1000t预分解窑28至34m段结圈的原因分析和预防处理1

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1000t预分解窑28至34m段结圈的原因分析和预防处理1
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作者:-
作者:谢培顺单位:南宁正大建材有限公司
中图分类号:TQ172.622.26 文献标识码:B 文章编号:1002-9877(2003)07-0026-06
0 引言
截止到2001年末,我国已投产的1000t/d生产线有57条,熟料设计生产能力总计为1762万t/年[1],这些干法生产线投产后,几乎都遇到过窑28~34m段结圈问题,圈一旦形成,使该处的横断面积显著减少,对窑的热工制度破坏较大,轻则影响窑内通风,熟料产质量下降,重则阻碍物料运动,窑尾出现漏料,导致窑尾密封装置变形损坏,不得不止料处理,频繁结后圈,使窑的运转率降低,煤耗、电耗、砖耗大幅度上升,造成较大的经济损失。

引起结圈的因素很多,形成的机理也较复杂,它与原料性质、生料成分、燃料燃烧特性和燃烧状况、煤灰和生料组成、窑的操作和生产管理水平等有关。

本文通过对不同地域、不同时期投产的1000t/d窑出现的28~34m段结圈的原因进行分析,并结合生产实践的体会和认识,谈谈该段结圈的预防和处理。

1 结圈原因分析
由于预分解窑生料的预热分解在预热器和分解炉内进行,生料入窑时,已有90%~95%的碳酸盐分解。

回转窑的功能之一是将剩余的碳酸钙迅速分解的同时,石灰石质同粘土质组分间,通过质点的相互扩散,进行固相反应,形成C3A、C4AF、C2S。

因28~34m段正是固相反应带和烧成带交界的过渡带,这个区域内,物料一方面接受火焰辐射对流传给的热量,另一方面由于熟料矿物固相反应是放热反应,固相反应放出的热量约为420~500J/g,理论上放热量达420J/g时,就足以使物料温度升高300℃以上,物料从900℃升到1250℃的时间约为5~6min。

通常情况下,硅酸盐水泥生料在1250℃开始出现液相,因此在28~34m这个区域本应不存在液相的产生和固化过程,也就不可能结圈,但是由于原材料形成地质年代和岩相结构上的差异,物料组分中MgO、R2O、SO3、TiO2、P2O5等次要氧化物含量的不合理,生料成分波动大,窑内热工制度不稳定,燃料燃烧特性和燃烧状况差等方面原因,致使液相开始出现的温度降低,液相在固相反应带提前出现,为结圈创造了条件。

1.1 低品位石灰石的影响
根据资料[2]报道,从成岩分析,低品位石灰石是在不适合生物生长的深海还原环境下化学沉积而成:①SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaCO3及MgCO3等混合型沉积,没有生物的分异作用,再在较高的地温和巨大的地压作用下,CaCO3与SiO2、Al2O3、Fe2O3成分可以相互压溶化合在一起,造成CaCO3晶格十分不完善,甚至可以形成易烧的CaSiO3(硅灰石)、CaSO4、CaO·Al2O3、CaO·Fe2O3等矿物;②由于晶格缺陷,SiO2、Fe2O3、Al2O3、MgCO3、SO3、R2O、Cl-等复杂成分增加,使CaCO3分解温度和液相出现温度下降,这就易结圈。

如西北某厂1000t/d生产线于2001年11月份进入调试和生产阶段,调试期间频繁出现结后圈,最严重一次为2002年2月,刚点火35h就在窑32m处结圈,窑头返火严重,窑尾压力达-1500Pa以上,被迫停窑,冷窑后进去打圈,发现结圈处只有Φ800mm左右的孔,后又重复出现几次严重结圈,当时用的石灰石CaO仅为45%,SiO2等其他成分含量高达8%~9%,后经更换石灰石供应点,石灰石中CaO提高到48%以上,结圈现象减少。

