技术丨通过简单热工测定快速判断熟料线运行状态的要点分析

引言

热工标定是水泥企业中常见的诊断生产线运行状态的措施。通过热工标定，获取重要的热工参数，进而进行物料平衡和热平衡计算，指导技术改造和中控操作；但进行全窑系统整套热工标定，需要专业的技术人员。在实际生产中，可以着重对几个重要部位的测点进行测试，帮助企业快速了解熟料线的运行状态。例如通过测定烟室、分解炉出口的气体成分，指导进行风、煤、料的合理匹配；通过不同测点的氧含量，根据氧含量平衡计算公式，计算两测点间的漏风率等。本文对生产线重要部位的热工测试作一介绍，并对测试情况作一分析讨论。

预热器出口的O2含量通常控制在2%~3%之间，此值越大，说明整个系统的漏风量越大或者高温风机拉风过多，从而导致预热器出口的废气量增大，进而整个烧成系统的热耗增加。预热器出口废气量的值一般为1.35~1.45Nm3/kg.cl，废气带走的热量约占熟料热耗的20%~23%。若高温风机拉风适当以及系统漏风量低，可使预热器出口有较低的废气量，预热器出口废气量每降低0.1Nm3/kg.cl，系统热耗可降低10kcal/kg，cl。漏风率的计算可参考O2含量平衡计算公式：

例如若计算分解炉出口至预热器出口之间的漏风率，可通过气体分析仪测试两点的O2含量。若测试结果为分解炉出口O2含量为1.8%，预热器出口O2含量为2.8%，则两点间的漏风率为(2.8-1.8)/(21-1.8)×100%=5.21%。

漏风量若大，要严格检查窑头窑尾密封处以及预热器系统入孔门、翻板阀处等的漏风。此外，还要注意出口的CO的含量，此值越大，说明不完全燃烧的化学损失越大，CO的值控制在小于100ppm为宜。当然，一些企业使用含有热量的煤矸石作为部分生料，会导致出口的CO值增大，煤矸石燃烧一般发生在C2、C3级旋风筒，若想探究具体的燃烧部位，可对各级预热器出口的气体成分进行分析。

预热器出口的压力反映出整个系统的阻力大小，对于五级预热器来说，正常情况下要小于5.2kPa，但投料量一般比设计值偏大以及系统设计尺寸规格偏小，会导致此值有所升高，从而增加了高温风机的电耗。有的企业预热器出口负压达到了6.0kPa，甚至6.5kPa以上，反映出系统的阻力太大，此时可以减少投料量降下阻力；同时核对烟室缩口、烟室月亮拱至斜坡、以及旋风筒进出口等处的风速是否超出正常的范围，若风速过大，会导致较大的阻力损失，可在保证不塌料以及正常分离效率的前提下，对旋风筒进风口尺寸以及内筒等部位进行适当扩大。

五级预热器出口的温度一般小于320℃为宜，六级一般小于290℃。温度越小，说明系统的热交换效果越好，燃料燃烧产生的热量充分进行预热了生料，此时也为高温风机的运行营造了良好的环境。但值得注意的是，当投料量较大，系统内固气比升高，也会导致预热器出口的温度降低；此外若生料的水分较大，水分在系统内受热变成水蒸气的过程中会吸收部分的热量，也会导致出口温度降低，但此时会导致系统热耗增加，且内水的影响比外水更大。

预分解窑烟室的温度一般控制在1050℃，温度太高的话，加剧烟室结皮，从而导致有效通风面积减小，阻力增大；温度太低，又无法实现高温烟气向入窑物料间的传热。中控界面上显示的烟室温度，通常与实际有所偏差，一方面是因为热电偶插入烟室的部位容易包裹一层结皮，另一方面热电偶插入的位置不适当，若距离C5下料管太近，会导致此值偏小。通过现场标定对烟室的实际温度进行测量显得尤为重要，有的企业烟室温度达到1150℃以上，甚至更高，通常是煤粉细度偏粗、水分含量高，二次风温低、头煤偏多以及窑内填充率过大导致窑头燃烧器火焰偏长的原因；此外，也有可能C5下料管中含有部分未燃尽的煤粉在烟室重新燃烧。

通过气体分析仪测定烟室的气体成分含量，也是帮助我们了解生产线运行状态重要的热工参数。可利用O2、CO含量表征窑内通风大小；利用NOx含量表征燃烧器火焰温度的高低。烟室的理想02含量为1%左右，该值与中控操作风、煤、料的匹配有关。若三次风管闸板开度较小，窑内通风量大，此时烟室O2值偏高，炉温低，入窑物料分解率偏低；此外，窑头窑尾处的密封效果差也会导致烟室02含量高。同时根据测出的气体成分，计算出烟室的空气过剩系数α，α的值控制在1.05~1.10为宜。α较大，虽然有利于窑头煤粉的充分燃烧，但生成的烟气量过大，引起火焰温度下降；α较小，不利于煤粉的燃烧，导致熟料欠烧，无法满足C3S矿物生成所需的温度，从而熟料品质下降。

