水泥资料之窑系统正常生产工艺操作管理.docx

一、窑系统主要工艺参数的设定和控制从预分解窑生产的客观规律可以看出，均衡稳定运转是预分解窑生产状态良好的主要标志。生产实践表明，日常生产中使窑系统处于良好的生产状态，主要通过以下窑系统中工艺参数的设定和控制来实现的。（1）烧成带温度的判断和控制（2）预热器系统工艺参数设定和控制（3）窑速和生料喂料量设定和控制（4）冷却机的工艺操作它们调节控制的目的是从窑系统的热力平衡规律出发，完成对全窑系统“前后兼顾、综合平衡”，使窑系统保持最佳的热工制度，提高熟料的产量和质量，降低系统能耗，实现持续地均衡运转。1、烧成带温度的判断和控制窑内的烧成带温度，直接影响到熟料的产质量、熟料的热耗和耐火材料的长期安全运转，掌握好烧成温度，稳定热工制度是窑系统工艺操作的主要任务之一，根据生产实践表明和理论分析，烧成带温度的判断和控制主要通过窑头火焰、窑尾氧化氮（NOx）浓度、窑电流三个参数变化来判断，通过调整喂煤，喂料，窑速度等实现控制的。1.1 窑电流（对烧成温度反映权值为50%）由于煅烧温度较高的熟料，被窑壁带起得较高，因而其传动电流较煅烧差的熟料为高。故此结合窑头火焰温度的测量和废气中NOx浓度等参数，可对烧成带物料煅烧情况进行综合判断。但是由于窑内掉窑皮以及喂料量变化、入窑生料成份波动等原因亦会影响窑转动电流的测量值，结合生产实践对窑转动电流变化的原因总结为：在某一操作状态下窑电流逐渐上升，可能原因有：（1）窑内煅烧温度平缓升高，窑况良好，有利于提高熟料煅烧质量。但操作中应防止物料“过烧”，把 f-CaO控制在合理范围之内，不仅保护耐火材料又降低系统热耗。操作中调节控制如：略降低分解炉出口温度的控制或减少窑头用煤量等。（2）生料喂料量与窑速未同步操作或调整。窑速设定控制过慢，或调整生料喂料量时窑速控制未作相应调整，使窑中物料填充率过大，导致负荷过大。（3） 熟料煅烧过程中，烧成带温度及NOx浓度变化不大，而窑电流上升，可判断为大量窑皮垮落，使窑转动产生偏心力矩，其电流上升。（4）熟料煅烧过程中，烧成带温度及NOx浓度大幅度下降，可判断为窑中后圈垮落，生料前移，电流上升。（5）生料成份发生波动，石灰饱和系数上升，物料易烧性下降，被迫提高窑内煅烧温度，导致液相增加，物料被窑壁带起的高度增加，窑电流上升。当在某一工艺操作状态下窑电流下降原因有：（1）窑内燃烧温度较低，熟料被窑壁带起得较低，致使窑况较差，不利于提高熟料的质量。操作应做相应参数调整。如略提高分解炉出口气体温度，增加窑头煤粉量，或略减窑喂料，加强煅烧改善窑况。（2）熟料煅烧过程中，烧成带温度、NOx浓度变化不大，篦冷机一段压力上升，可判断为前圈垮落，造成窑电流下降。（3）生料成份发生波动，石灰饱和系数下降，生料易烧性好，所需煅烧温度低，熟料易烧结，产生液相量相对较少，物料被窑壁带起的高度较低，窑电流下降，此情况要注意烧流。1.2 窑头火焰温度（对烧成温度反映权值为30%）窑头火焰温度通常以比色高温计测量，作为监控熟料煅烧温度的标志之一。正常熟料煅烧状况下，窑头火焰温度控制在1650-1750之间。根据生产实践表明窑烧成带火焰温度，仅可作为烧成带温度高低综合判断的参考，且要注意窑头飞砂对其准确性的影响。有些工厂没有安装比色高温计，可通过摄像头或现场直接看火来判断。火焰亮且集中，说明烧成带温度较高；火焰发暗且较散，说明温度不够。