技术 | 回转窑烧成带长厚窑皮的分析与处理

引言

水泥回转窑在煅烧熟料的过程中，均匀合理分布的窑皮不但可以保护窑筒体，削弱火焰对窑衬的侵蚀、磨损及高温的破坏作用，延长窑内耐火砖的使用周期；还起到减少窑筒体散热，稳定系统热工制度，提高综合热效率等作用。窑内长长厚窑皮是行业内常见的工艺问题，常常会影响窑内通风，造成窑内来料波动较大，系统热工制度难以稳定的情况，直接影响回转窑产质量的提升和设备的安全运行。

某公司4800t/d熟料生产线烧成系统采用了ф4.8m×72m回转窑结合双系列五级旋风预热器带CDC型分解炉系统。2020年3月15日，该线按错峰生产要求结束冬季检修复工复产。投料后中控根据操作规程在产量恢复过程中出现窑内煅烧温度低，在保证窑尾分解炉内物料分解率在92%上下的条件下，为提高窑内煅烧温度，采取了加大窑头喂煤量的方式，同时考虑到窑头煤粉的充分燃烧问题，系统拉风量不变的情况下将三次风闸板高度下落以强化窑内通风。复产仅一周之内窑筒扫显示一档后结挂长厚窑皮，煅烧区域不集中、窑尾倒料严重、窑皮长掉频繁、窑尾烟室提前结粒等问题发生。严重影响了熟料产质量的提升和设备的安全稳定运行。本文结合实际生产过程分析了造成此类工艺问题的成因，归纳处理措施以及工艺调整时的注意事项。

01

一般预分解窑内影响窑皮变化的诱导因素比较复杂，如生料化学成分变化导致物料中液相量和液相黏度的变化；煤粉的质量(灰分和水分含量)变化，煤管位置及火焰形状与煅烧温度致使煤粉不完全燃烧；风，煤，料，窑速四者间的匹配不合理以及有害成分的富集等都会影响窑皮的结构分布。

1.1 生料化学成分及率值影响

由于窑皮是液相凝固到窑衬表面的过程，因此液相含量及液相黏度的大小，直接影响到窑皮的形成与分布，而生料化学成分的变化又直接影响液相量及液相黏度，只有对生料三率值进行合理的调配才能结挂平整、致密、牢固的窑皮。一般而言，主张结挂窑皮时的生料成分应与正常生产时保持一致，我厂进厂原料成分见表1。

表1 进厂原料成分概况（%）

生产实践经验得知，生料成分中KH偏低，氧化铁含量较高，导致物料在煅烧过程中液相量过多且形成较早，特别是在煅烧高镁熟料煅烧过程中，高镁原料的耐火性差，中控操作时调整频繁，温度高液相易提前形成，易与耐火砖表面或者已形成“窑皮”表面黏结，结挂长厚窑皮甚至结圈。使得回转窑内通风条件变差，系统热工制度恶化不易稳定，从而引起一系列的包括熟料结粒差，包心、黄心料多，熟料强度不高等一系列工艺问题。

1.2 煤粉质量与火焰形状的影响

煤粉细度、水分过大，加之窑炉系统用风不匹配，导致窑内产生还原气氛，入窑煤粉不完全燃烧，未燃尽的焦炭粒子沉降后继续燃烧，使得Fe₂O₃，在还原气氛下被还原成FeO，形成低熔点矿物因而产生长厚窑皮的问题。并且原燃料中碱、Cl、SO₃含量比例的失衡，对物料在窑内产生液相的时间、位置影响较大。物料所含有害物质过多其熔点将降低，也使结挂厚窑皮的可能性增大。

由于火焰形状决定了窑皮形状的好坏，在生产中我们必须要保持火焰形状的稳定，调整出适合自身窑况的理想火焰。才能避免异常窑皮的情况发生。在复产初期，随着产量的逐步恢复，为使窑皮由窑前向窑内延伸，燃烧器的使用和调节时，因内外风量匹配不当导致火焰形状过于细长，造成火焰高温区不集中，虽煅烧温度尚可，但易结挂长厚窑皮，且熟料结粒参差不齐，质量较差。

1.3 操作和热工制度的影响

(1)窑头喂煤量过大，系统风、煤的比例关系失衡，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。使烧成带液相提前出现，将未熔的物料集结在一起，造成长厚窑皮甚至结圈。

