熟料28d強(qiáng)度“夏季病”的探討與措施

  1、問題的提出

  每年夏季高溫多雨季節(jié)TS水泥廠的水泥熟料28d強(qiáng)度便出現(xiàn)下降的情況（見圖1），很多企業(yè)也同樣存在類似情況，不少企業(yè)將這個(gè)情況統(tǒng)稱為熟料的“夏季病”。我們對(duì)TS水泥廠熟料“夏季病”進(jìn)行了系統(tǒng)的分析和研究，并提出了有效的解決措施。

圖1 2004~2012年熟料28d抗壓強(qiáng)度月平均值

  2、影響因素分析

  一般而言，冬季與夏季對(duì)水泥生產(chǎn)產(chǎn)生影響的比較直接的原因主要有兩方面，即大氣溫度和降水量，相對(duì)于夏季，冬季大氣溫度低、降水量少、空氣濕度低；大氣溫度低有利于熟料冷卻，對(duì)于熟料慢冷現(xiàn)象有極大的緩解；降水量少有利于控制原材料水分，水泥廠常見的堵料、斷料等工藝事故減少，生產(chǎn)控制水平提高。

  據(jù)文獻(xiàn)介紹，大氣溫度升高后造成熟料冷卻速度變慢是“夏季病”一個(gè)比較主要的原因，而由于夏季工藝事故等影響燒成過程穩(wěn)定也是一個(gè)原因。兩個(gè)方面對(duì)于TS水泥廠熟料28 d強(qiáng)度的影響分析如下。

  2.1 大氣溫度對(duì)熟料質(zhì)量的影響

  2.1.1 大氣溫度變化對(duì)熟料冷卻效果的影響

  眾所周知，熟料從窯口出來進(jìn)入篦冷機(jī)后在高溫段需要進(jìn)行急冷，尤其是在出窯溫度降到400 ℃范圍期間，對(duì)于熟料質(zhì)量有明顯影響。快速的冷卻一方面可以避免熟料A礦晶型由水化活性較高的γ型向活性差的β型轉(zhuǎn)變，從而提高熟料水化特性；另一方面快速的冷卻可以使熟料中間相以玻璃態(tài)形式固定下來，從而提高熟料易磨性能，粉磨后獲得更好的水泥粒徑分布，有利于強(qiáng)度提升。

  2.1.2 冬季與夏季熟料的巖相對(duì)比分析

  熟料取樣采用的是25mm以下，總含量超過70%以上的正常結(jié)粒熟料，取樣可以表征主要熟料的特性。圖2和圖3分別為2012年7月份和2012年12月份熟料巖相分析（配料基本相同）。

圖2 2012年7月份熟料

圖3 2012年12月份熟料

  通過熟料巖相來看，無論是夏季最高溫度時(shí)的熟料還是冬季氣溫較低時(shí)的熟料，其熟料總存在有部分黑色中間相呈片狀析出，都沒有出現(xiàn)二次游離鈣，B礦表面多呈現(xiàn)平行雙晶紋，幾個(gè)特征都說明無論夏季還是冬季都不存在冷卻不好的現(xiàn)象，目前的第三代篦冷機(jī)在熟料結(jié)粒效果較好時(shí)的冷卻效果是可以的。

  從另一個(gè)角度來講，冬、夏兩季氣溫差別最大不過50 ℃，溫度波動(dòng)對(duì)于出窯熟料1100 ℃高溫來說較??；另一方面TS熟料生產(chǎn)線采用的是TC1164型篦冷機(jī)，是一款比較成熟的產(chǎn)品，風(fēng)機(jī)供風(fēng)量充分考慮了大氣溫度波動(dòng)對(duì)于進(jìn)風(fēng)量的影響，無論在夏季還是冬季都可以確保實(shí)現(xiàn)熟料快速冷卻，保證熟料質(zhì)量。

  2.1.3 生產(chǎn)線實(shí)測(cè)

  為了進(jìn)一步驗(yàn)證以上理論、數(shù)據(jù)分析結(jié)果，筆者組織了一次生產(chǎn)線實(shí)測(cè)檢驗(yàn)。

  實(shí)測(cè)時(shí)間：2013年8月24日

  試驗(yàn)地點(diǎn)：2500 t/d生產(chǎn)線

  氣溫情況：凌晨2:00~8:00，最低氣溫16℃；下午13:00~16:00，最高氣溫26 ℃

  生產(chǎn)情況：窯系統(tǒng)生產(chǎn)穩(wěn)定，窯當(dāng)日產(chǎn)量為2669 t

  取樣方法：

  1）2:00~8:00天氣溫度最低的時(shí)間段每小時(shí)取樣一次共取出熟料40 kg作為低氣溫熟料；取樣期間所有篦冷機(jī)冷卻風(fēng)機(jī)均保持100%的閥門開度。