1.3 氧化氮（NOx）浓度（对烧成温度反映权值为20%）NOx的形成与O2、N2浓度及烧成温度有关。由于窑内N2几乎不存在消耗，故仅与O2浓度及烧成带温度有关。O2浓度高及烧成温度高，NOx生成量则多；反之减少。故以NOx浓度作为窑内烧成带温度变化的一种间接控制参数，且时间滞后较小，很有参考价值。在生产实践中NOx浓度除与O2含量及烧成带温度有关外还与以下因素有关：（1）石灰饱和系数；（ 2）分解炉出口温度；（3）燃料的喂入量；（4）不完全燃烧等。因此在工艺操作中结合以上控制参数，对烧成带温度作出正确判断，有利于熟料的产质量和系统耐火材料的保护。窑尾废气中NOx浓度控制范围一般在400ppm800ppm。2、预热器系统的工艺参数的设定和控制2.1 窑尾、分解炉出口或预热器出口气体成份窑尾分解炉出口或预热器出口气体成份的测量是通过装置在各相应部位的气体成份自 动分析装置检测的，揭示着窑内、分解炉等整个系统的燃料燃烧及通风状况。在工艺操作中结合三处气体成份分析，对窑系统燃料燃烧的要求是既不能使燃料在空气不足的情况下燃烧而产生一氧化碳，又不能有过多过剩空气增大系统热耗。一般窑尾烟气中O2含量控制在0.6%1.5%, 预热器出口气体中O2含量控制在2.5%3.5%。在工艺操作中预热器出口氧含量通过调节窑尾排风量来控制 , 使窑中保持通风良好状况。窑尾烟气中O2含量通过调节三次风管风门的开度或窑炉独立通风机转速来控制，使窑中通风和分解炉燃料燃烧用风两者平衡, 保证窑内的煅烧温度和防止烟室结皮。2.2 窑尾烟室及最上级旋风筒出口负压由于各级旋风筒之间互相关联，自然平衡。重点检测最上级旋风筒出口负压和窑尾烟室负压，即可了解预热器系统工况。在工艺操作中当最上级旋风筒出口负压和窑尾烟室负压上升时，其判断可能原因有：（1）系统通风增加，风速提高，系统压损增加。（2）结合气体分析结果和窑头罩负压，如果气体分析O2含量下降，NOx下降，窑头罩负压下降或正压时，判断烟室结皮过多或窑内通风不良。在工艺操作中当最上一级旋风筒出口负压及烟室负压下降时，需首先检查系统通风是否减少，检查喂料是否正常，各级旋风筒及分解炉漏风状况，如均属正常，则需结合气体分析成份确定窑尾排风量是否足够，适当加大窑尾排风保持窑内通风工况良好。2.3 各级旋风筒锥部负压各级旋风筒锥部负压表征了各级旋风筒的工况。在工艺操作中当某级旋风筒锥部负压下降或出现正压时，应结合该级旋风筒出口气体温度和下料管物料温度及下一级旋风出口 温度变化，判断该级旋风筒锥部是否因物料粘结或其它原因引起物料堵塞。2.4 最上一级旋风筒出口气体温度最上一级旋风筒出口气体温度一般控制在320360，它与窑系统预热器形式有直接联系，反映生料预热系统的热交换效率和气固分离效率，同时又反映系统通风量的大小，风料比是否合适。在某一操作状态下，其出口气体温度升高可能有以下几种原因：（1）生料喂入量中断或减少（2）某级旋风筒或下料管道堵塞（3）窑尾排风量过大，热量损失（ 4）现场下料管翻板阀动作不灵敏窜风。当其出口气体温度降低时，应结合系统有无漏风，其它级旋风筒温度酌情处理。2.5 分解炉出口气体温度在预分解窑中，分解炉出口气体温度表征物料在分解炉内预分解状况。随着预分解窑的发展，分解炉的形式多种多样，但炉内所进行的过程都是一样的，主要有气固分散、燃烧、分解、输送等。