1.2 粘土质原料的影响
试验表明:CaO在SiO2晶格中的扩散速度比SiO2在CaO晶格中高3~4倍,因此,SiO2相往往是生料活性的决定性因素,也是决定后圈能否形成的主导成分,我公司1000t/d预分解窑自1997年12月份投产,硅质原料一直由高硅粘土与中硅粘土两组分搭配使用,虽然不同点的中硅和高硅化学成分差异不大,如表1,但是,不同的点搭配粉磨出来的生料易烧性差异较大,结后圈程度也不一样,见表2。

表1 我公司不同矿点中硅、高硅粘土成分 %
矿点名称
Loss
SiO2
Fe2O3
Al2O3
CaO
MgO
R2O
Σ
砖厂中硅
6.45
68.17
6.94
15.30
0.08
0.45
1.27
98.66
平垌中硅
6.16
68.20
8.38
14.60
0.13
0.39
1.43
99.29
机场高硅
3.01
87.97
1.79
5.65
0.34
0.48
0.60
99.84
吴圩高速公路高硅
2.45
86.17
2.98
5.64
0.67
0.27
1.10
99.27
表2 我公司不同点粘土搭配煅烧情况
砖厂中硅+吴圩高速公路高硅
熟料升重高,易结蛋,不易结圈,fCaO易控,窑产量低
平垌中硅+吴圩高速公路高硅
熟料升重低,fCaO低,窑内不结圈,不结蛋,结粒细小,窑产量高
砖厂中硅+机场高硅
熟料升重低,fCaO高,窑不结蛋,但易在28m后结圈,窑产量中等水平
平垌中硅+机场高硅
熟料升重中等,fCaO易控制,20~25m不易粘挂窑皮,但28m后易结窑皮和后圈,窑产量高
1.3 MgO的影响
据有关资料报道[3],适量MgO(一般在生料中含量为1.6%~2.0%)可改善高硫碱比微组分对阿利特形成的不利影响,但是MgO含量超过3.0%以上,则液相出现的温度降低,并且液相量增加迅速,液相粘度降低,烧成范围变窄,窑皮增长。

河南新乡水泥厂1992年6月投产的1000t/d预分解窑工艺线[4],1994年12月,由于石灰石的变化,熟料中MgO含量升高,波动在2.6%~4.9%之间,操作过程中出现长厚窑皮,由正常情况下的16~18m拉长到24~30m,后圈高度达600mm,窑内经常出大球,窑系统热工制度紊乱,熟料结粒粗大且不均匀,出现明显轻烧现象,产量降低,常因大蛋和后圈而停窑。

我公司2002年7月18日零点班窑33~36m筒体温度最低为187.5℃,最高为304.6℃,看不到结圈,熟料产量42t/h。

白班9:00开始,入窑生料MgO含量慢慢升高,窑33~36m段开始长窑皮,至白班下班该段筒体温度最低处降为120℃,18日中班23:00,由于闪电下雨,高压电保护跳停,止火从窑头观察,窑33m处只剩下Φ1300mm的洞,且圈后有3个Φ950mm料球,来电后换用低镁石灰石库。

19日零点班圈处窑皮不长,至交班时,33~36m段最低筒体温度已上升到147℃,中班该圈全部垮掉。

7月18
日24h取样平均结果(见表3),熟料中MgO达5.25%,大大超出(正常熟料MgO约2.3%)控制值范围。

河南七里岗水泥厂[5]1000t/d预分解窑1998年有一段时间,经常在窑中大齿轮前约2m即34m位置结圈,造成回转窑不能正常运转,有时从点火到圈完全形成约50h,经取圈料进行分析(见表4),MgO含量有些偏高。

表3 7月18日熟料平均样分析结果
化学成分/%
率值
Loss
SiO2
Fe2O3
Al2O3
SO3
CaO
MgO
fCaO
Σ
KH
n
P
0.56
22.71
3.35
4.35
0.36
62.68
5.25
0.70
98.87
0.85
2.93
1.30
表4 七里岗水泥厂圈料分析结果
化学成分/%
率值
矿物组成/%
Loss
SiO2
Fe2O3
Al2O3
CaO
MgO
K2O
Na2O
fCaO
KH
n
P
C3S
C2S
C3A
C4AF
0.56
24.22
4.13
2.59
62.62
3.53
1.35
0.325
0.81
3.60 1.59 39.57 39.57
6.55
7.87。