产业峰会 | 齐砚勇：烧成系统操作方法改进可促进水泥行业绿色发展
3月28日上午，由中国水泥网主办的“第十三届中国水泥产业峰会”顺利召开。西南科技大学副教授 齐砚勇为峰会带来了以《碳减排背景下烧成系统操作方法》为主题的精彩报告。
长期以来，一些水泥厂只注重熟料的产量和质量，而对窑皮的保护和它的均匀性不太重视，并认为窑内掉点窑皮是正常的事，只要不对熟料质量产生较大影响就无关紧要。而事实上恰恰相反，窑皮是回转窑的重要组成部分，适宜的窑皮，不但能够提高窑内的传热效率，稳定窑内的热工制度，保证熟料的煅烧，稳定熟料的产量和质量，并且能延长窑衬的使用寿命，提高窑的安全运转周期。本文结合我厂2500T/d熟料生产线(φ4．0 m×60m回转窑、双系列五级旋风预热器、T DF型分解炉)在生产过程中所遇到的问题谈一点对窑皮的认识和体会。......
1窑皮的作用
众所周知，窑皮是由熟料或粉尘通过液相粘挂在窑衬上形成的具有一定厚度的物料层。它的作用主要有以下几方面：
(1)保护烧成带耐火砖，使耐火砖不直接受机械、高温和化学侵蚀；
(2)储存热能，减少窑筒体向周围的热损失，提高窑的热效率；
(3)作为传热介质，当窑皮在上部与高温气体接触时，通过辐射或对流的方式吸收热量；当窑皮在下部与物料接触时，以传导的方式传热给物料；
(4)由于窑皮的表面比较粗糙，它产生的阻力可以降低粉料的流动速度，延长物料在窑内的反应时间，使物料的物理化学反应充分进行，有利于熟料中各矿物的形成。
2影响窑皮形成的因素
窑皮的形成主要受物料的特性、窑衬的种类、窑内温度和窑内火焰形状等因素的影响。
2．1物料的特性
从熟料的三率值讲，KH值高，C3S的含量就增多，C2S的含量相对减少，物料不易煅烧，形成的液相量就少，不易挂窑皮，反之则易挂窑皮；SM值大，煅烧温度就高，形成液相量较少，窑内不易结粒，不易挂窑皮，反之SM值太小时，液相量较多，烧成带窑皮易挂易于脱落，就不能保持相对稳定；IM值大时，熟料液相的粘度增大，物料难烧，但挂上的窑皮相对牢固，不易脱落。
2．2窑衬的种类
不同的耐火砖其性能各不相同，挂窑皮的性能也有很大的差异。就窑内烧成带用砖及其窑皮易挂性来讲，目前国内普遍认可的是镁铬砖。我厂窑内烧成带现在使用的就是镁铬砖。
2．3窑内温度
窑皮的形成取决于窑内的液相量，而液相的出现既与熟料三率值有关，又与窑内温度有关。适宜的窑内温度有利于物料的化学反应，形成适量的熟料矿物，生产出合格的熟料，又能形成好的窑皮。一般认为窑内温度在1 380～1 450℃较合适。
2．4窑内火焰形状
窑内火焰形状对回转窑热工制度的稳定具有十分重要的作用，对保护窑体尤其是窑口和控制窑皮也有重要的意义。火焰形状主要指火焰的长度、肥瘦和规整性等。一般来说，正常生产中希望得到的火焰形状是活泼性火焰(见图1)，即火焰的形状、长短、黑火头长短均较适宜，对熟料煅烧质量、煤粉的燃烧效率最为有利。而长火焰对窑皮较为有利，但会使窑内的热量分散，形成厚窑皮，对熟料的烧成不好。太粗、太短、太急的火焰，温度较集中，对熟料的烧成有利，但对窑皮的侵蚀损坏比较厉害
3．1原料成分不稳定，有害成分含量高
我厂地处德州市西郊，临近华能德州电厂，粉煤灰资源非常丰富，但由于当地没有石灰石资源，所需石灰石均由济南长清、黄山店等地运入，因而进厂石灰石品种较多，质量控制非常困难。原料虽然经过了预均化堆场、均化库的均化，但是生料化学成分波动还是较大，对生产带来了一定的影响，主要表现在预热器系统频繁堵料，窑尾烟室结皮堵塞，下料溜管结皮严重等，造成窑系统开停频繁，窑内温度变化起伏很大，窑皮跌落，有害成分(氯、镁)高，易长副窑皮和肥窑皮，有时发展成熟料圈，严重影响正常的生产。我厂石灰石含MgO高达3．8％，熟料中C1一达0．032％。2003年11月
2004年5月，停窑17次，长达275 h，2004年10月
2005年1月，结圈6次达30h。
3．2火焰形状及煤质过好
生产中，燃烧器端部浇注料磨损严重(一般3个月)，时常造成燃烧器端口变形，引起火焰形状变形，火焰碰撞窑皮而损坏窑皮及内衬。2004年底，操作人员发现烧成带前端窑皮跌落严重，简体表面温度直线上升，为防止大的事故发生，停窑检查，发现燃烧器端口变形严重，外风道上、下差值达5 mm.。
过好的煤质在经济上是一种浪费，对工艺来说却体现不出它的优越性。由于它的挥发分和固定碳含量均较高，在高温下燃烧激烈，火色发白，高温集中，物料很容易起块发粘而损伤窑皮，又容易造成放“过头火”而打大慢车，冒黑烟，出黄料，破坏热工制度的稳定，造成大窑结圈。我厂使用原煤工业分析见下表1。
