1、水泥熟料煅烧工 2010 年技师论文浅析预分解窑结球的原因及处理姓 名：高小平工作单位：陕西秦岭水泥（集团）股份有限公司通讯地址：陕西省建材技工学校邮政编码：727100时 间：2010 年 12 月 10 日1浅析预分解窑结球的原因及处理【摘要】预分解窑窑内频繁结球、结大球是一个不容忽视的问题。结球发生和处理过程中窑系统的不能正常运转，影响回转窑热工制度的稳定，降低熟料的质量，而且对篦冷机的安全造成威胁。本文通过对回转窑结球机理的研究，从多方面分析总结了结球形成的原因，如生料均化不理想，喂料量不稳定以及操作不合理等原因；并且针对这些原因，提出了行之有效的处理方案和防治措施。通过这些方案的实施
2、，可有效的减少回转窑内结球现象的产生，提高了熟料的质量，保证了产量。关键词：结球，熟料，热工制度，生料均化所谓“结球”是指熟料煅烧过程中料粉相互粘结形成大于正常熟料结粒的大块。窑内结球时窑尾温度降低，负压增高且波动大；分解炉及三次风出口负压增大；窑功率高且波动幅度大；C 5 筒及分解炉出口温度降低；窑内通风不良，窑头火焰短粗，窑头时有正压，造成窑内热工制度不稳定。窑内结球还会对生产带来一系列严重影响：1、 降低回转窑的运转率。大球在窑内“卡死”滚不出来时，就只能停窑处理即人工打球。一般处理一个球需要 23 小时，有时时间更长。正是结球影响了回转窑的运转，降低了窑的运转率。22、 缩短了窑衬的使
3、用寿命。大球在窑内滚动时，由于与窑皮的摩擦容易使其脱落，进而挤压窑衬使其受到磨损，窑衬的使用寿命因此而缩短。3、 影响篦冷机的安全运转。大球从窑头掉到篦冷机上，容易砸坏篦冷机的部件而影响篦冷机的安全运转。如有些水泥厂篦冷机经常“堆雪人” ，篦板经常被大球砸坏，处理结球时必须减料慢烧，用短时大火将大球烧散或引入篦冷机人工打碎，这严重影响回转窑的正常运转，影响回转窑的热工制度的稳定，降低了熟料的质量。因此，研究结球极其重要，绝不容忽视。一、结球的机理简析近年来，很多人对回转窑结球的机理进行了探讨，研究报道中都有对结蛋料和正常料化学成分的对比，并探讨结蛋形成的机理。有水泥专业技术人员曾经从预分解窑生
4、料圈后面（过渡带）发现许多直径达 1m 的大球，并从中取出 10 个大球，从中间锯开，发现这些球中间都有一个褐色、细粒、白垩状的内核及灰褐色多孔状的外壳。大球的外壳占整个球体积的绝大部分，其化学成分和该处物料没多大区别；而大球核心物料的化学成分则不同，AL 2O3、和 Fe2O3 含量比该处物料高很多，SiO 2含量相对较低，核心料的硅酸率特别低，只有 1.4。正常生产用生料硅酸率不可能这样低，一般只有旋风筒结皮料硅酸率会低到这个程度（1.01.5 左右） ，由此分析，大球的核心可能是旋风筒结皮清理时掉落的大块，通过下面的最后一级旋风筒直落入3回转窑中，形成大球的核心，在窑内生料圈的阻拦粘裹物
5、料滚成大球。大球在窑内滚落时总有小的撞击，使其结构逐渐密实，这就是料球形成和长大的根源。另外，从一些研究报告中也得出，K 2O、Na 2O、CL -含量高的物料和熟料液相含量特别高的物料都容易形成“大蛋” 。所以现在普遍认为预分解窑系统内结球与结皮形成机理同出一源，均是由于不恰当的工艺措施引起局部物料中碱、氯、硫等挥发组分含量过高，导致大量特征矿物的形成，从而使物料粘聚成皮或块。二、结球的原因分析造成回转窑内结球形成的主要原因有以下几个方面：1、原、燃材料中有害成分的富积原、燃材料中有害成分的富积是结大球的主要原因。石灰石、粘土、砂岩中 K2O、Na 2O、CL -、MgO 含量偏高，这些有害