  2）在13:00~15:00氣溫最高的時(shí)間段每小時(shí)取樣一次共取出熟料40 kg，作為高氣溫熟料；取樣期間所有篦冷機(jī)冷卻風(fēng)機(jī)均保持70%的閥門開度。

  檢測(cè)方法：

  1）使用顎式破碎機(jī)進(jìn)行破碎，經(jīng)過二分器分選后按照GB/T17671—1999《水泥膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn)方法 （ISO法）》進(jìn)行強(qiáng)度試驗(yàn)。

  2）兩個(gè)樣品分別進(jìn)行巖相分析、化學(xué)分析以及物理分析，化學(xué)成分以及物理分析數(shù)據(jù)見表1。

表1 不同大氣溫度燒熟料質(zhì)量分析

  從表1可見，在生產(chǎn)線穩(wěn)定運(yùn)行的情況下，大氣溫度改變約10℃、冷卻風(fēng)機(jī)閥門70%開度相比100%開度風(fēng)量減少約10%的條件下，熟料28d強(qiáng)度基本上沒有改變；從巖相分析來看也沒有出現(xiàn)慢冷現(xiàn)象，所以，我們有理由相信，熟料的“夏季病”與大氣溫度的變化對(duì)冷卻速度的影響相關(guān)性不強(qiáng)。

  另外，從熟料自身的傳熱速率上來看，結(jié)粒過大的熟料顆粒在沒有被破碎的條件下在篦冷機(jī)內(nèi)部是不可能被徹底冷卻好的，也就是說熟料的冷卻好壞與大氣溫度的關(guān)系并不是很大，而與熟料的結(jié)粒大小相關(guān)性很強(qiáng)， 25 mm以下的正常結(jié)粒熟料在正常工作的第三代篦冷機(jī)中幾乎不存在急冷效果不好的現(xiàn)象。但是，篦冷機(jī)高溫段冷卻風(fēng)機(jī)的供風(fēng)量大小和穩(wěn)定性與窯系統(tǒng)二次風(fēng)溫度有直接關(guān)系，所以在實(shí)際生產(chǎn)中篦冷機(jī)高溫段還是應(yīng)當(dāng)確?！昂窳蠈?，全風(fēng)量”操作，保證熱量回收效率和窯系統(tǒng)穩(wěn)定。

  2.2 空氣濕度變化對(duì)熟料28d強(qiáng)度的影響

  從熟料巖相上來看，冬季較冷時(shí)候生產(chǎn)的熟料A礦長(zhǎng)徑比和尺寸大于夏季熟料，B礦表面的交叉晶紋也多于夏季熟料，表明熟料燒成溫度高于夏季熟料，燒成溫度對(duì)于熟料強(qiáng)度的影響是最為直接和明顯的。冬季與夏季的自然條件還有另一個(gè)差別就是降水量（或大氣絕對(duì)濕度）差別比較大，所以我們認(rèn)為可以嘗試從兩個(gè)方面解釋這個(gè)現(xiàn)象：

  一方面空氣中的水分會(huì)經(jīng)過一次風(fēng)直接進(jìn)入火焰內(nèi)部，空氣絕對(duì)濕度增加會(huì)使一次風(fēng)帶入的水分增加，從而使火焰峰值溫度降低。我們將2011年全年熟料28d強(qiáng)度日平均值進(jìn)行排序后與當(dāng)日對(duì)應(yīng)大氣絕對(duì)濕度日平均值統(tǒng)計(jì)結(jié)果見圖4。從圖4中可以看出，隨著大氣的絕對(duì)濕度增加，28d強(qiáng)度呈現(xiàn)明顯的下降趨勢(shì)。

圖4 2011年全年空氣絕對(duì)濕度與熟料28d強(qiáng)度的對(duì)應(yīng)關(guān)系

  從圖4可見，夏季空氣的絕對(duì)濕度最高能達(dá)到30 g/m³，冬季最低僅僅為4g/m³；TS水泥廠2500t/d生產(chǎn)線窯頭一次風(fēng)機(jī)風(fēng)量為88.7 m³/min，變頻控制實(shí)際轉(zhuǎn)速達(dá)到77.8%，折合每小時(shí)入窯工況風(fēng)量為4140 m³，窯頭送煤風(fēng)機(jī)的風(fēng)量為36.7 m³/min，工頻控制，折合每小時(shí)入窯工況風(fēng)量為2202 m³，粗算一下光大氣水分的波動(dòng)就可以實(shí)現(xiàn)進(jìn)入著火煤粉的水分波動(dòng)在2%左右。有文獻(xiàn)說明煤粉水分每增加1%，火焰溫度降低10~20 ℃^[3]，應(yīng)該說大氣濕度的變化對(duì)于火焰溫度的影響是比較明顯的，在實(shí)際操作過程也會(huì)經(jīng)?？吹较掠晏旄G內(nèi)發(fā)紅的情況，這時(shí)就需要增加用煤量或者調(diào)整火焰。