3．3产量控制不稳
根据有关资料介绍，在同一条件下，投料量越大，窑内主窑皮则越短，浮窑皮越少，即烧成带也越短。…我厂为了追求效益，大幅度地提高产量(有时达到2 900T/D )，造成窑内窑皮缩短(2004年底热工标定测定烧成带窑皮只有16 m，而正常烧成带窑皮长度在23
26 m之间)，影响到窑内衬的安全使用。
4控制各方面因素，稳定窑皮
4．1稳定生料成分，控制熟料率值
针对石灰石品种较多，我厂采取交叉上料法上料(不同产地石灰石分开堆放，上料时交叉上料即上一车这个产地石灰石，再上一车另一个产地石灰石)，同时加强均化堆场、均化库的均化效果。化验室也加强原料进厂化验，对有害成分含量过高的采取退回措施。同时对熟料率值作适当调整，使之更适合我厂原、燃料的特点，控制KH=0．90±0．02，SM=2．60±0．10，IM=1．6±O．10。
4.2加强工艺操作，稳定产量
(1)加强对操作人员的技能培训，统一各班组操作方法，消除人为因素对系统热工制度的影响。
(2)监控窑主传动负荷，出现变化及时分析及时解决。在正常喂料量下，窑主传动负荷是衡量窑运行正常与否的主要参数，正常的窑功率曲线应粗细均匀、无尖峰与毛刺，随窑速度变化而改变。在稳定的煅烧条件下，如投料量和窑速未变而窑负荷曲线变细、变粗，出现尖峰或下滑，均表明窑工况有变化，需及时调整喂煤量或系统风量；如曲线持续下滑，则需高度监视窑内来料，必要时需减料减窑速，防止跑生料。
(3)时刻注意分解炉出口温度及C，旋风筒温度。正常操作中，分解炉出口温度一般在870±20℃左右，C，旋风筒温度为850～870℃，这两个过程变量反映了人窑物料分解率高低和分解炉内煤粉燃烧和ICaCO：分解反应的平衡程度。用控制分解炉出口温度、C漩风筒温度来实现预热器分解炉系统的稳定。
(4)C1旋风筒出口温度和氧含量。正常操作中出预热器系统的温度应为320～350℃，氧含量一般在2％～3％左右，这两个参数直接反映了系统的拉风量的适宜程度，操作时应多加注意。
(5)窑头罩负压。正常条件下窑头呈微负压，一般在一60～一20 Pa，如其增大或减小，则需调整窑头除尘风机阀门开度，如其波动增大，曲线变宽，则需综合窑功率及窑头煤情况加以调整。实际上，在窑正常操作条件下，诸参数均已基本稳定在一定范围内，操作人员要多看参数记录曲线，看其发展趋势和波动范围，只有这样才能提前发现故障隐患。一般条件下应优先考虑调整喂煤量和用风量，每次调整在l％～2％之间，以保持热工制度的动平衡。
(6)人炉三次风温与冷却机一室篦下压力。我厂正常条件下入分解炉三次风温≥850℃，篦冷机(富勒型厚料层冷却机)一室压力一般在4．5～5.4 kPa。一般通过调整篦床速度来稳定冷却机料层厚度，提高人窑二次风温和人炉三次风温。
4．3调整燃烧器，控制火焰形状
我厂采用的是丹麦史密斯多通道燃烧器。生产中通过调整燃烧器内外风比例、位置来改变火焰形状，保护窑皮。具体如下：
(1)风量控制：一次风量控制在燃烧用理论空气量的12％左右。
(2)风速控制：在水平管道内的煤风速度≥25～30 m／s，外风出口风速在70～100 m／s，内风风速在80～120 m／s。生产中遇有特殊情况，可及时调整。
(3)内、外风比例的控制：为了保护窑皮，须合理控制内、外风比例。加大内风，火焰粗而短，易损伤窑皮；加大外风，火焰细而长，有利于保护窑皮。生产中，考虑到窑内温度、烧成带长度等因素，控制内风与外风的比例为3：7，这样既能有效地保护窑皮，又可以满足窑内温度、热力强度的要求。
(4)调整煤质，稳定产量。针对我厂使用的煤粉挥发分较高的特点，考虑选用挥发分控制在5％～l 7％的煤粉，并严格控制进厂原煤水分不大于8％。同时为稳定窑况，保护窑皮，严格控制熟料产量，力争稳定在2 750T/D
5结束语
窑皮是回转窑的重要组成部分，它在熟料的煅烧中起着重要的作用。只要我们在生产中认真观察，勤于总结，就能掌握本厂窑皮的变化规律，及时调整操作方法，稳定窑内状况，使之处于动态平衡中，就能保证回转窑处于“高效、优质、低消耗”的最佳运行状态。目前，窑皮保护在我厂已得到重视，而窑内衬的使用周期也随之延长，从最初的6个月延长到目前的13个月。
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