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文本内容:
影响水泥回转窑慨烧效果的因素分析目录.序言
1.影响回转窑操作的几个重要参数
11.生料细度
12.液相量
23.液相黏度
24.易烧性
3.时间与温度
4.原料与生料
6.
1.原料的选择
6.风量的分配与稳定
8.燃煤与喷煤管
10.序言影响回转窑煨烧效果有多种因素,其中有些是不可控因素,有些是可控因素不可控因素是指工艺线设备的先天性因素,如窑系统各组成部分,回转窑、预热器、分解炉等的设计参数,设备性能的不可变参数等,这些参数设计是否合理,设备选型和配置是否合理,有待系统运转后加以肯定,有缺陷的参数和设备设施只有通过技术改造加以完善和改进本文仅就通过科学管理和精心操作可以人为加以控制、完善和改进的影响因素叙述如下.影响回转窑操作的几个重要参数
2.
1.生料细度不难理解,生料磨的越细,颗粒尺寸越小,比表面积越大,组分之间的接触面就越大,同时表面质点的自由能也越大,使得扩散和反应机会增多、能力增强,因此固相反应加快但是,生料磨的越细,其粉磨电耗就越高,细度磨到多少合适,应该根据各厂的实际情况,找一个最佳的平衡点第1页共12页句煤质下降等共四个问题在对上述问题改正后,生产迅速转好在上述问题中,闪动阀问题具有历史性,闪动阀问题的发现和解决,使企业从此走上了正常的生产道路影响稳定供风的另一个问题是三次风管的通畅供风某企业由于火头靠近窑中,生料中铝氧率偏低等,导致熟料结粒不好,只有黄豆粒大,飞砂严重,大量飞砂通过窑头罩、三次风管又回到分解炉,先是粗颗粒在三次风管中沉降,后由于三次风速变低,粗细颗粒飞砂等逐渐在三次风管中进一步堆积,飞砂沉积达到三次风管的半径厚,造成窑风过大,负压增高,煤粉拉到窑中燃烧,分解炉供氧不足,严重影响了窑系统的正常工作造成三次风管积灰的另一种可能原因是窑尾斜坡截面积过大,分风不均,三次风速偏低造成的窑头和分解炉科学合理的分配风量,努力提高
二、三次风的供风质量,防止系统漏风和短路是窑系统通风操作的关键要领风量应随着喷煤量的改变而进行调整,如头煤与尾煤的比例是46开,当头煤、尾煤喷煤量都有增加或减少时,应适时调整高温风机的风量,但不要随意调整三次风阀门,以保持窑风、尾风风量的正常比例尾煤喷煤量应视CaC03分解率的高低适当加以增减,如分解率已达到92〜93%尾煤喷煤量就要进行适度控制控制分解炉的温度,就是要控制生料不要过早产生液相C
3、C4C5级筒闪动阀失灵,斜坡积料、管道结皮堵塞等,生料过早产生液相是重要原因之一当尾煤正常,但回转窑火头靠后,也可导致窑尾生料温度过高,过早产生液相,使斜坡积料,影响回转窑正常工作因此,避免大煤大火,保持窑系统正常稳定运行,应当是新型干法操作的要领之一
6.燃煤与喷煤管多通道喷煤管的出现和窑尾分解炉技术的改进,使使用低挥发分燃煤成为可能,应该说这是新型干法技术的一次革命性进步从理论上讲新型干法使用热值在4500千卡以上的低挥发分燃煤煨烧熟料应当说都是可行的,在实践上国内也不乏成功的实例,但有两个需要注意的问题1)第一使用热值较低、灰分较高的燃煤在窑头喷煤中的窑灰有相当一部分不参加熟料生成反应,因此在率值计算时应采用高硅、高铝方案,以补偿窑灰中硅、铝成分的损失为验证该意见的正确性,省内一企业将熟料料球锯开,第10页共12页按照颜色分层将外皮剥下来进行分析化验,结论是熟料球外皮主要是硅铝成分,也即燃煤沉灰粘附,而料球内部是正常的熟料矿物组分2)第二在热值等价的情况下,可购到灰分低一些的好煤,应优先考虑使用优质煤或中质以上的煤其原因是多数劣质煤含有大量的肝石、易磨性差,立