摘 要：还原熟料的危害很多，影响窑的产量、煤耗及热工制度的稳定，影响熟料、水泥的质量、外观颜色等。从煅烧角度、系统工艺参数的操作情况分析熟料烧成还原气氛的成因，提出对烟室圈梁进行改造的措施。改造后，窑内还原气氛得到彻底解决。
关键词：烧成系统；还原熟料；节能； 降耗
0 引言
我公司1#线6000t/d熟料烧成系统采用南京凯盛院设计的五级双系列旋风预热器、喷旋式在线分解炉、Ф5.2m×74m回转窑、第三代篦式冷却机等设备。于2007年投产，运行时常出现还原熟料现象，一直未得到有效控制消除。本文通过分析熟料烧成系统还原气氛的成因，提出相应的解决措施。
1 成因分析
1.1 从煅烧的角度分析
(1)风、煤、料配合不好。窑系统排风不够或喂料太多，窑头喂煤量过多，在一、二次风量不变的情况下，窑内氧含量明显不足，导致煤粉燃烧不完全而产生还原气氛；窑尾分解炉喂煤量过多，将导致预热器框架内温度升高，因而易在缩口、斜坡等部位产生结皮，影响了窑内通风，同样易使窑内氧含量不足，产生还原气氛；窑系统出现工艺故障，如窑内结大球、结圈或长厚窑皮，窑尾下料斜坡积灰等均可影响窑内通风，造成煤粉不完全燃烧易使窑内氧含量不足，产生还原气氛。窑尾任一部位通风截面积变小势必影响窑内通风，煤粉在缺氧状态下燃烧，窑况逐步变差，直至减料处理。强制加大高温风机拉风虽有所改善，势必增加烧成工序电耗，C1出口温度上升，引起煤耗增加，日常对烟室斜坡、分解炉下缩口、烟室侧壁等部位结皮、积料的清理尤其重要。
(2)燃烧器断面位置调整不当。燃烧器喷嘴愈接近料层，还原熟料生成愈多，以水平方向靠近料层尤甚。喷嘴靠近料层，火焰铺在物料表面上，火焰中的炭粒紧贴物料向前运行，由于火焰与物料表面间隙变小，氧气含量不足，因而在物料表面产生严重的还原气氛：未燃或正在燃烧的炭粒又容易落入熟料中，落入到熟料中的碳粒减少了与氧气接触的机会，因而产生还原气氛。特别是当煤粉细度过粗或使用低挥发分煤时，情况更严重。
(3)煤的燃烧性能差。影响煤的燃烧性能主要有原煤的质量，煤粉质量，二、三次风温，燃烧器性能等。原煤质量差主要是：煤的灰分大、发热量低、挥发分低等；煤粉质量差主要是指细度大、水分大等；二、三次风温低，主要是影响窑头温度，致使黑火头变长；燃烧器也影响煤的燃烧性能，好的燃烧器能使煤风混合充分而均匀，加速燃烧，改变煤的燃烧性能。当煤的燃烧性能变差，还原熟料生成量增高。煤粉的燃烧性能差，一方面燃烧速度慢，未燃尽煤粒可能落在物料之上(指出现液相后的物料)，形成还原气氛。
(4)工艺设备上存在一些问题。窑尾系统漏风、篦冷机锁风阀的失控漏风、三次风阀及撒料棒的失修使三次风量变大等，将直接导致窑内通风量减少，易使窑内产生还原气氛；燃烧器喷嘴的严重变形，影响风煤的混合和火焰形状，使火焰局部产生还原气氛；临时止料停窑次数多，有的停窑时间长，中间吹煤补火，造成煤粉大量落在物料上造成不完全燃烧，产生还原气氛等，这些都将导致还原熟料的产生。
(5)入窑生料质量的波动。入窑生料成分变化大，尤其是熟料中Fe2O3，含量的变化，Fe2O3含量大的熟料，燃烧过程中还原气氛更加敏感，黄心率大大增加，这主要是由于Fe2O3含量较大，，当处于还原气氛时，增加了三价铁离子还原成二价铁离子的机会和数量，导致黄心率增加。另外，在熟料Fe2O3含量正常情况下，随着CaO含量的增加，还原熟料量增加，主要是由于熟料中CaO含量增加，熟料的易烧性下降，相应地要提高烧成温度，从而增加了窑内的用煤量，当风煤配比不合理时，就产生还原气氛，从而增大了还原熟料的生成。
(6)原料中有害成分。原料中有害成分含量过高，尤其是硫碱比越高，越容易结皮，造成通风不良；加之碱、硫、氯的富集循环与二次扬尘形成的低共熔物造成长厚窑皮及结圈、结球，出现大料团等现象，尤其在长时间停窑保温时更为明显。
1.2 从系统工艺参数的操作情况分析
(1)生料喂料量和喂煤量大。生料喂料量大，烧成所需热量多，为保证预热器温度及烧成温度，势必要加大喂煤量，而喂煤量大，空气相对不足，煤粉不完全燃烧，产生还原气氛，为产生还原熟料创造了条件。在实际操作中，如不恰当地增大窑头喂煤量，将不可避免地产生还原熟料。