6、成分在窑和预热器之间形成“内循环” ，富积程度程度可达到原生料的近百倍。这些有害成分熔点都比较低，在窑尾和预热器内即可形成液相，形成小料球。小料球在随其他物料向前运动的过程中粘结其他的物料，越滚越大，终成大球。另外，对窑中物料成分分析研究发现，有害成分含量越高，窑中结大球机率大大增加。2、率值的影响生料配料采用三组分：石灰石、粘土、铁粉时，一般采用高石灰饱和系数、高硅率的生料不易发生结球现象，且熟料质4量比较好，但是这种料较耐火，对操作要求较高。若低石灰饱和系数和低铝率的生料，它的烧结范围比较窄，而液相量偏多，结粒粗大，稍有不慎就会导致结球。不仅如此，硅率和铝率不合格的配料，还会降低熟料的质量
7、和窑的产量。所以在生产中要选择合适的率值，由于三个率值是相互影响，相互制约的，一般三组分配料中选择两高一中的配料方案，即高 KH、高SM、中 IM，这种配料易操作且熟料质量也相对较稳定。3、煤及煤燃烧的影响煤的不完全燃烧大球的形成是由球核粘结生料滚动形成的，而球核是在窑尾出现的液相粘裹生料粉形成的。而液相的提前出现主要是由于煤粉的不完全燃烧，因此，煤的不完全燃烧是一项重要因素。比较球核与最高一级旋风筒生料中氧化物成分可以发现，由于球核中 AL2O3、Fe 2O3 的富积程度很高，而 AL2O3、Fe 2O3 是以熔剂矿物的形式存在，即以 C3A、C 4AF 的形式存在，球核中熔剂矿物的富积程度
8、比较大，说明球核中可能存在液相。球核是熟料中熔剂矿物和硫酸盐等熔体粘裹生料粉而形成的团块。停窑打球时，我厂在技术人员曾经在窑尾 2m 左右发现了小球，即大球的雏形（球核） ，这也说明球核是在窑尾提前出现的液相粘裹生料粉而形成的。同时比较球核与五级旋风筒下料成分发现，球核中 SO3 的含量比五级旋风筒高。由于硫一方面来自于硫的循环富积，另一方面来自于煤的不完全燃烧。所以球核中硫含5量异常高可能是窑、炉中煤粉不完全燃烧，进一步到窑尾和较低级筒内进行二次燃烧，这将造成：产生局部高温使液相提前在窑尾系统出现有利于大球的形成。中控操作人员发现，一旦窑尾温度过高，回转窑很容易滚出大球。统计分析也表明，结球
9、时的窑尾温度比不结球时窑尾温度高。煤的后燃烧上面提到的煤的二次燃烧即煤的后燃烧，当操作员风煤搭配不当或煤质较差或喂煤不稳定时都会使煤粉在“燃烧区”燃烧不完全而产生滞后燃烧。要么使预热器系统温度升高，产生结皮：要么使烟室温度升高，窑内还原气氛使 Fe+3 还原成Fe+2，使物料的熔点降低，液相提前出现，导致煅烧中易出大球、后结圈、长长厚窑皮，而长厚窑皮的脱落又易转变成大球。大量煤灰的不均匀掺入由于煤灰中富含硫，如 K2SO4、Na 2SO4、CaSO 4 等，煤灰在生料中大量沉落必然造成入窑生料中 SO3 含量异常高。另外，煤灰在生料中的掺入也可能使生料在煅烧过程中液相出现的温度低而有利于大球的
10、形成。通常情况下，生料在煅烧过程中液相开始出现的温度是 1250左右。而硫酸钙、硫酸钾、硫酸钠和氯化物共同存在时，低共熔物的温度可接近 700。4、窑灰的不均匀掺入我们曾对回转窑窑尾收尘器回灰做了分析，从分析中发现，三氧化二铁、三氧化二铝及有害成分钾、钠含量明显高于正常6生料，我们知道氧化钙含量高，熟料 f-CaO 不易控制，而铝、钾、钠又在窑内结球中扮演重要的角色。正常生产时窑灰均匀掺入生料中，对系统不会产生较大影响，但若原料磨检修或其他原因停机时间较长，收集的窑灰没有得到“掺兑”直接入库，入库后又没得到很好的均化就入窑，就会出现 f-CaO 升高，迫使操作提高温度，会出现局部高温，液相提前