磨工作条件变坏,细度又不好控制,粉磨煤粉的数量大大增加,耗电、耗材,质量不好,同时不能做到等热值等消耗,实际燃煤热量消耗要大于等热值优质燃煤的热量消耗数量有一定数量的企业,在使用低热值、低挥发分燃煤时,窑灰按100%沉入计算率值,怎么也烧不出高质量或合格的熟料,甚至企业生产在一年、两年的时间内都陷于被动局面,但当改用优质煤时,这种被动局面就会立即改观,因为优质、灰分低的燃煤在回转窑内不参加熟料生成反应的窑灰损失量较小,率值稍加改动就可以满足生产需要不能注意到窑灰的损失,是企业不能正常利用低价、低热值燃煤煨烧熟料的主要原因低热值煤必须设破碎机和均化堆场,同时使用低热值煤不宜使用立磨因为这种低热值煤破碎量过大,易磨性不好,立磨吐渣量大,吐渣门不能做到常闭,漏风严重,细度变粗,易烧性不好,影响煨烧效果为此,使用灰分大于30%的燃煤时,最好选用管磨,同时要大一号选用煤粉称,加大量程,以满足低热值煤粉量增加的需要在生料合格、率值计算正确、燃煤不错的情况下,多通道喷煤管就成为决定煨烧工作效果的关键设备,熟料各区段的煨烧时间和温度、
二、三次风温度的高低,熟料质量的好坏均取决于喷煤管的工作状态喷煤管的操作要领主要有1)第一,喷煤管的内、外、中风是可调的,一定不要把内、外风调节阀门100%打开或接近100%这种蛮干的作法会把火头位置全力推进到窑中,破坏了熟料燃烧所需要的各时间和温度区段,造成
二、三次风温大幅度下降;2)第二,外风开度应不超过60%内风开度不应超过70%中风可在50—80%之间调整;3)第三,内外筒的前进和后退对火焰的形状有较大的影响,应灵活掌握;4)第四,火头位置要拉到窑头10m左右或以内的位置,同时又要努力把火焰拉长,加大烧成带长度,烧成带的位置应在窑头8〜35m之间较为合适,火第11页共12页头位置前移,烧成带较长是窑操工作的首要任务和中心环节第12页共12页就现在一般的分解窑来讲,对于烧成熟料,小于lOOum的方解石和小于55um的粗粒石英是没有任何问题的,因此过细的粉磨没有意义,我们的重点应放在抓少数大颗粒上,做到既要能烧又要省电大多数水泥厂的生料细度以考核
0.08mm筛余为主,而实际上起主要影响的却是
0.2mm筛余,应该抓住这个重点按通常的经验当
0.2mm筛余W
1.5%时,
0.08mm筛余以控制在12%以下为好;当
0.2mm筛余控制=
1.0%时,
0.08mm筛余可以放宽到15%;当
0.2mm筛余控制W
0.5%时,
0.08mm筛余可以放宽到18%;
2.
2.液相量水泥熟料的主要矿物硅酸三钙是通过液相烧结进行的在高温液相作用下,硅酸二钙和游离氧化钙都逐步溶解于液相中,以离子的形式发生反应,形成硅酸三钙,水泥熟料逐渐烧结,物料由疏松状态转变为色泽灰黑、结构致密的熟料在硅酸盐水泥熟料中,由于含有氧化镁、氧化钠、氧化钾、硫酎、氧化钛等易熔物,其最低共熔温度约为1250℃随着温度的升高和时间的延长,液相量会增加,液相黏度会减小,使参与反应的离子更易扩散和结合,也就是说液相在熟料的形成过程中起着非常重要的作用,而且受到水泥熟料化学成分和烧成温度的影响既然液相量与化学成分有关,那么在配料上将如何控制呢?根据以往的经验,先定义为1450℃下(比较接近于生产实际)的液相量,液相量按下式计算L=
3.0A+
2.25F+M+R式中L、A、F、M、R分别表示水泥熟料的液相量、氧化铝、氧化铁、氧化镁、氧化钠和氧化钾的合量水泥熟料的烧成在现阶段的工艺条件下(预分解窑),液相量一般控制在20〜30%的范围内这个范围是对所有水泥厂而言的,就某个厂来讲显然是太宽了,各厂应根据自己的实际情况摸索出适合自己厂情的最佳控制范围
2.
