烧成系统的技改实践

霍登文 李建强

（阳泉冀东水泥有限责任公司，山西 阳泉 045000；包头冀东水泥有限公司，内蒙古 包头 014000）

0 引言

我公司预分解窑生产线采用自有矿区的石灰石资源，烧成系统采用双系列五级旋风预热器和规格Φ4.8m×72m 的回转窑、煤粉制备为JGM2-113 立式辊磨（窑尾取风），熟料冷却采用第四代JL4*5 推动棒式篦冷机。近几年通过调整配料方案、改造工艺布置、优化中控操作等方面的技改实践，达到提产增效的效果。

1 运行中存在的问题

结合生产运行中的实际情况，发现烧成系统主要存在如下问题：

1、入窑生料的易烧性较差：正常运行期间投料量为370 吨/小时，当均化库下料波动或者生料率值略有提高就出现游离钙跑大点、窑头火焰发黑的情况，同时伴随有熟料结粒细小，窑前飞砂料增多；投料量不具备提产空间，加料5 吨/小时就会出现窑内煅烧吃力，窑况恶化，窑尾漏料进而被动大幅减产，无法连续稳定操作。我们按照《水泥生料易烧性试验标准》进行生料易烧性试验，结果为温度1400℃的f-Ca0 是2.96%、温度1450℃的f-Ca0 是2.01%，确定易烧性属于较差范围。

2、窑尾煤粉存在后燃问题：运行中分解炉中部和出口的温度波动较大，在870℃-930℃之间，说明炉内燃烧不稳定，预热器C4 出口温度达到800℃以上，明显存在后燃情况。现场标定结果是分解炉出口CO 浓度高，在480ppm-2000ppm 之间波动；原煤立磨是从窑尾高温风机出口取风，煤磨热风的CO 浓度达到报警值800ppm，处于危险运行状态。综合气体检测数据和温度显示来看，分解炉内的煤粉燃烧不好，存在严重后燃情况。

2 原因分析及解决方案

2.1 改善入窑生料易烧性

熟料的配料方案一般由水硬率、硅率、铝率三个率值来控制，三个率值的确定应该综合考虑原料特性、熟料强度、水泥应用、回转窑产量等因素。配料方案是参照煅烧经验值进行确认，行业内普遍采用的配料方案为“两高一低”，即高硅率、高水硬率、低铝率，该方案被多数厂家确认，对预分解窑的适应性强，能够提高熟料产量和质量，故初始率值控制为HM=2.12、SM=2.45、IM=1.24。但是从我公司运行状态看，效果不太理想，无法连续稳定生产。

为扭转现状，找出根本问题，对现有的配料方案进行了分析调整。生产线所用原燃材料分别是石灰质原料采用自有矿山石灰石，硅质校正原料采用硅石，铝质校正材料采用高铝废石和粉煤灰，铁质校正原料采用铁矿石，所用的燃料为烟煤。

成分 原料 烧失量 SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO K2O Na2O 化学成分（%） 石灰石 42.41 2.44 2.70 0.37 50.12 0.96 0.12 0.08 硅石 1.04 89.11 3.58 0.97 0.17 0.25 0.28 0.23 高铝废石 4.73 55.05 7.07 19.43 5.09 5.95 1.42 1.16 粉煤灰 3.90 49.76 30.45 5.8 7.58 0.66 0.66 0.52 铁矿石废石 3.88 54.19 12.37 13.76 8.04 3.21 0.80 0.83

通过多种途径来调节改善易烧性，调整中发现硅石的SiO2 接近90%，现场物料的结晶度高，易磨性差，难于粉磨，所磨制的生料中有较粗的硅石粒度，而生料反应速率取决于SiO2 的粒度和比表面积，在熟料煅烧过程中，生料中SiO2 颗粒的结晶度高，对CS 和Ca0 转换率较低,易使熟料中的f-Ca0 值偏高。

为核实判断的准确性，对硅石配料进行调整，因为当地物料暂没有替代品，只能降低硅率来抵消高结晶度硅石对煅烧的影响。结合原料粉磨及煅烧情况，熟料率值逐步调整到HM =2.11、SM=2.35、IM=1.26，通过提高铝含量和铁含量来降低硅率（率值降低0.10），Al2O3 由4.36%提到5.20%，Fe2O3 由4.06%提到4.14%，Al2O3 和 Fe2O3 含量合计提升0.92%，熟料液相量由24.04%提升到27.10%，调整后的生料易烧性明显改善，回转窑煅烧状况好转，能够适应窑况波动造成的影响，窑台时逐步提升，同时未对熟料强度造成影响。

2.2 针对窑尾煤粉后燃采取措施

分解炉内的尾煤存在不充分燃烧，致使炉中和出口的温度波动和倒挂，造成系统内的CO 浓度超高，主要原因是分解炉内的风、煤、料匹配不合理，从入炉煤管位置、炉内供风不足、煤粉质量控制等方面调整。

1）现场工艺布置中的入炉煤管与入炉料管距离过近，生料分解吸热影响煤粉起燃，对煤粉稳定燃烧有一定影响；入炉煤管位于三次风管的上方，没有布置在下方或者锥体位置，缺少预燃空间，加剧还原气氛，造成明显后燃。按照煤粉燃烧特性，改变入炉煤管的位置，与生料入炉位置错开，留出煤粉的预燃空间，利于煤粉的充分燃烧。

针对入炉煤管位置采取措施：在检修期间将入炉煤管下移到分解炉缩口膨胀节上方，比之前位置降低3米，按照风速计算可以延长尾煤的预燃时间0.2s，同时对尾煤喷嘴进行优化，增加旋翅打散作用，防止局部过热造成分解炉结皮堵塞。

2）尾煤没有及时燃烧的同时，三次风管存在积灰，造成风管内系统阻力增加，减少了入炉风量，也是导致炉内燃烧状况不佳的原因。分解炉的正常工作需要稳定的风温和匹配的风速，主要是由篦冷机高温段供给的三次风管高温风。2018年由北京建筑材料科学研究院对生产线热工系统进行标定，窑尾烟室缩口风速为

31.9 m/s，三次风管风速为25.36m/s，分解炉内的喷腾速度略偏高，尤其是分解炉中部没有二次喷腾效果，对分解炉的功效发挥带来影响；同时三次风管风速偏低，进入炉内的风量减少，影响尾煤的燃烧。

3）篦冷机操作调整，硅率降低后，物料容易发粘堆积，同时入窑煤粉的水分偏高，可能会导致窑内燃烧不好，篦床上有充足的氧气和冷却风，出现二次燃烧进而堆积雪人，因此要加强对篦冷机料层的控制，适当加快篦床的速度，减少通风阻力，保证合理的料层和稳定的二次风温。

3 效果验证

1、通过调整配料方案、工艺改造和优化操作，入窑生料的易烧性明显好转，分解炉煤粉的后燃情况得以解决，同时三次风管的积灰也减少，窑皮粘挂均匀，熟料结粒细小均齐，窑系统热工制度趋于稳定，投料量比原先提升20吨/小时以上，经济效益显著。

2、配料方案调整后，熟料中C3A和C4AF含量增加0.58%，C3S为56%，C2S为21%，3天强度为30MPa、28天强度为58-59Mpa，未对质量造成负面影响。从熟料的矿物组成中可以看出矿物组分的变化与理论依据吻合，综合考虑对熟料产量、质量的影响，需要继续调整率值以期达到最优。