11、出现，窑内结球，这一点在实践中也得到印证。5、熟料中 Al2O3、Fe 2O3 含量过高前面提到有水泥专业技术人员从大球的中心取样做化学分析，发现中心部位的 AL2O3 、Fe 2O3 含量比该处物料高很多，熟料中 AL2O3 、Fe 2O3 含量过高时，液相量过多，液相增长迅速，物料易结球，所以熟料中 AL2O3 、Fe 2O3 含量高是窑内结球的主要原因之一。6、结圈的影响窑中结圈和结大球现象是共存的，70%的左右的结大球现象伴随着有窑内后结圈，因此后结圈对结大球有不可忽视的作用。窑内 35m 左右的结圈一般为硫碱圈，这种结圈并不牢固，在窑矿发生变化时，发生塌落，塌落下来的料块极有可能成为
12、大球的核心。另外，窑尾后结圈导致物料在此处受阻，使料层变厚，过厚的料层造成受热不均匀，导致局部高温，也会导致结大球。大球的形成过程是，首先在窑尾及预热器形成球核，这些球核在向前移动的过程中粘结其他出现液相的物料，随之长大。当7它滚到主窑皮及结圈处，靠物料的涌动不能跨上“台阶”时，就会停留在此处，越滚越大，终成大球。俗话说“十圈九球” ，也就是说形成球的前提条件具备后，正是圈的存在进一步加剧了球的形成，不难理解当物料受到圈的阻挡，并在此不断地滚动。一方面是由于对小球核的挤压，使液相存在于球核的表面；另一方面，由于温度及其他各方面的原因，再此也存在一定的液相，使小球不断的粘结物料并不断有液相粘结在
13、其表面，小球在此处渐渐粘结成大球，球长到一定程度后，阻挡物料前进，由于物料对它的冲击和挤压作用，才使大球跨过圈，从窑内滚出来。另外，若窑内有圈，没有及时处理掉，虽然来料和操作都很正常，但易形成球。有时候烧成带前端窑皮偏厚形成台阶时，也较容易促使窑内大球。7、喂料的不稳定喂料量忽大忽小，很容易打乱预热器、分解炉和窑的正常工作。由于操作具有滞后的特点，有时跟不上喂料的变化，加减煤不及时，甚至出现短期的断料也不能及时减煤，因此很容易由料量由高向低波动时，窑尾温度就会升高，物料在高温煅烧条件下液相提前出现；当喂料量在由低向高波动时，物料在预热器和分解炉内得不到很好的预热和分解，未得到很好分解的生料落入
14、窑尾，在已经出现大量液相物料上形成核。由于核在高温下大量吸热，液相量析出使料粉被吸附在其表面，层层将其包裹住，逐渐增大而形成球。可见喂料不稳定也是造成结8球的主要原因之一。8、生料均化不理想通过对生料化学成分及率值分析发现，生料三率值变化较大，特别是石灰饱和比远远超过 0.02 的目标控制范围。当物料饱和比高时，窑内物料松散，不易烧结，出窑熟料 f-CaO 高，迫使操作上提高温度，降低窑速打慢车，台时产量也随之下降。当物料饱和比低时，窑的操作不能及时调整，窑内物料发粘，稍有不慎，就会结大球。所以生料均化不理想，入窑生料化学成分波动大也是造成窑内结球的主要原因之一。9、窑操作上的影响中控操作员缺
15、乏实际经验，对事故不能准确、及时作出判断，有时调整滞后或未能按操作规程进行操作，造成堵塞。主要表现在：风、煤、料、窑速配合不尽合理；一、二、三次风分配不合理，调节不及时；窑炉的煤、料比例不当；窑尾排风过小导致整个系统的通风量、入窑生料量、入窑炉煤粉量忽高忽低，热工制度长时间得不到稳定，致使系统局部温度过高，液相提前出现，最终导致结球的出现。另外还有操作员在操作中处置方法不当，有时操作大起大落，窑速忽快忽慢；有时片面追求产量加煤过多，不完全燃烧现象严重。这些现象不一而足，对结球、结圈都有重要影响。三、窑内结球的处理若窑内已经形成料球，应对成球的原因进行全方位分析，9有条件时最好对结球取样化验，且