概括为：分散是前提，燃烧是关键，分解是目的。因此根据相关对分解炉工艺特性研究表明，当分解炉出口气体温度控制在860 890，能够满足入窑生料的表观分解率在85%95%之间时，对降低窑系统热耗有重大意义。在生产中，窑系统采用不同炉型完成生料的分解，分解炉出口气体温度随炉型不同而略有不同控制范围为860890。在工艺操作中，分解炉出口气体温度的控制，应严格遵守“风、煤、料平衡操作控制思想。依据于熟料煅烧质量和入窑生料成份波动情况对分解炉出口气体温度进行调节，控制在适当范围之内。防止分解炉出口气体温度过高使预热器最下级旋风筒及下料管物料粘结堵塞、烟室结皮增厚；分解炉出口气体温度过低会增加窑内热负荷，使熟料质量煅烧不好。2.6 窑尾气体温度窑尾气体温度与烧成带煅烧温度一起表征窑内各带热力分布状况，又同最上级旋风筒出口气体温度、分解炉出口气体温度一起表征预热器系统的热力分布状况。适当的窑尾温度有利于窑系统物料的均匀受热，并防止窑尾烟室、最下级旋风筒下料管道因超温引起物料粘结堵塞。生产实践表明，窑尾气体温度可控制在10501150，有利于窑系统的正常运行和热工制度的稳定。3、窑速和生料喂料量的设定和控制在预分解窑系统操作中强调风煤料三者的平衡及窑速和生料喂料量之间的平衡。它们对窑系统热工制度稳定、正常运行、熟料的产质量有重要意义。在工艺操作中窑速和生料喂料量同步调节，保证窑内物料填充率及荷载分布稳定，有利于熟料煅烧和降低系统热耗的观点是一致的。如在某一操作状态下，生料喂料量一定，窑速低于合适范围时，由于物料的移动速率变慢，窑内物料的填充率增加，通风面积减少易使燃料不完全燃烧产生还原气氛，且易形成未经充分煅烧的大料球，熟料易产生黄心料，严重影响熟料质量。4、冷却机的工艺操作冷却机的工艺操作过程是熟料煅烧生产控制的一个重要组成部份。冷却机的工况直接影响窑系统热工制度的稳定，从而影响熟料的质量。其工况的好坏主要从以下几个工艺参数反映。因此，对冷却机工艺操作主要通过对这些工艺参数的调节来达到稳定冷却机工艺操作的目的。4.1 窑头罩负压窑头罩负压表征着窑内通风大小及冷却机余风及三次风之间的平衡，工艺操作中通过调节冷却机余风排风量，控制窑头负压。一般保持在-50Pa-100Pa。工艺操作中不允许窑头形成正压，否则窑内飞砂料飞出会使窑头密封圈损坏，也影响人身安全及环境卫生，对窑头的比色高温计及电视摄影头等仪表正常工作不利。4.2 冷却机一室篦下压力冷却机一室篦下压力不仅反映冷却机一段篦床料层厚度，亦反映了窑内烧成带物料煅烧的状况。生产中对窑系统的正常操作很有指导意义。正常生产时篦下压力与篦床驱动速率构成自动控制回路。结合生产实践对冷却机一室篦下压力变化的原因总结为：（1）当烧成带煅烧温度下降，导致熟料结粒细小或生料成份波动影响熟料正常结粒，使冷却机一段料层阻力增大，篦下压力升高。（2）由于窑工况不稳定，出现跑生料、跨前圈及窑皮挂结不平衡频繁跨落，也会导致一室篦下压力大幅度升高，同时窑头罩负压也上升。跑生料时，篦下压力是先短暂升高后急剧降低。（3）当烧成带煅烧温度较高，熟料结料粗大时，料层阻力下降，一室篦下压力下降。4.3 冷却机一段熟料料层厚度冷却机一段熟料料层厚度的控制对入窑二次风温、三次风温及冷却机的热回收效率有直接影响。在工艺操作通过对各段篦床的驱动速率调节来控制冷却机的熟料料层厚度在合理范围。