  另一方面，空氣濕度較高、下雨較多的季節(jié)原煤水分比較高，該煤磨系統(tǒng)采用Φ2.8 m×8 m風(fēng)掃煤磨系統(tǒng)，由于煤磨烘干能力有限，入磨原煤的水分發(fā)生變化會(huì)對(duì)最終煤粉的產(chǎn)質(zhì)量有明顯影響。煤粉水分增加同樣會(huì)造成窯頭火焰峰值溫度下降。圖5和圖6分別為2012年煤粉水分的月平均值與熟料28 d抗壓強(qiáng)度月平均值。

圖5 2012年煤粉水分月平均值

圖6 2012年熟料28d抗壓強(qiáng)度月平均值

  從圖5、圖6和相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可見，雨季煤粉水分最高可達(dá)到2.8%，冬季最低可達(dá)到1.1%，最大相差接近2%，對(duì)于火焰峰值溫度的影響也是比較明顯的。煤粉水分較高的月份對(duì)應(yīng)的熟料28d強(qiáng)度相對(duì)較低，如從煅燒溫度的角度分析的話是非常切合的，所以有理由認(rèn)為：大氣濕度增加、原材料水分增加導(dǎo)致燒成溫度降低，是造成熟料煅燒效果變差、28d強(qiáng)度表現(xiàn)不好的另一主要因素。

  2.3 分析結(jié)論

  1）冬、夏季大氣溫度的變化對(duì)熟料冷卻速度的影響不明顯，不是熟料的“夏季病”形成的主要原因。

  2）大氣水分的波動(dòng)或使一次風(fēng)帶入水分造成煤粉的水分波動(dòng)在2%左右，對(duì)火焰峰值溫度影響比較明顯。

  3）雨季煤粉水分最高可達(dá)到2.8%，與冬季相比最大相差接近2%，對(duì)于窯內(nèi)煅燒溫度的影響也比較明顯。

  3、改進(jìn)措施

  3.1 建設(shè)原煤堆棚，提高雨季存煤能力

  在原有的露天堆場(chǎng)新建設(shè)了一個(gè)儲(chǔ)量達(dá)到2000t的煤堆棚，在下雨期間杜絕運(yùn)煤車進(jìn)廠；原煤在儲(chǔ)存的同時(shí)進(jìn)行晾曬，在保證煤水分達(dá)到內(nèi)控指標(biāo)的情況下才可以經(jīng)均化庫(kù)均化后入磨。

  3.2 改造煤磨系統(tǒng)，提高系統(tǒng)烘干能力

  對(duì)2500t/d生產(chǎn)線風(fēng)掃煤磨烘干系統(tǒng)進(jìn)行改造，將Φ2.8m×8m風(fēng)掃煤磨的烘干倉(cāng)、粗磨倉(cāng)和細(xì)磨倉(cāng)的長(zhǎng)度重新分配，增加粉磨倉(cāng)的長(zhǎng)度提高磨機(jī)粉磨能力，同時(shí)增加選粉機(jī)烘干風(fēng)管，充分發(fā)揮選粉機(jī)的能力進(jìn)行更大強(qiáng)度的烘干。改造前后煤粉指標(biāo)和運(yùn)行數(shù)據(jù)對(duì)比見表2。

表2 改造前后煤粉產(chǎn)質(zhì)量指標(biāo)對(duì)比

  改造完成后，煤粉細(xì)度變細(xì)，水分降低且穩(wěn)定，煤粉的流動(dòng)性更好，送煤風(fēng)機(jī)的電流波動(dòng)進(jìn)而也有所降低。

  3.3 優(yōu)化系統(tǒng)操作，提高燒成溫度

  調(diào)整燃燒器使用制度，根據(jù)不同季節(jié)采用不同火焰形狀，夏季多雨季節(jié)采用短粗有力的火焰，在保證窯皮的情況下使火焰加粗提高窯前溫度，篦冷機(jī)采用適度厚料層操作，提高二次風(fēng)溫度。

  4、改進(jìn)效果

  經(jīng)過調(diào)整后在夏季、多雨季節(jié)熟料28d抗壓強(qiáng)度下降的情況有所改觀，降低的幅度有所減小，整體強(qiáng)度有所增加。見圖7。

圖7 2013~2014年熟料28 d抗壓強(qiáng)度月平均值統(tǒng)計(jì)