结圈原因及处理

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泥厂回转窑内结圈、结球的原因及处理方法
" p7 f' }3 {- y7 t: M【中国水泥网】 作者: 单位:中国水泥技术网 【2011-06-23】
摘要：各种类型的水泥回转窑都遇到过结圈问题。结圈使窑该处的横断面积显着减少,严重影响窑内通风,阻碍物料运动,对回转窑的产量、质量、安全运转、煤耗、电耗均有一定影响。尤其频繁结圈的回转窑,不仅破坏了窑内正常热工制度,而且损害操作人员的身体健康,给生产造成经济损失。

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5 a/ D9 y$ _) h$ T! P3 P3 S& m　　各种类型的水泥回转窑都遇到过结圈问题。结圈使窑该处的横断面积显着减少，严重影响窑内通风，阻碍物料运动，对回转窑的产量、质量、安全运转、煤耗、电耗均有一定影响。尤其频繁结圈的回转窑，不仅破坏了窑内正常热工制度，而且损害操作人员的身体健康，给生产造成经济损失。

6 A  F5 M8 i& B- e. P" a2 W  y　　引起回转窑结圈的因素很多，它与原料性质、生料成分、燃料的灰分和细度、窑型、窑内还原气氛及热工制度等有关。在实际生产过程中，煅烧硅酸率高的熟料时，对减少结圈有好处，但是烧硅酸率很高的白水泥熟料也结圈。至于说煤灰的影响，但所有烧油的水泥回转窑同样也结圈。所以结圈问题比较复杂。现结合生产中的体会和认识，谈谈水泥回转窑结圈的预防和处理。

) ^3 u3 F9 `' x( d+ A: R　　1 结圈的形成
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$ T3 x/ d7 c3 s. I9 w% M+ t　　回转窑内形成结圈的因素很多，但液相的产生和固化是结圈的主要形成过程。而衬料温度、物料温度、煤灰和生料组成又是决定液相的生成和固化的主要因素。在熟料煅烧过程中，生料在1200℃左右出现液相，在1250℃左右液相粘度开始变小，液相量增加，由于料层覆盖温度突降，加之筒体表面散热，液相在窑壁上凝固下来，形成窑皮。窑继续运转，窑皮又暴露在高温中而被熔掉下来，再次被物料覆盖，液相又凝固下来，如此周而复始。如果粘挂上去的多，掉下来的小，窑皮就增厚，反之就变薄。在正常情况下，窑皮可保持在200mm左右的厚度。该温度条件及区域内若熔化和固化的过程达到平衡，窑皮就不会增厚。当熔化的少固化的多，其厚度增长到一定程度，即形成圈。当衬料与物料的温差大时，在足够液相的条件下，圈体越结越厚。

　　1.1     前结圈的形成

' o$ N6 u4 l7 e; p% l　　前结圈(又称窑口圈)，是结在回转窑烧成带末端部位的圈。在正常煅烧条件下，物料温度为1350～1450℃，液相量约为24%，其粘度较大。当熟料离开烧成带时，液相开始冷却，进入冷却带的液相已基本固化。在烧成带和冷却带的交界处存在着较大的温差，窑口物料温度高于窑皮温度。当熟料进入冷却带时，带有液相的高温熟料覆盖在温度较低的末端窑皮上，就会很快粘结、越粘越厚，最后形成前结圈。在煅烧过程中，当烧成带高温部分温度过于集中时，冷却带与烧成带交界处出现很大的温差，加之高温急烧液相量增多，粘度较小，熟料进入冷却带时，仍有大量液相迅速冷却在交界的附近，促进了前圈的增长。
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# {# k2 S! P% S* H　　1.2     熟料圈的形成
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　　熟料圈(又称二道圈)，是结在窑内烧成带与放热反应带之间的圈，也是回转窑内危害最大的结圈。在熟料煅烧过程中，当物料温度达到1280℃时，其液相粘度较大，熟料圈最易形成，冷却后比较坚固，不易除掉，在正常煅烧情况下，熟料圈体的内径部分，往往被烧熔而掉落，保持正常的圈体内径。如果在1250～1280℃温度范围内出现的液相量偏多，往往形成妨碍生产的熟料圈。熟料圈一般结在烧成带的边界或更远，开始是烧成带后边的窑皮逐渐增长，逐渐长厚，发展到一定程度即形成熟料圈。严重熟料圈的窑皮长度有的甚至长出正常窑皮长度的几倍。如某白水泥厂3.6m65m三级旋风预热器窑，在试产期间曾结过一次严重的熟料圈。窑内窑皮长达52m(自窑头护口铁测量)，圈体最厚处达1050mm。致使试产无法进行，被迫停窑处理。
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/ U0 j# i7 q5 q　　2 结圈的预防和处理