(2)复产过程中，窑体长时间慢转，导致窑内物料填充率过大，加之头煤用量过大，煤粉沉降包裹在物料中也极易形成长厚窑皮或窑皮分布不均，窑电流偏高却振幅较大等问题，但这种窑皮结挂并不牢固，在调整的过程中容易因热工制度的波动而垮落，中控操作调整频繁且不易稳定。

(3)因结挂长厚窑皮致使系统通风阻力增大，工艺调整过程中片面强调系统通风，造成系统风速过大，窑内填充率高，而出现窑尾和三次风负压过高、窑尾烟室物料提前结粒、窑尾倒料等问题。

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(1)生料配料与三率值的控制；根据多年熟料煅烧的生产经验可知，控制入窑生料易烧性的好坏，对于改善熟料质量、稳定系统热工制度具有极其重要的意义。生产过程中考虑到我厂主要的硅质原料砂岩的理化活性较差，生料配料方面根据化验室指定的三率值方案，砂岩配比从3％下调至2.4％上下，逐步摸索出适合当前工艺状况的高饱和比低硅的配料方案。高饱和比生料的配料方案对应熟料三率值范围为KH=0.93±0.02，SM=2.3±0.1，IM=1.3±0.1，熟料3d强度可保证平均在31MPa以上。并且根据水泥熟料三率值的定义，铝率(IM)表示熟料熔剂矿物中C₃A与C₄AF的比例关系，铝率越高，液相黏度越大，因此在保证熟料液相量在合理的范围内的同时，将熟料中Al₂O₃控制指标由5.0％以上调整到4.8％上下，Fe₂O₃指标调整到3.7％上下，在高镁石灰石煅烧优质熟料的实践过程中可以有效降低液相黏度过大引起的熟料结大块、包心料和结挂长厚窑皮问题。调整前后熟料全分析及质量对比见表2。

表2 调整前后熟料全分析及质量对比

特别是在2020年下半年以来熟料3d强度和28d强度逐月递增，熟料结粒均匀，游离钙合格率也达到了95％，熟料易磨性更好，在保证熟料的优质高产的同时，为水泥磨优质高产提供了更好的条件。

(2)窑炉用风的匹配与调整；为避免长厚窑皮带来的窑内通风不良问题，可适当关小三次风管的闸阀加强窑内通风的同时，关小三次风闸阀还可起到改变三次风入分解炉的形状和位置的作用，进而改变C4撒料箱下来的物料在分解炉内流场分布，强化了三次风与分解炉用燃料的涡旋效应，改善尾煤不充分燃烧造成分解炉出口与C5下料管温度倒挂的问题，烟室提前结粒的处理也起到了显著的作用。

(3)煤粉质量的控制方面；因煤粉细度粗、灰分高、水分大、会影响煤粉的燃烧速度，使火焰拉长，烧成带后移，窑皮易拉长结圈，煤粉出磨细度及水分等指标的有效控制可以提高煤粉的燃尽率，减少煤粉沉降；但须注意窑用燃料的使用量，避免造成熟料顶烧、死烧，在窑内形成还原气氛促使液相过早出现，出现结挂长厚窑皮的问题。

(4)火焰形状与煤管位置调整上；一方面通过调整燃烧器的外风强化风煤混合效率来提高煤粉的燃烧效率；同时强化内风的旋流效应，为燃料快速点燃形成一个循环区，有利于形成短且稳定的火焰。这样既能缩短煅烧区间还可以起到强化熟料煅烧，稳定热工制度的目的。另外结合筒体温度的变化情况适时调整燃烧器在窑内位置，变换高温点逐步烧熔厚窑皮，该调整应注意严格控制煅烧温度，避免煅烧温度过高造成大面积垮皮对窑衬的损害。

(5)窑尾倒料问题的处理上，首先要加强窑尾烟室斜坡、缩口的结皮清理，保障窑尾通风正常；通过适当降低喂料量的的方法暂缓因长厚窑皮造成窑内物料填充量过高而出现倒料问题，与此同时优化稳定操作制度配合上述工艺调整快速有效的处理长厚窑皮，才能彻底消除该现象的发生。

03

总而言之，稳定合理的热工制度是新型干法水泥窑的根本任务，同时也是优质高产，设备高运转率的基础。对于烧成带结挂长厚窑皮工艺问题的处理上还是要以优化操作为主。结合现场先进仪器的监测数据，科学合理的对风、煤、料及窑速进行调整，才能切实避免此类工艺问题的发生。