3.液相黏度前文提到液相黏度影响着硅酸三钙的形成,黏度小,有利于液相中质点的第2页共12页扩散,能加速硅酸三钙的形成那么,如何控制液相黏度对熟料烧成的影响呢?我们知道,影响液相黏度的因素有温度和化学成分,我们同样先把温度定义为1450c(比较接近于生产实际),液相黏度就只与化学成分有关了再通过一定条件下的实验,测得每种组分在该温度下的液相黏度与其含量的关系,然后把他们加起来,就可以得到该熟料的一个有关“液相黏度”的值T这个值与配料有关,可以人为控制值得说明的是,这个加起来所得来的液相黏度值,并非该熟料真正的的液相黏度,因此加一“准”字以示区别但对于大工业生产来讲,重在控制其变化趋势,控制其稳定性远比控制其绝对值来得重要,因此有这么个加起来所得来的“准液相黏度”概念,也能在一定程度上指导生产根据在一定条件下的有关实验,建立起来的有关因素与液相黏度的一些关系如下虽然这些关系是有条件的,但我们可以先甩开条件,仅看看某因素对液相黏度的影响方向和影响力度,也已经是很有意义了1)液相黏度与铝率(Al2O3/Fe2()3)的关系r|i=
0.77P+
0.922)液相黏度与碱(处0和Na2)的关系t|2=
0.35R+
1.653)液相黏度与三氧化硫(SO3)的关系t]3=
1.64-
0.38S4)液相黏度与硫酸碱(K2sO4和Na2sOQ的关系r|4=l.75-
0.25Q5)液相黏度与氧化镁(MgO)的关系ti5=
1.42-
0.06M(MgO=l〜3%)r|5二l.30(MgO3%]6)该水泥熟料的“准液相黏度”便1+廿通+山+
1152.
4.易烧性第3页共12页所谓易烧性,是就实现煨烧目标所需花费的代价在某种特定的设备中,把生料燃烧成具有期望性质的熟料,各种生料的性质不同,所需花费的代价也不一样,反应了这种生料煨烧成熟料的难易程度生料易烧性在经过不断的摸索后,进一步将煨烧过程的目标定义为熟料中未化合CaO的含量,仅当游离CaO足够低时才表明煨烧完全;煨烧所花的代价则为在一定温度下煨烧所需的时间将一定代价下达到目标的程度,或达到一定目标所需的代价,作为衡量生料易烧性的尺度实践证明,生料的易烧性不仅与其细度和化学成分有关,还与组成其的矿物结构甚至形成条件等有关,其最终的易烧性好坏只能靠实验比如在中国,一般长江以南的原料普遍比长江以北的原料既好磨又好烧但基于实验下的细化研究,对探究易烧性的变化还是很有意义的瑞士的Kock等曾对全世界15个地区的168种生料样进行了35项物理特性参数与易烧性的关系实验研究,从中选出了相关性较强的前10项供参考.时间与温度水泥熟料煨烧是一个渐进的化学反应过程,即需要一定的温度条件,又需要一定的时间过程,温度和时间是相辅相成的伴进条件,强调、缺少和忽视其中哪一个因素都不可能烧出合格的优质熟料熟料煨烧主要是在回转窑内进行并完成的,而分解炉和预热器的主要任务是通过生料与高温气体在湍流、旋流和悬浮过程中完成热交换并实现CaCO3的分解回转窑则担负熟料的烦烧与生成,为满足熟料煨烧所需要的温度与时间条件,回转窑内应设置具备不同长度的温度区域,或温度间隔物料在回转窑第4页共12页5000t/d内的运行速度大致为每分钟
