3200t/d回转窑煅烧水泥熟料过程中飞砂料产生的原因及防治措施浅析

曾  曦

    1.问题的提出

    我公司3200t/d熟料生产线由中材南京水泥设计院设计，于去年7月份正式点火并投料生产。从半年来的运行实践来看，系统匹配，运行良好，熟料质量相对也比较稳定。但从熟料形态来看，和其它单位的熟料实物相比较，单位熟料中飞砂料所占的比率较大（约占10%-15%），严重时飞砂料达到25%-30%以上。这些在烧成带细粒飞扬的飞砂料，既影响熟料的质量，也给回转窑操做带来了很多困难。本文拟在对飞砂料形成原因进行分析的同时，结合我公司3200t/d回转窑的运行实际，总结出防治飞砂料形成的一些措施，仅供大家参考。

    2.飞砂料产生的原因

    飞砂料是回转窑在运行过程中在烧成带产生的大量小于1mm的飘洒飞扬的熟料，这种形态的粉末状熟料依附于熟料之中，在各部位容易形成二次扬尘，而且对窑操、熟料运移、熟料品质等产生很大影响。究其成因，主要有以下几个方面：

     2.1：回转窑运行时在烧成带析出的液相量太少，容易产生飞砂料

    众所周知，新型干法预分解窑，物料在烧成带停留的时间约在10-15分钟左右，因而烧成带液相量产生的多少直接影响到熟料的结粒形态。如果液相量过多，则熟料易结大块；液相量合适，则是理想的结粒形态；如果液相量没有或者过少，则预分解后的生料中C2S及CaO粒子通过固相反应后形成大于1mm以上粒度的熟料几乎是不可能的，这样，这些细小的粒子就容易被窑内气体悬浮带入熟料，形成飞砂料。这是形成飞砂料的主要原因。

    与此同时，如果生料配料过程中铝酸率过高，这样烧成带液相量随温度的提高而增加的速度比较缓慢，这样，也容易产生飞砂料。

    另外，Fe2O3全部还原成Fe2O3的过程与烧成带的温度也有很大的关联，如果温度不合适，则还原气氛未形成，也影响熟料中液相量的析出，易产生飞砂料。

    2.2：回转窑煅烧过程中过渡带过长，也容易形成飞砂料。

    理想的回转窑煅烧过程要求是，在入窑生料中碳酸盐分解率达到30%-40%后，将窑长的一半作为分解带，控制过渡带长度，将物料由900℃升至1250℃的时间控制在5-6分钟，这样，所生成的中间相贝利特和游离石灰还没有足够的时间进行再结晶，碳酸盐分解所产生的表面活性和晶格缺陷得以保存，从而以利于形成均匀的熟料结粒及加速阿利特的形成，生成出结粒均匀质量稳定的熟料。

    然而，如果不控制入窑生料分解率，将入窑生料分解率提的过高，和回转窑长径比不适宜，就必然缩短了窑内碳酸盐的分解时间，即自然缩短了分解带的长度，而烧成带受火焰形状限制不可能随意拉长，这样的结果，就在无形中扩大了过渡带的长度，造成物料在900℃-1250℃的温度区间内停留时间过长。而这个温度区间内物料的扩散速度极快，就无法形成阿利特相，从而造成贝利特相和游离石灰的再结晶，形成粗大的结晶状态，降低了物料的表面活性和晶格缺陷活性。当物料到达烧成带时，再结晶的贝利特和游离石灰溶解速度变慢，使得液相量析出大量减少从而产生大量的飞砂料。

    2.3：如果配料过程里硅酸率过高，也会产生飞砂料。

    硅酸率直接反映了在低烧过程中或在煅烧带内固相和液相的比例。1400℃以上熟料中C3S\C2S及SiO2基本存在于固相中，而液相则全部包括了Ai2O3和Fe2O3.如果硅酸率过高，则液相量显著减少，无法形成较大颗粒，易形成飞砂料。

    2.4：熟料中的硫酸盐饱和度或硫碱比过高，也易形成飞砂料。

    熟料中硫和碱含量的一定比例谓之硫酸盐饱和度或硫碱比。如果原料和燃料中带入的硫比较高，而原料中碱含量又偏低，系统内SO2循环量就比较高。这样，就好造成熟料中硫酸盐饱和度或硫碱比比较高，SO3相对过剩，就容易产生飞砂料。据国外文献介绍：同样化学成分和碱含量的熟料，当硫酸盐饱和度有67%提升至140%时，0-1mm的熟料颗粒含量就会从10%上升到40%；当熟料中K2SO4含量由1.4%上升到2.3%时就要，就有0.4%左右的SO3过剩，就会造成碱以硫酸碱的形态存在，若液相中有有害的MgO存在，则液相粘度会随硫酸碱增加而成反比下降，从而产生大量的飞砂料。