　　2.1 结圈的预防
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0 W# q( ~" w/ @& j) d' d　　前结圈和熟料圈形成的主要因素是由于物料在一定温度和区域内产生液相，在衬料与物料间温差大的条件下容易产生结圈。因此防止结圈的办法在于适当地减少物料中的初期液相量，尽量减少衬料和物料间的温差。
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) |8 {. l; S- L1 {　　(1)选择适宜的配料方案，稳定生料成分，提高煅烧操作水平。一般讲:烧高饱和比、高硅酸率的料子不易结圈，但煅烧很困难，对保护窑皮和熟料质量不利。而烧低饱和比、低硅酸率的料子，烧结范围窄，液相量多，结粒粗，煅烧不易控制，易结圈。烧高饱和比、低硅酸率或低饱和比、高硅酸率的料子都可易烧不结圈。因此配料方案应采用较高饱和比和较高硅酸率适当减少熔媒矿物的配料方案，对防止结圈有利。如某水泥2.5m45m五级悬浮预热器窑，投产两年多来的配料方案:KH=0.9±0.02，SM=2.0±0.1，AM=1.3±0.1。结圈频繁，台时产量低达7.0t/h。调整后的配料方案:KH=0.94±0.02，SM=2.4±0.1，AM=1.1±0.1，采用“薄料快转”操作，结圈问题基本得到解决，窑的快转率和运转率都有了提高，熟料台时产量稳定在10t/h以上。另外高铝氧率的料子C3A含量高，液相粘度大，易结圈。在配料方案中应在适当减少物料中液相量的条件下，降低铝氧率值。

　　(2)降低煤粉细度，加强风煤混合，消除不完全燃烧。煤粉细度粗，着火速度慢，燃烧时间长，火焰的热力分散。在二次风量不足通风不良的情况下，物料预烧不好。一次风量不足，风速、风压减小，风煤混合不好，容易产生不完全燃烧形成还原焰。尤其使用单通道喷煤管的回转窑，一次风中的氧很难达到火焰中心区严重缺氧，大量碳粒和CO不能在烧成带燃烧，而在分解带甚至窑尾才燃烧。同时在烧成带产生大量CO，使物料中部分氧化铁被还原成氧化亚铁，形成FeO?SiO2低熔点的化合物。而FeO?SiO2液相在1100℃左右能促使硅方解石〔2(CaO?SiO2)?CaCO3〕的形成，而硅方解石在1180～1220℃的液相形成，最容易使烧成带液相提前出现，将未熔的物料粘结在一起，造成结圈。为此在生产中将煤粉细度控制在10%以下，同时改进单风道喷煤管煤风的喷射系统，或采用双风道、三风道喷煤管，确保煤粉充分燃烧，是防止结圈的重要措施。如某水泥厂4.4/4.15/4.4m180m湿法回转窑，曾使用一个喷嘴口径330mm，平头长750mm的喷煤管。煤粉灰分高达40%，煤粉细度13%左右，结圈频繁。经热工标定，测量一次风量16040Nm3/h，一次风速70m/s，二次风量205400m3/h。由于喷煤嘴口径偏小，一次风量偏小，一次风速较高，加之喷嘴平头太长惰性较大，煤粉细度较粗灰分大，造成黑火焰长，高温带热力集中，煤粉在射程内不能完全燃烧，火焰低温部分拖长，尾部热力分散，还原气氛浓厚，造成主窑皮短而薄，副窑皮长而厚，前结圈及熟料圈严重，限制了窑产量、质量的提高。后来改用口径为345mm、平头长550mm的喷煤管，煤粉细度降低到10%以下，煤粉灰分控制在30%左右。测量一次风量17500Nm3/h。一次风速63.6m/s，二次风量236470m3/h。窑内火焰顺畅、清亮、活泼有力，高温带位置合适，低温部分不拖长，主窑皮增长(10～12m)，副窑皮缩短(5～6m)，热力在窑内分布合理，结圈情况基本好转，熟料产量、质量和运转率都有了提高。
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& s$ T1 l! D) y6 J1 f　　(3)在生产中要确定一个经济合理的产量指标，适当快速转窑操作，对防止回转窑结圈是一个有利措施。结圈大都在窑产量较高时形成的，往往都是由于增加窑产量的条件超过所规定的最高抽风能力，而造成燃料不完全燃烧的缘故。当窑产量增加到一定限度之后，用煤量增加，煤灰大量沉落，窑内还原气氛浓厚，操作上必然拉大排风，窑内气流速度增加，火焰拉长，液相提前出现，就容易形成熟料圈。为此在生产管理上要加强原、燃料质量控制，稳定入窑生料成分，保持喂料均匀，在加强预烧的基础上，采取薄料快转、长焰顺烧，稳定热工制度，提高快转率等措施，对预防结圈十分有效。