2.5〜3m总的运行时间在30分钟左右,其中窑尾分解带的长度为5〜6m运行时间约2分钟,该段温度为1100~1150℃o分解带的燃烧作用,一是继续完成CaC3的分解,第二是逐渐产生液相,促进CAF、C3A的生成,以这两种矿物为粒核,逐渐把CaO、Si02粘附在一起并在回转窑的不断转动中扩大到一定粒径C4AFC3A是融媒性矿物,它的生成数量和速度是熟料煨烧成果的前提条件,保护液相促进C4AF、C3A生成是熟料燃烧中的重要环节窑尾温度过低,将延迟这种结粒的过程;温度过高,将使结粒干烧,使其丧失所需液相特征,使熟料结粒不好,因此液相量的生成效果除与生料率值有关系外,与温度条件更有直接的关系从生料产生液相到熟料结粒这是一个渐进的时间过程,在生料从1100C到1250c的温度过程中,是从液相产生到结粒的过程,大致需要6〜7分钟的时间这一时间间隔过短将使液相生成量不足,不能达到预期的结粒效果;时间过长,说明回转窑热力强度不足,熟料的后期煨烧效果变差,其直观效果是熟料结粒小、黄心、窑头罩内飞砂大等结粒生料在进行到过渡带时,C2s大量生成,这一过程同样也是一个渐进过程,并非一蹉而就,这一过程进行的越充分,C2s的生成越多,就越有利于C2S向C3S的转化,这一过程也是控制游离CaO的重要阶段从粒状生料到C2s形成的过程时间长一些,C2s的生成就越充分,反之C2S的生成反应就越不充分,不参加熟料生成反应的CaO就越多过渡带与分解带的分区并不明显,从功能上看,分解带中有过渡带,过度带中有分解带过渡带的温度应在1250〜1400℃之间,其时间间隔在10分钟左右,窑长为25m过度带与分解带的总窑长应在30m左右,这一过程为贝利特反应阶段这一阶段的物料可视作为初始熟料,当初始熟料前进到烧成带且自身温度达到1400〜1450C时,C2S将积极吸收吸附在粒径中剩余的CaO进行C3S的生成反应,所以C2s是C3s生成的前提,C2s生成量不足则C3s的转化量就少,反之就多这一过程是熟料燃烧的关键时刻,C3s的生成反应时间大致为13分钟,这一温度段的窑长应为30〜35m这一过程为阿利特反应阶段烧成带之后熟料进入冷却带,温度由1350℃下降到1200C窑长5〜7m该区段的作用是以较高的冷却和结晶速度,使亚稳定状态下的熟料矿物固定下来,稳定和第5页共12页巩固此前的化学反应成果回转窑的长度是在充分考虑熟料运动速度和熟料煨烧不同区段的温度所需时间需要而设计的,因此在实际生产中必须考虑上述燃烧过程所需的时间和温度要求,这是熟料燃烧过程的关键条件,操作的随意性,不合理的改变不同区段的温度,就必然同时破坏熟料煨烧所需的时间要求,其中最为关键就是要准确把握燃煤的火头位置,最常见的毛病就是火头位置在窑前28〜30m处,造成过渡带和烧成带过短,总长度不超过55m虽然物料在回转窑内通过的总时间不变,但其有效的煨烧时间几乎减少了三分之一,其熟料的煨烧效果就要大为下降这种煨烧时间不足和熟料急烧的结果是熟料结粒不好,熟料黄心、飞砂大、质密度下降等,窑尾一把火,本已温度较高,操作人员的“煨烧时间”观念不强,仍使用大风大煤煨烧,火头靠后,是破坏熟料煨烧效果的根本原因对于本企业回转窑的煨烧情况,要充分利用停窑检修的间隙和机会,把回转窑内存留物料进行逐段取样,分析各段矿物的生成情况,在反复不断分析的基础上,调整、制定出一套确实可行的窑操规程.