(2)系统压力工艺参数控制不合理。特别是窑尾压力，还有三次风压力等。窑尾负压一般在200～300Pa，当窑尾负压绝对值低于正常的工艺控制参数时，则窑内通风量减少，可导致窑内煤粉的不完全燃烧，产生还原气氛。在各风道和窑内通风畅通的情况下，三次风压力一般在-300～-600Pa，若三次风压力大，比如为-750Pa时，则从窑头抽风多，影响入窑的二次风量，造成窑内空气不足，同样会导致燃料不完全燃烧，形成还原气氛。
(3)系统温度工艺参数控制不合理。窑尾温度：窑尾温度一般在950～1050℃。当窑尾温度高时，分解炉缩口易结皮，影响窑内通风，为产生还原熟料创造条件。窑前(指烧成带)温度：当窑前温度高时，火焰发亮。如因生料KH值高、喂煤量大、内风过大、短火急烧，可产生致密性黄心料。
(4)篦式冷却机及窑内料层厚度的影响。当式冷却机篦速慢时，熟料料层厚，透气性差，二次风携氧量不足，易出现燃料不完全燃烧，为产生还原熟料创造了条件。另外，当回转窑的窑速慢时，回转窑内物料多，填充系数大，一方面减少了窑内通风面积，造成通风不良，不利于热传导；另一方面燃烧器喷嘴的位置与窑内物料的填充系数关系非常大，当填充系数发生变化时，相对使喷嘴接近了料层表面，燃烧器位置不合理，从而也为产生还原熟料产生了条件。
2 解决措施
2.1 烟室圈梁改造前调整
2.1.1 调整三次风阀
三次风管通风面积由60%调至30%，三次风减少使得尾煤燃烧不好，窑尾分解炉喂煤量过多，将导致预热器框架内温度升高，因而易在缩口、斜坡等部位产生结皮，影响了窑内通风，窑内还原气氛加重，煤耗升高，形成恶性循环。
2.1.2 增大高温风机拉风
窑尾强制拉风在通风面积不变的情况下，窑内风速加快导致火焰拉长，煅烧强度不够，烟室风速加快，系统物料内循环增加，导致分解炉负荷加重，结皮严重从而导致窑内通风进一步减小，无法彻底解决窑内还原气氛。同时，高温风机拉风加大，使C1出口回灰增加，降低熟料产量，增大熟料能耗，
2.1.3 调整燃烧器
将燃烧器从偏料位置调整至中心位置，使燃烧器喷嘴以水平方向远离料层。由于火焰与物料表面间隙变大，氧气含量相对增加，因而在物料表面产生还原气氛减弱：未燃或正在燃烧的炭粒落入熟料中的概率减小，还原气氛得到一定改善，但并未彻底杜绝。
2.1.4调整煤粉质量
为改善煤粉质量，降低出磨煤粉水分，提高细度，还原气氛得到一定改善，但煤磨台时产量有所降低无法满足正常的生产需求。
2.1.5 调整冷机
将篦冷机一段充气梁篦板结构优化改造，提升了通风面积。虽然供风量充足，但由于窑内通风截面积有限，窑头出现正压现象，故还原气氛不是冷机供风不足所致。回转窑窑尾圈梁改造图纸见图1。
2.2 烟室圈梁改造
公司在2021年初大修时对窑尾烟室圈梁进行改造以改善窑内通风。具体方案如下：将原先的圈梁直角改为斜面来增加圈梁至斜坡垂直距离增大200mm。
2.3 烟室圈梁改造后调整
(1)改造完成后窑内通风增大，降低了三次风的风量，窑尾烟室通风面积增大，降低了整个预热器系统的阻力，做出如下调整：①三次风通风面积由30%提至80%；②高温风机由89%降至75%。
(2)燃烧器依然保持改造前的中心位置；由于煤粉质量的提高降低了煤磨台时产量，对煤磨的选粉机、喷口环、液压站进行了优化升级改造。
2.4 改造前后效果分析
改造前窑尾烟室气体检测如图3，改造后窑尾烟室气体检测如图4；改造前系统参数如图5，改造后系统参数如图6。
从改造前后数据对比发现，烟室CO已经完全消除氧含量增加，氮氧化物明显升高，窑内烧成状况得到改善，由于烟室圈梁与斜坡垂直距离增加，将整个预热器系统的阻力降低，高温风机转速降低，C1出口风压降低，降低了系统能耗。尾煤用量从23t/h左右降至18t/h左右，头煤从13t/h降至12t/h，高温风机电流从315A降至217A，每天节电3万度左右。
3 结束语
本文针对生产运行时常出现还原熟料现象，一直未得到有效控制消除的问题，对熟料烧成系统还原气氛的成因进行分析，并提出解决措施。综上措施调整后，C1出口风压降低约700Pa，标准煤耗降低约3kg/t，吨熟料综合电耗降低约5kWh/t，窑内还原气氛得到彻底解决。 作者：李德良，董晓明
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