. u5 I8 I- a8 j" {# p$ E2 `+ Y2 j　　2.2 结圈的处理

: a8 ?6 x6 h) S3 I! s/ j　　在回转窑操作过程中，对已形成的前结圈或熟料圈，要做到及时发现、及时处理。在处理结圈时，一般是采用冷热交替法，尽量加大温度差，使圈体受温度的变化而垮落。

7 o' Q/ x+ R3 ~　　2.2.1 前结圈的处理

- x9 s9 u' G# l5 J; U2 ?" d　　前结圈不高时，对煅烧操作影响不大，尚可增加烧成带料层厚度，延长物料在烧成带停留时间，减少烧成带向窑前辐射散热。但当前结圈结高时，既影响看火操作，又影响窑内通风及火焰形状，大块熟料滚不出来，易损烧成带窑皮及衬料。此时应调整风煤或移动喷煤管及时处理。
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) y. h% A' q& ]; V8 i5 s2 v　　(1)圈位距下料口较远，大都是在窑皮情况较好、煅烧正常、高温带位置合适、喷煤管长时间在里边时结的圈。处理时可不关排风、不减少喂料量，只要拉出喷煤管就可以烧掉。

　　(2)圈位距下料口较近，大都是由于窑皮情况不好，火焰过长，喷煤管长时间在外边时结的圈。处理有两种操作法:一是不减喂料的操作。当来料偏少时将喷煤管拉出，同时提高一、二次风温和增加二次风量，尾温偏下限控制，提高烧成温度，使烧成带前移，火点落在圈位上，逐步烧掉。操作中要及时加减煤量，掌握来料多少和火焰变化情况，发现火焰伸长或压缩要及时调整，防止损伤窑皮及轻烧品出窑;二是减喂料的操作。适当减少喂料量，减少二次风量，当尾温偏低时，将喷煤管拉到最外，待预烧较差的物料进入烧成带后，即可缩短火焰强制煅烧，使前结圈强火烧掉。此种方法是在拉出喷煤管无法烧到时被迫进行的。由于喷煤管拉出过多，加上生料很近，黑火焰很短，不可能维持正常火焰形状，操作中更要注意来料变化，加强勤看。
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% D" k/ {; p5 E6 \　　2.2.2 熟料圈的处理
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　　在处理熟料圈时，要根据圈体的特点和远近，分别采取不同的处理方法，才能达到较好的效果。一般采用冷热交替法处理，烧远圈时以冷为主，烧近圈时以烧为主。
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　　(1)当窑内窑皮长得长而厚或有轻度圈根时，将喷煤管偏外拉出，移动燃烧带位置，降低结圈部位温度，改变煤灰沉落位置，使厚长的窑皮逐渐垮落。调整风煤配合，加速煤粉燃烧，使高温带两端低温部分不拖长，防止圈根继续成长。
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) X7 w" ?) B+ w) S/ ~　　(2)当窑内厚长窑皮处理不当或不及时而导致周期性快、慢车加重，使厚窑皮发展形成熟料圈时。首先要确定圈的位置和厚度及圈后积料情况。然后减少喂料量，一般减少到正常喂料量的70%～80%。提高火焰温度，加强预烧，逐渐加快窑速，保持窑的快转，卸出圈后部分积料。待圈后积料减少时，可将喷煤管伸入窑内，适当抬高喷煤嘴，使火焰的高温区移向圈体处。此时排风不宜加得过大，防止火焰温度降低。烧4～5h后，再将喷煤管拉出烧，这样反复处理，使圈体受温度变化而垮落。在处理熟料圈时，要适当改变原料成分，减少物料中的液相量，适当改变煤的配合，采用高挥发物，低灰分的煤，保证煤粉完全燃烧，以防圈的发展。
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　　处理熟料圈时，一定要在保护窑皮的基础上进行，勿使火焰过分集中。经处理后圈根仍很牢固，而且严重损伤窑皮及衬料时，应停窑除圈。

　　3  结语

　　回转窑结圈的因素是多方面的，只要找出结圈的主要原因，本着“以防为主，以除为辅”的原则，煅烧操作中只有及时发现，及时处理，方法正确，结圈问题才能真正得到解决。从而实现回转窑的优质、高产、低耗、安全、文明生产。