原料与生料原料的选择和生料的制备对熟料煨烧效果有着直接而密切的关系和影响,是企业管理和技术人员必须十分注意的问题原料的选择石灰石原料从地质年代上分,大致有震旦纪、寒武纪、奥陶纪和石炭纪石灰岩及新生纪的泥灰岩、白垩土等但对煨烧熟料质量影响较大的功能因素主要应从纯度和硬度上加以区分一般来说1)纯度高、CaO含量高、硬度低的石灰石易磨好烧;2)而杂质多,纯度低、硬度大、CaO含量较低的石灰石难磨难烧其中硬度大,荷点高是其难磨难烧的主要因素,如同样的伯力休斯立磨,一企业粉磨镁含量1%的低镁石灰石,产量可以达到450t/h最高达480t/h使用8个月后,磨辐磨损50m;一企业粉磨镁含量3〜4%左右的高镁石灰石,产量可以达到430t/h使用8个月后,磨辐磨损100mm粉磨低镁与高镁石灰石,磨辐的寿命相差一倍纯度高、硬度低的石灰石荷点低,分解率高,CaO第6页共12页可以较大的数量参加熟料的生成反应;纯度低、杂质多、硬度大的石灰石,荷点高,分解率低,在相同的热力强度下,能以较快速度参与熟料生成反应的CaO数量相对较少,可通过对不同企业CaCO3分解率的测定加以验证,从而降低了C3A的生成数量,使熟料强度降低因而大力寻找震旦纪大理岩、奥陶纪、石炭纪石灰岩和新生纪泥灰岩等纯度高、低镁或硬度低的石灰质原料是十分重要的同时尽量减少对寒武纪高镁石灰石的依赖和使用数量,或与高质量的石灰石搭配使用,努力降低、减少燃烧难度,提高熟料质量对纯度较高、CaO平均含量在53%以上的石灰石,可弱化均化设施,以降低基本建设投资在辅助原料的选择上,应注意原态与亚态物料的区别原态是指天然状态下产出的物料,如铁矿石、黏土、硬质砂岩等亚态是指经过煨烧和化学加工后产出的副产品,如硫酸渣和粉煤灰等原态物料晶格完整、结构致密,荷点高,要求煨烧温度高,辅助原料中的液相产出晚,参与熟料生成反应速度慢,数量不足,将影响熟料质量的提高;经热加工和化学加工产出的副产品,晶格受到破坏,结构疏松,硬度低,荷点低,液相产出早,参与熟料生成反应的速度快,数量多经过多家企业考察得出的结论是亚态辅料易磨易烧,熟料强度高,而原态辅料难磨难烧,电耗高,煤耗高,熟料质量不高当然从节煤、节电、易磨、易烧的角度看,利用纯度低的软质砂岩较纯度高、硬度大的硬质砂岩较好在原料配伍上,采用高镁、硬度较大的石灰石,则在辅料选择上应趋利避害,尽量采用亚态辅料;如采用低镁、纯度高、硬度低的石灰石,在缺乏亚态辅料时,也可采用原态辅料在原料制备上,如采用纯度低、硬度大的石灰石与呈原态辅料配料时,一定窑把握好生料细度,细度不能放的太宽,应控制在10%左右;如采用纯度高、硬度低的石灰石和亚态辅料制备生料时,细度可以适当放宽到15%或更宽一些;如两者搭配使用,细度应控制在12—14%之间,当然这三者的电耗差别是十分显著的在注意到石灰石的纯度和硬度、辅料的原态与亚态的情况下,企业化验室对率值的计算都给予了十分重要的关注,甚至作为企业技术机密概不外传这第7页共12页种在率值计算上的封闭行为,在市场竞争十分激烈的情况下是情有可原的,但对技术水平不高、熟料质量也不高的企业,积极研究和探索率值的正确计算是十分必要的作者在“从窑操曲线看窑操工作效果”一文中(中国水泥06年4期)提出窑灰的损失对率值计算的影响并提出纠正建议指出“两高一中”的率值配料是十分必要的,望参考对用原态辅料进行配料时更应采用“两高一中”的配料方案,对于采用亚态辅料配料的企业“两高一中”的配料方案中的两高可稍有降低配料计算中一定要克服不针对原料实际状况,刻板计算各原料成分而确定率值的做法众所周知,使用低碱、低氯、低硫等有害成分的原料和燃料也至关重要.