C5旋风筒出口的温度，在理想的情况下，应比分解炉出口低10℃左右。若Cs筒出口温度明显比分解炉出口温度偏低，可能因为一方面是C5筒内部发生了吸热反应，例如生料在分解炉停留时间较短，含有相当数量的生料在C5筒内部继续进行碳酸钙分解的吸热反应；另一方面要核对C5筒出口温度测点的位置是否距离C3下料管撒料箱的位置太近。分解炉出口的温度一般不大于880℃为宜，此值可保证生料中碳酸盐的充分分解，若值较大，尾煤喷入量较多，造成各级旋风筒出口温度升高，从而造成热耗增加。通过现场测定分解炉出口和C5出口的烟气温度，如果发现C5筒出口的温度高于分解炉出口的温度，即出现温度“倒挂”现象，说明煤粉燃烧不够充分，在C5筒内部继续燃烧，发生后燃现象。

分解炉出口的气体成分也尤为重要，O2含量一般控制在3%，CO<2000ppm以下。利用气体分析仪测定分解炉出口的气体成分，若O2含量较低，CO含量较高，要么尾煤喷入量较多，要么三次风闸板开度较小，供尾煤燃烧的O2不足。

通过对入窑生料以及C1~C5下料管内的物料取样进行烧失量分析，可帮助我们快速探明各级旋风筒下料管内物料的表观分解率，进而计算返混率大小，从侧面反映各级翻板阀锁风的效果，若锁风效果太差，利用大窑检修期间进行更换翻板阀。

出篦冷机熟料的温度可反映出篦冷机的冷却效果以及热回收效率的高低。对于运行良好的四代篦冷机来说，一般要求出篦冷机熟料的温度不大于环境温度+65℃。在出篦冷机斜拉链料斗处的熟料取样点进行取样，采用量热法测定熟料温度。熟料温度计算公式如下。

有些企业出篦冷机熟料有明显可见含有未冷却充分的红块熟料，测得熟料温度结果通常在150℃以上，甚至超过200℃，这说明出窑熟料的热量回收率低，这不仅造成热量的白白损失，也会导致熟料质量差，且对后续粉磨工艺不利。出窑熟料温度高通常是由于篦冷机冷却风量不足；窑头煤粉燃烧不完全，熟料裹挟未燃尽煤粉到篦冷机继续燃烧；熟料料层较厚，篦冷机篦速较快，熟料未得到充分冷却等原因导致的。在测得出窑熟料温度高之后，要加强重视，增大篦冷机冷却风量，优化中控操作管理。

除了熟料温度之外，熟料的外观形貌特征也是反映熟料线运行状态的重要参数。一般来说，熟料颗粒外观呈深黑灰色，圆而光滑且致密，粒径集中在5~15mm，粒径过大过小都反映了烧成系统存在不正常的工况。粒径过大，可能是烧成过程中液相量过多或者篦冷机配套的破碎机破碎效果差导致的，前者多和生料中Al2O3、Fe2O3、MgO以及有害组分含量高或者煅烧温度高有关。粒径过小，甚至有粉料存在，多和煅烧温度不足、液相量少以及飞砂料有关(见图1)。

此外，将大块的熟料砸开，察看熟料内部的结晶以及烧成情况。正常的熟料内部颜色应和外表一样呈深黑灰色且致密，当烧成工况不佳时，熟料内部会呈现黄心料(见图2)。

熟料黄心料会严重影响熟料的质量，黄心料的形成主要和窑内的还原气氛有关，当窑内通风量不足，生料中的Fe2O，还原为FeO；此外，煤灰沉积于熟料，液相量增多，过早出现大料团，也会导致黄心料的形成。当发现出现黄心料时，可以采取调整燃烧器风量和提高煤粉燃尽率等措施。

在生产现场对烧成系统重要的测点位置进行简单的热工测定，通过测得的数据，一方面可以对中控操作界面上显示的温度、压力进行核对；更重要的是，大多数企业并未配套在线气体分析仪，结合几个重要测点(烟室、分解炉锥部、分解炉出口以及预热器出口等)的气体成分，可以帮助我们进行风、煤、料的合理匹配以及更加合理的中控操作管理，而且也可以计算出漏风率的大小。此外，通过对入窑生料以及下料管内的物料进行烧失量分析，可以帮助我们了解各级下料管内的返混率，进而评判各级下料管内漏风的情况。出篦冷机熟料的温度和形貌特征也是重要的参数，通过测定来帮助我们进行操作篦冷机合理用风和料层厚度等。当然，我们只是在烧成系统重要的测点，通过简单的测定来快速评判熟料线的运行状态，要想系统的诊断烧成系统的问题，还得是进行专业的全窑系统的热工标定。

作者：杨超

所属：北京凯盛建材工程有限公司

来源：《中国水泥》

微信公众号：备件网（关注查询更多资讯）

（本文来源网络，若涉及版权问题，请作者来电或来函联系！）