合理的料层厚度能够提高二、三次风温及冷却机的热回收效率，降低熟料热耗，稳定系统的热工制度。参考国内预分解窑系统冷却机工艺技术参数表明，一段熟料料层厚度稳定4000tpd以上控制在550mm700mm，4000tpd以下控制在300mm400mm。入窑二次风能够稳定在10001150，三次风温稳定在850900，冷却机热回收效率能够达到71%75%。4.4 冷却机余风温度冷却机余风温度一般控制在 250以下，其是衡量冷却机热回收效率及冷却机操作是否合理的一个标准。根据生产实践表明造成冷却机余风温度过高的主要原因及预防措施有：（1）冷却机驱动速率过快，熟料料层厚度控制太薄，使熟料在冷却机内冷却时间过短，熟料得不到充分冷却。其措施为：严格控制熟料料层厚度稳定4000tpd以上控制在550mm700mm，4000tpd 以下控制在 300mm400mm，延长熟料的冷却时间，使其充分冷却。（2）冷却机用风量不合理，主要表现为熟料在热回收区使用风量过少，使熟料得不到急冷，而在熟料中温区及低温区为加快冷却，又不得不加大冷却风量，致使冷却机余风温度上升。其措施为：合理控制冷却机在热回收区、中温区、低温区的风，其大体趋势如下图：图片二、熟料煅烧过程中的质量控制水泥的质量主要决定于熟料的质量，要获得优质的熟料，根据预分解窑生产的工艺特点，除要控制原材料和燃料外，还要有合格的生料，同时也要控制合理的熟料化学成分、矿物组成及率值。但熟料煅烧过程中质量控制直接决定于熟料质量的优劣，从以下两个方面简述：1、熟料煅烧过程中的质量控制的目的游离氧化钙（ f-CaO）的含量和熟料立升重是预分解窑熟料煅烧过程中检查熟料的重要指标。游离氧化钙含量过高影响到水泥的安定性和强度，严重时引起安定性不良，使水泥制品变形和开裂。熟料立升重的测量是检验熟料烧结过程中结粒的致密程度，确保熟料的强度，反映熟料的矿物组成，指导窑系统操作和配料。因此，熟料煅烧过程中的质量控制的目的是结合工艺生产条件及各项生产经济指标，通过对窑系统的正常操作控制游离氧化钙和熟料立升重在适当的范围内。一般预分解窑游离氧化钙可以控制在 1.5%以下，熟料立升重大于等于1250kg/L。但根据不同窑型的生产状况，不同水泥企业对 f-CaO含量、熟料立升重控制范围不尽相同。2、熟料煅烧过程中质量控制影响因素在窑系统工艺操作中，由于配料率值、生料细度和均化效果、燃料成分、煅烧、冷却制度、窑内气氛及不正常操作的影响，会使烧结熟料的f-CaO含量、立升重的检测结果不在熟料质量控制的指标内，造成生产工序质量事故。因此，在窑系统工艺操作中，通过分析各相关工艺参数，判断造成生产工序下质量事故的影响因素，作出响应的工艺调整是非常必要的。2.1 配料率值的影响率值表示熟料各氧化物之间相对含量的系数，用来控制矿物组成，满足熟料的强度的控制。在窑系统操作中，常因生料的率值的波动而导致窑热工制度的破坏，一般生料的饱和比高，会导致生料很难烧，f-CaO偏高，操作员被迫增加喂煤，从而很容易烧坏窑皮；AM过低，会导烧结范围变窄，窑内容易结大蛋，严重破坏热工制度。2.2 生料细度和均化的影响生料细度和均化对熟料的烧成和熟料的质量均有重要意义，生料的细度控制在 12-14%（ 0.08mm 方孔筛筛余），如采用立磨细度可放宽到16%。