风量的分配与稳定通风在回转窑熟料煨烧中主要有以下三种作用1)第一是为燃煤供氧;2)第二是做为载热媒体与生料进行热交换;3)第三在分解炉和预热器中利用湍流、旋流和悬浮作用,延迟生料下降速度,以达到充分进行热交换的目的等窑风通过两个渠道进入窑系统一是从回转窑进入;2)二是从三次风管进入,在分解炉汇合窑内风量进入分解炉时,窑气体中的氧已基本耗尽,已不再发挥助燃作用,从三次风管进入分解炉中的气体主要发挥分解炉喷煤的助燃作用,窑头、窑尾喷煤大体为40%和60%则在窑风风量的分配上应为46开,即进入回转窑系统的风量为40%从窑头罩三次风管进入分解炉的窑风应达到60%两种风的分配是通过窑尾斜坡的截面积和三次风管的截面积之比,即46开进行分风的考虑窑尾的漏风,窑尾斜坡截面积应适当放大回转窑风量的多少应从三个方面进行判断1)第一是窑头始终保持微负压状态2)第二窑尾气体中的氧含量大致在2%以下3)第三喷煤咀的火焰形态良好三次风管的风量应以CaO的分解率、C4和C5温度的高低及CO含量的多少为调第8页共12页整标识CaO分解率高,说明燃煤燃烧正常,不再调风;CO含量高,说明炉内缺风,或降煤或增风业内人士在谈及回转窑的操作要领时,大多认为风、料、煤的稳定操作是回转窑正常工作的首要任务,但风、料、煤的稳定操作必须要强调风、料、煤的高质量,没有高质量的风、料、煤,再稳定的操作,回转窑的工作都不会处于良好的状态原料的高质量在第二节中已有叙述,风的高质量要重视
二、三次风的温度质量
二、三次风的风温主要取决于回转窑的火头位置,如火头位置靠近窑中,熟料在冷却30m以后再进入菌冷机,则窑头罩内的风温将有较大的下降,三次风温一般在700〜800℃风温较低不利于分解炉的工作,分解率下降,影响回转窑的正常工作二次风温不高,同样对回转窑的煨烧工作产生不利的影响窑系统供风的关键是努力提高
二、三次风的风温,三次风温应达到900左右,三次风温提高了,二次风温自然也相应提高当然
二、三次风温与留冷机的工作制度也有密切的关系,所以同时也要认真研究提高留冷机的工作效率同时努力减少喷煤咀的一次风量,多用温度高的二次风进行助燃是积极有利的窑风的稳定与否是回转窑系统正常工作的重要环节,在窑尾风机正常工作下,窑风的稳定应当不成问题,但窑尾分解炉、预热器及管道出现堵塞和不正常工作的情况,窑风的稳定操作就将成为重要问题其中闪动阀失灵、斜槽积料、管道结皮、堵塞等是影响窑风稳定操作的主要问题斜坡积料将使二次风量下降,三次风量增加,窑内分风失衡,回转窑火焰发暗、燃煤燃烧不充分,影响煨烧效果;管道结皮堵塞影响整个窑系统的稳定供风;闪动阀失灵,系统供风短路,破坏预热器的正常工作,C1筒气体出口温度升高,造成能源浪费;系统漏风特别是窑尾密封不好,使分解炉的温度下降,同时也使入窑生料温度下降,影响液相的形成,都将影响回转窑系统的正常工作状态和效果一企业为双系列窑尾预热器,工作极不正常,已不能进行正常生产,要求进行技术诊断调研查看的结果是1)系统闪动阀“多数不动,少数动”,即预热器通风短路,工作失效;2)三次风管拐弯处磨穿漏风,分解炉工作效率下降;3)薨冷机与回转窑联结处严重漏风,
二、三次风质量下降;第9页共12页Nq特性参数相关系数说明备注1LSF-SM
0.1257生料的石灰饱和系数与硅酸率的积2SM
8.91生料的硅酸率3R
880.135生料的88Pm筛余4r2o
1.5生料中K20和Na2O的含量5GL-
0.15生料中有母结构矿物的含量6MgO-
0.9生料中MgO的含量7Q-
0.08生料中石英、氧化铝、页岩的含量8R200-
0.2生料的200um筛余9SM-IM-
0.15生料的硅酸率与铝氧率的积10Fe-
0.27生料中含铁矿物的含量。