    另外，熟料的欠烧、煅烧火焰形状不当、热工制度不稳、短焰急烧、SiO2含量较高，都容易产生飞砂料。这些都是熟料煅烧中的基本要素，在此不一一列举。

    3.避免飞砂料产生的防治措施

    3.1：配料方案的制定必须与回转窑的煅烧温度相适应

    3.1.1：必须对3200t/d熟料生产线各个主要部位的温度要求有一个明确的认识。我公司3200生产线根据窑型和窑衬窑皮的承受能力，烧成带温度宜控制在1380℃-1450℃之间，这样烧成带物料的化学反应速度和在烧成带的停留时间能基本相适应；窑尾烟气温度一般控制在950℃-1100℃为宜。如果过低则不利于物料传热和预分解，并限制了窑内通风和传热能力，影响到过渡带的长度。过高则会影响到烟室及上升管道结皮或堵塞；分解炉温度具体分布是：炉上部：气温850℃，料温820℃；炉中部：气温880℃，料温850℃；炉上部：气温850℃-900℃，料温880℃；炉下部：气温850℃-900℃，料温870℃。这样，气流温度略高于物料温度20℃-50℃，而CaCO3的分解温度一般为800℃-820℃，分解温度相对稳定，分解反应就会顺利进行；分解炉出口温度一般稳定在850℃-900℃，以保证不产生结皮堵塞而利于预分解；一级旋风筒出口温度一般控制在350℃，以利于物料的悬浮预热和排风机、收尘器的安全运转。

    3.1.2：必须对火焰形状有一个明确判定

    煅烧温度的控制与火焰温度及火焰形状密切相关。我公司使用的原煤发热量较高，煤粉细度控制较粗，达8.0（0.08mm筛余），水分较高，达4%-6%，而且使用的三通道喷煤管，一次风比例小，二次风比例大，煤粉的燃烧状况较差，火焰形状偏长。因而，必须控制煤粉细度至3.5-4.0（0.08mm筛余），水分2%-3%，并调整好燃烧器一二次风比例，基本上达到火焰形状粗短，才能确保各主要部位煅烧温度的实现。

    3.1.3：配料方案必须科学实际合理。

    确保生料饱和比(kH)达到0.97±0.01;硅酸率（SM）达到2.2 ±0.1；铝酸率(IM)达到1.2±0.1；熟料理论饱和比(kH)达到0.909±0.01；硅酸率（SM）达到2.3 ±0.1；铝酸率(IM)达到1.3±0.1。

    3.1.3.1：必须严格分析大宗原燃材料的物理性能和化学成分（表1）

    3.1.3.2：依据合理的煅烧温度制定合理的配料方案

    我公司结合煅烧温度确定了基本合理的三率值。但是，特别需要说明的是，为了保证熟料在烧成带合理的析出量，一定要注意确保合理的硅酸率和铝率。硅酸率太高则液相析出量太少；铝率太高则液相随温度增加的析出速度放缓，液相析出过程延长，不利于熟料结晶。国内要求大型预分解窑硅酸率在2.5%左右，从我公司实际来看，这个值偏高，易产生飞砂料。若果硅酸率控制在2.2%-2.3%之间，铝氧率控制在1.2±0.1，则熟料煅烧状况相对较好，飞砂料也相对较少，熟料强度和产量也能达到要求。

    3.1.3.3：必须考虑原燃材料中MgO、R2O和SO3的影响，以免这些微组分在煅烧过程中以液相出现，增加液相量并影响液相粘度以及液相的表面张力。

表2：燃材料中有害成分情况及控制参数

    3.2：避免高碱、高镁原料及高硫燃煤

    3.2.1：碱主要来源于粘土质原料，我公司所用粘土矿碱含量相对适中，K2O在2,15%左右，Na2O在1.36%左右，比较容易控制，通过定点采用，质量相对稳定。

    3.2.2：要注意石灰石中MgO的含量，采取多点采矿，搭配使用的方法，以免MgO含量过高，加上一定数量的K2O、Na2O和SO3相互作用产生粘散料，形成飞砂。铜矿渣中MgO含量偏高达5.52%左右，粘土中MgO含量也达3.07%，尽管掺加量很低，生产过程中一定要注意其影响。有的公司采用钢渣配料，MgO含量显著降低，有利于防治飞砂料的产生。

    3.2.3：在适当控制R2O和MgO的提升，提高窑速，提高煤粉细度，可改善飞砂料状况。如果煤粉在硫偏高，则适当降低饱和比，提高硅酸率，将火焰调整为低温长焰。

    3.3：尽量减少窑灰入窑量

表3：窑灰成分分析

    窑灰碱含量和硫含量均高于生料（约在5.2%-5.5%左右），易产生粘散料类型的飞砂。对于碱含量较低的窑灰，也要均匀掺入，这样，才能有效地避免飞砂料的产生。我公司窑灰成分构成和生料变化不大，除MgO偏高外，K2O约0.7%，Na2O约0,4%，应该尽可能回入均化库，尽量不要直接入窑。

     3.4：注意提高煤粉质量。

     尽量选用热值高、灰分及挥发分低的原煤，严格控制细度和水分，尽量使煤粉水分小于2%-3%，细度小于5.0-6.0（0.08mm筛余），避免形成还原气氛，造成飞砂。

    4.结束语

    本文参考有关文献，对3200t/d熟料生产线生产过程中产生飞砂料的原因进行了简要分析，并结合我公司原燃材料的实际状况，给出了解决和防治飞砂料的一些基本措施和要求，有关参数和调整过程还有待于进一步通过生产实践验证，希望各位同仁提出宝贵意见。总之，回转窑煅烧熟料是严格料、风、温度、气流压力有效融合的过程，处理任何问题，都必须从实际出发，从系统出发来全面考虑，这样才能全面有效地解决某一个存在于煅烧过程中的缺陷和问题的症结，切勿一叶障目。