生产实践表明主要有以下几种情况影响熟料煅烧过程质量的控制：（1）入窑生料细度过粗，使生料分解率下降，增加了 窑热负荷。在煅烧过程中反应不完全。CaO不能完全被吸收，易出现f-CaO含量过高。工艺操作上可以通过提高分解率，减轻窑负荷，稳定窑的正常煅烧温度。（2) 生料成分波动，主要由于生料均化库料位低或配料不稳定造成，煅烧过程中由于生料成分的波动，会给煅烧带来困难，严重时会造成窑热工制度的混乱，不利于窑系统的正常操作。工艺操作通过对主要工艺参数小幅度的调整。如适当减喂料，增加喂煤，稳定窑系统热工制度，加强煅烧。2.3 煤粉的影响煤粉对熟料煅烧过程的质量控制影响主要指煤粉的灰份挥发份、热值、细度、水份。国内水泥企业预分解窑大多使用烟煤做为燃料，煤粉制备采用风扫煤磨或立磨。煤粉细度控制范围为12%（0.08mm方孔筛筛余），水分控制范围1.0%以内。根据实践生产数据统计，由于煤灰的掺入，将使熟料石灰饱和比降低0.04-0.16，硅率降低0.05-0.2，铝率提高0.05-0.3。因此，在正常生产中，应使粉煤灰份、挥发份与配料率值相适应。如石灰饱和系数KH偏高，煤粉灰份偏低，熟料 f-CaO含量难控制。在配料上应降低饱和比或提高煅烧温度。因此在工艺操作中，结合煤粉的性质与入窑生料率值，操作上做相应调整，确定熟料煅烧温度，同时又要稳定系统的热工制度。2.4 煅烧温度的影响正常熟料的烧成都有一个温度范围（烧结范围），由于生料成分的波动，生料所需煅烧温度一般在1350-1450。窑温度控制过低，易出现欠烧熟料。CaO没有被充分吸收生成C3S，而以游离状态存，使熟料强度下降，煅烧温度控制过高，游离氧化钙很低，熟料结粒尺寸增大，致密难磨，易损坏窑皮，对耐火材料的保护很不利。因此实践生产中，控制煅烧温度对熟料质量的控制至关重要。工艺调整的的方法是：通过窑电流、NOx 、窑头火焰温度这些参数判断煅烧温度的高低，调节窑炉喂煤量、生料喂料量，窑内通风量、二三次风温及窑速，把煅烧温度控制在适当的范围之内，避免物料的欠烧或过烧。2.5 窑内气氛的影响正常熟料是在窑内空气过剩的情况烧成的，即有足够的氧使燃料完全燃烧。窑内氧含量不足，燃料不完全燃烧易出现CO，形成还原气氛，燃料不完全燃烧，热量损失是窑内热力强度低，高价的过渡型元素被还原成低价的，生成异常颜色的熟料，如黄心料，同时由于窑皮中液相提前出现，粘度降低，使回转窑后结圈形成，又使窑内通风不良，还原气氛加重，如此互为因果，形成恶性循环，破坏了窑内的正常煅烧温度，使熟料质量难以控制。在工艺操作时，通过熟料的外观特征，及有关工艺参数，如气体成分的分析，如CO2、NOx含量降低，CO升高，窑尾烟室温度偏高，判断窑内有还原气氛，可通过改善窑内的通风状况，减少还原气氛的产生，如果因喂煤计量失真，煤粉燃烧不完全产生还原气氛，操作中及时对喂煤量进行调整。2.6 冷却的影响预分解窑生产中，熟料的冷却主要是指出窑熟料在冷却机中快速急冷的过程，由于熟料在冷却过程中要进行液相的凝结与矿物的相变两个过程，所以冷却对熟料的质量有明显的影响。在保证熟料煅烧正常的条件下，工艺操作中重点是加强熟料的急冷，因为急冷具有以下明显的优点：a、防止熟料中的 C2S 转型，而使熟料粉化。b、急冷使熟料球产生内应力，提高熟料的易磨性。c、急冷可以减少C3A析晶，改善水泥的抗硫酸性能和水泥的安定性。因此在操作中常优化冷却机的操作，改善熟料冷却制度，加强熟料的急冷。