16、要分别对球核、球壳进行化学全分析，找准原因，对症下药。处理方法主要有烧球法、放球法、人工打球法，一般操作上可根据不同的情况采取不同的措施：1、放球操作法：当窑皮平整且无圈体阻挡时，可按正常操作使其跟随熟料一起滚出进入篦冷机，然后人工处理。但这样掉落下来容易砸坏篦冷机的部件而影响篦冷机的安全运转。2、烧球操作法：结球比较小，操作上应适当增加窑内通风，使火焰顺畅，但必须注意窑尾温度的控制，使其不要过高；可略微减少窑头用煤，但必须保证煤粉的完全燃烧，并适当减少喂料量，稍降低窑速，让窑内的料球滚入烧成带；等料球到烧成带后，再降低一些窑速，用大火在短时间内将其烧垮或烧小，以免进入冷却机发生堵塞或砸坏篦板
17、，但此时应特别注意窑皮的情况。3、冷热交替法：如果结球较大时，可采用冷热交替法进行处理；当料球在过渡带时不易前行进入烧成带，这时可将喷煤管伸进去，适当降低喂料量，烧 12h 后将煤管拉出再烧12h，周而复始，直到料球破裂；若实在不能使其破裂，便可停窑冷却 12h 后点火升温，让料球因温差过大而破裂。注意在处理过程中，切忌让大料球滚入冷却机内，否则会对冷却机造成较大损伤；另应控制窑尾温度不能过高，避免后面的小料球接二连三地出现。104、止料烧球操作法：多数厂采用人工打球的办法处理窑内已形成的大料球，也有采用操作手段向外放球的，但放球效果不理想，而且极易引起其它方面的问题。我们借鉴湿法窑烧前结圈的
18、操作经验，结合干法窑的特点，提出了止料烧球的操作方案，并几次在结球中加以运用，取得了比较理想的效果。后经完善补充，形成目前比较完善的烧球操作办法，其操作要领是：1停窑观察料球所处的位置及大小。2逐步提高窑速，视情况恰当掌握喂煤量。3调整系统排风量，使之处于较为稳定的负压范围，保持预热区器各级温度正常。4调整好多通道喷煤管一次风的内、外风比例，保持火焰顺畅，并使料球处于火焰的后部。5在上述状态下，保持窑速至正常状态的 2/3 左右，保持4060min。6再次停窑观察，视窑内情况，决定是否需要下一周期“烧球操作” 。一般情况下，球径在 1m 左右的料球，一个烧球周期即可。球径在 1.5m 左右的料
19、球，约需要两个“烧球周期” 。料球消失后即可转入正常投料操作，因此，烧球不仅节约大量人工费用和材料消耗，而且为生产赢得了宝贵时间。四、窑内结球的防治措施11对窑内结球的防治应遵循“预防为主，防治结合”的原则，在生产中根据回转窑结球的特征及原因，我们可以采取以下措施来预防窑内结球。1、合理选用原料对于石灰石，粘土质原料的开采可以组织工程技术人员更好地查清矿山的物质结构分布情况，搭配开采，合理利用；对于购买的原料严格把关，选用较好原料，并完善预均化堆场，采用更合理的均化方式，这样就减少了原料成分波动对窑内结球的影响。2、降低有害成分在窑内的循环富积对于原、燃料中有害成分含量高的问题,可以采用“旁路
20、放风”系统，但此项措施若另外加设耗资巨大；除此之外，为解决窑内结球的问题，对窑尾、预热器不严重的结皮，采取及时清理的措施，使窑尾系统通风顺畅，及时排出窑内挥发出来的碱、氯、硫等有害成分，打破其窑内的内循环，同时最好采取窑灰不入窑，消除有害成分的外循环，达到减少窑尾，预热器结皮和窑内结圈、结球的目的。3、优化配料方案预分解窑配料率值一般应控制在KH=0.890.02，SM=2.51.0，IM=1.60.1 的范围，并根据原燃材料变化及时调整率值，使液相量始终处于合理的范围内，保持入窑生料成分的稳定。124、减少生料化学成分的波动为此，我们从原料进厂抓起，严把原料进厂关，不允许不合格原料进厂，对化
