO·3A12O3(NC8A3)、K2SO4、Na2SO4、K2O·8CaO·3A12O3等将存留在熟料中。
图3硫、碱液相促进窑皮增厚
在氧化气氛下，碱的氢氧化物和氯化物挥发性较高，而硫酸盐的挥发性较低，即：Cl->K2O>SO3>Na2O
不同的硫酸盐挥发性也不同，在同一温度下挥发性：CaSO4>K2SO4>Na2SO4
在还原气氛下，挥发顺序为：Cl->SO2>K2O>Na2O
当窑况出现异常，烟室、分解炉结皮增多时，窑内通风逐渐变差会使窑内氧分压的降低，提高CaSO4的分解度，硫酸盐的挥发物与来料、粉尘夹杂在一起，容易集中沉落在窑尾的某一段位置，黏附在耐火砖表面上，形成结皮，挥发量越多，黏附的物料愈多，结皮也就愈厚，严重影响窑的煅烧形成恶性循环。
3、煤粉影响
因更换煤磨选粉机转子未对密封重新调整导致煤粉一度跑粗，最大细度达到了25%，加上蒙煤特有性质内水偏高≥6%(如表6)，容易造成窑头火焰燃烧速度慢，火焰拉长，高温带后移，煤粉不完全燃烧，硫的挥发系数随窑内局部碳(C)的存在而增加。在窑的上过渡带之后，当窑内呈现煤粉不完全燃烧时，煤灰不均匀地掺人生料，火焰过长，窑后温度过高，液相提前出现，部分煤粉落至物料表面上，此时，物料内的硫酸碱盐和CaSO4与C作用生成SO2，其方程式如下：
K2SO4+C→K2O+SO2+CO
CaSO4+C→CaO+SO2+CO
煤灰不均匀地沉降物料中，使物料液相量增加，窑皮厚度增加，当窑况异常时会有部分粗颗粒煤粉被风拉到窑尾二次燃烧，局部高温产生大量液相加剧窑皮增长、增厚。
4、操作和热工制度的影响
(1)在煤粉细度、水分无法满足生产时，还保持较高窑产量时，由于窑产量负荷增加，加上操作上窑速的不匹配导致窑内填充率增加、通风逐渐降低，造成燃料不完全燃烧、熟料质量变差，为保证质量用煤量增加，用煤过多，产生化学不完全燃烧，使火焰成还原性，由于在烧成带产生大量CO，使物料中部分氧化铁被还原成氧化亚铁，形成FeO·SiO2低熔点的化合物。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℃形成液相，使烧成带液相提前出现，将未熔的物料集结在一起形成结皮，加上操作上必然加大排风，窑内气流速度增加，火焰拉长，液相提前出现，很容易形成熟料圈和长厚窑皮(如图4)。
图4熟料结粒
图5窑尾副窑皮恶化加剧
(2)当窑尾窑皮异常时，通常采取降低分解炉温度、降低尾温使窑皮产生收缩，加上低温物料涌入、冲刷，进一步降低窑尾副窑皮温度使其产生收缩、脱落，将原本在预热器系统内挥发的碱性氧化物带入到窑内，当窑况异常出现游离钙不合格时，在未查明原因习惯性操作减料、降窑速，殊不知物料在1450℃的高温下氯盐几乎全部挥发，同时将原本固化在熟料里的硫挥发出来，加上物料在高温带停留时间的延长增加硫、碱的挥发率，加重窑内有害成分硫、氯的循环量，导致窑尾副窑皮进一步恶化加剧(见图5)。
(3)当窑内通风不良，窑头飞砂大、冒正压时，个别操作员为追求产量，在拉大高温风机和窑头排风机无果的情况下，将篦冷机风机阀门开度减小，导致冷却效果差，二次风温降低，煤粉出现燃烧不完全，煤灰不均匀掺入熟料中，导致窑内局部液相量增大，增加了长厚窑皮的几率。
5、处理措施
受自身工艺、设备、物料等条件的限制影响，无法从根本上去除入窑生料中有害成分，只能从其他方面着手改善、缓解、降低结皮的产生量。
(1)要消除或减缓硫对回转窑煅烧的影响，受上游和原煤资源的影响，减少原燃料中硫的含量不易达到，所以就是从降低硫碱比方面考虑;另一面减少窑内硫酸盐的挥发量，也就是降低硫的挥发系数，具体就是烧成温度不能过高、缩短熟料在高温下的停留时间。
(2)保证窑内风量增加窑气中的氧含量，硫的挥发系数随窑气中氧含量的增加而降低。窑内硫的挥发主要来自CaSO4，其受热分解方程式如下：
CaSO4<=>SO2+CaO+1/2O2
在上述反应方程式中，温度一定时，当O2含量增加，物料中的CaO和SO2含量减少，CaSO4含量增加，硫的挥发系数下降。当O2含量降低时，物料中的CaO和SO2含量增加，CaSO4减少，挥发系数增加。硫含量高时，窑尾废气的氧含量应控制在2.5%左右。
(3)结合实际情况综合考虑确定一个经济合理的产量、质量目标，在合理的范围内，保证窑的一个快转率，就是提高窑速采取薄料快烧的方式。将物料快速卸出，缩短熟料停留时间，减少硫、氯在窑内循环量。
(4)调整配料方案合理，提高硅率、降低铝率，在保证熟料质量和物料易烧性好的前提下，配料时应考虑液相量不宜过多，液相粘度不宜过大，控制液相量在24%～26%的合理范围内。
(5)一旦窑尾窑皮异常影响到正常运转时，保证窑内氧化气氛、头煤的完全燃烧和窑内温度不能过高，在保证主窑皮完好时，采用冷热交替法、通过调整燃烧器在窑内位置，变换高温点使窑尾窑皮因温差产生收缩，如果长时间没有好转就要考虑窑尾结皮进行清理。
(6)当窑尾窑皮长而厚，为避免发生清理窑尾烟室、缩口时大量物料涌入窑内造成窑尾填充量过高而出现漏料，应根据现场结皮多少调整清理次数，重点清理窑尾缩口和下料斜坡，保证系统通风。
6、结束语
只要合理搭配、调整、使用现有资源，总结经验、系统化规范操作，一定会减少和消除窑皮异常对窑系统的影响，最终通过窑内热工制度的稳定，来实现窑系统的优质高产。
相关阅读
免责声明：
本站部分文章来源于互联网，编辑转载目的在于传递更多信息，并不代表本网赞同其观点核对其真实性负责。
如涉及作品内容、版权和其他问题请书面发函至本公司，我们将在第一时间处理。