21、学成分差别较大的原料“分堆存放，搭配使用” ，尽量使其化学成分稳定；加强堆取料作业，尽量减少物料粒度，减少物料颗粒离析现象，提高原料预均化效果；由于窑灰加入生料均化库，其在生料均化库内产生颗粒离析现象，窑灰不易被混合均匀，从而造成入窑生料成分的波动，特别是生料磨停磨时，生料均化库内会富积很厚的窑灰层。所以将窑灰加入出磨水泥中，不回生料均化库可稳定生料质量。同时加强生料均化库的均化设施，进一步提高生料的均化，从而稳定入窑生料的化学成分。5、控制喂料量的波动从我厂生产的实际情况来看，引起喂料量波动大的主要原因有两方面：固体流量计故障引起的波动超过控制范围；生料计量仓料位不稳造成的喂料波动。为此，我
22、们定期检查固体流量计的使用情况，校正其测量精度，同时保证生料计量仓中生料量大于 30t，保证下料量的稳定。6、稳定原煤质量，加强原煤均化，合理控制煤粉细度为此，我们厂曾经加强原煤的均化，改“露天堆场”为原煤的“预均化堆场” ，同时改进了原煤的堆、取料方式；固定原煤的进货渠道，尽量选用优质煤，稳定原煤的化学成分和灰分；并在能够满足生产要求的同时尽可能的降低煤粉细度；煅烧过13程中加强风与煤混合，尽量避免煤粉过粗而引起的不完全燃烧；如使用挥发分较低的煤粉，因其着火速度慢、燃烧时间长，火力强度不集中，应尽量降低煤粉的细度和水分。7、提高设备运转率，减少开停机次数加强设备的检修管理，提高检修质量，使检
23、修后的设备能很快进入正常工作，并提高设备的运转率，延长检修周期，加强了设备的多级巡检制度的落实，建立技术负责制和包机责任制，减少了机电设备和工艺故障的发生率，减少了开停机次数，提高了窑的运转率，减少了结球次数。8、尽量避免窑内结圈结球的条件具备后，正是结圈加剧了球的形成，所以要防止结球首先要防止窑内结圈。窑内结圈的预防一般可以采取以下措施：加强对原燃材料中有害成分的控制，选用优质原燃料，使入窑物料中有害成分稳定；调整入窑生料三率值，采用高饱和比、高硅酸率、中铝氧率的配料方案，使物料的液相量降低；加强对窑尾及预热器各级结皮的检查和清理工作，改善窑内通风状况，确保各级温度及负压正常；加强操作，稳定
24、窑的热工制度，避免结圈的产生。当窑内结后圈，可以通过冷热交替法处理。当窑内结前圈，可以通过调整火焰形状把圈烧掉，减少结圈对结球的影响；对喂煤系统进行改造，避免跑煤现象的发生；加强设备的管理，提高维修质量，提高回转窑的运转率，减少开停机次数。149、优化系统操作对于公司所有员工建立工作责任制，使其在工作岗位上认真负责，减少工作失误；建立必要的操作规范，对操作进行相应的优化。针对结球的问题，如在开始投料时，要保证系统蓄有足够的热量，等料烧住后再加料，而且要稳定加料的速率，保证入窑生料能够充分分解和煅烧；并严格控制窑速、拉风、投料量和煤量的匹配，严格执行“薄料快烧操作法” ，严格控制系统温度、压力和
25、各参数在相应规定的范围内，防止塌料现象的发生。总之，窑操作应当积极主动，不断地总结经验，并能对一些情况提前作出预判，且采取相应措施及时处理好风、料、煤、窑速的关系，稳定窑的热工制度，避免滞后操作引起窑况的大起大落。总之，窑内频繁结球、结大球的原因是相当复杂的。有时往往是几种因素共同作用的结果，因此，在频繁结球、结大球时必须对各个环节加以综合分析、论证，找到问题根源，并采取相应措施才能避免此类现象的发生。也只有解决好影响回转窑生产的一系列问题，才能实现预分解窑的优质、高产、低消耗和长期安全运转。参考文献：1 周沛 主编，水泥煅烧工艺与设备（水泥回转窑） ，武汉理工大学出版社，1993 年152 鲁铜 编著，预分解窑结球原因的分析，水泥技术，1999 年第三期3 赵华安 编著，预分解窑结圈结球处理，水泥技术，2001 年第六期4 天津水泥工业设计研究院 编著，预分解窑调试操作说明书，2004 年
