引言
我公司2 500t/d水泥生产线于2003年建成投产，配套ϕ4m×60m回转窑。2015年将窑尾预热器系统升级改造为高固气比结构，烟室、C4/C5下料管和分解炉缩口等高温区域采用钢纤维浇注料。然而，钢纤维浇注料易烧损脱落，导致其表面凹凸不平，煤粉和物料易堆积形成结皮，特别是在窑工况异常或操作不当时，更易引起物料堵塞，影响窑系统的安全稳定运行。为有效解决这一问题，公司采用微晶纳米材料替代了钢纤维浇注料，取得了较好的效果，成功解决了系统结皮堵塞难题。
存在的问题
2.1预热器系统阻力高
我公司水泥生产线预热器系统改造为高固气比结构后，C1出口温度由350℃下降至~270℃,显著提高了系统的热效率，节能效果明显。但这一举措也导致系统阻力增大，C1出口负压高达~7 500Pa。
2.2物料成分变化大
受场地条件限制，公司未设计石灰石、原煤预均化堆场，这导致石灰石和原煤配比不稳定，进而造成入窑生料和煤粉成分波动大，窑系统运行工况不稳定，预热器系统各部位结皮严重，对熟料产质量和窑运转率产生了不良影响。生产线原料成分分析见表1，原煤工业分析见表2，结皮时的取样分析见表3。
2.3预热器系统结皮频繁
窑尾烟室、C4/C5下料管及分解炉缩口等高温区域采用了钢纤维浇注料，在运行过程中，分解炉缩口及烟室结皮频繁，导致系统通风量减少，严重影响了窑系统的热工稳定性，对熟料产、质量造成了一定的影响，严重时需停窑处理。结皮清理主要采用人工方式，属于高温且高危作业，存在较大的安全风险。当系统用风与燃煤量不匹配或燃煤性能发生较大变化时，烟室极易形成顽固性结皮，不仅增加了现场工人的劳动强度，若处置不当，还会造成生产线停窑。从2018年至2020年，因预热器结皮堵塞导致的停窑次数分别为3次、4次、3次，已严重影响了窑系统的稳定运行。
2.4浇注料脱落严重
在窑尾烟室、分解炉缩口、C4/C5下料管等部位，钢纤维浇注料损耗较大，导致壳体温度偏高。而局部浇注料脱落，还会引发壳体烧损的问题，进而出现严重漏风。
原因分析
3.1原燃材料质量波动引起系统运行参数波动
由于公司无石灰石和原煤预均化堆场，石灰石破碎后直接进入4个碎石库进行搭配，质量波动较大。同时，原煤堆场场地狭小，原煤无法按需搭配。原、燃材料质量波动引起系统用风、用煤、温度等参数频繁调整，易引起系统结皮。熟料烧成过程中，当有害成分循环富集到一定程度时，会生成氯化碱（RCl）和硫酸碱（R2SO4）等低熔点化合物。这些化合物会包裹部分生料粉并粘附在烟室内壁及C4/C5预热器锥体部分或下料管上，形成结皮；严重时会造成窑内通风面积减小，通风量不足，不利于煤粉的正常燃烧，从而影响系统正常生产运行。
综合分析结皮形成原因，主要是由于煤粉燃烧不完全导致局部高温；在高温状态下，R2O和SO3以气态形式和窑尾废气混合，并与生料换热；挥发物在生料表面冷凝后附着在烟室内壁、C4/C5下料管、分解炉缩口上，逐渐形成结皮。烟室温度越高，原燃材料中的硫碱含量越高，结皮越严重。结皮较多会导致窑内通风量降低、煤粉后燃，从而加剧结皮形成，形成恶性循环。
3.2钢纤维浇注料在预热器高温段应用效果不佳
在窑尾烟室、预热器C4/C5下料管、分解炉缩口等高温区域使用钢纤维浇注料后，易造成浇注料烧损脱落、表面凹凸不平，未完全燃烧的煤粉易在此处堆积燃烧，引起局部高温并形成结皮，处理难度大。此外，当投料和止料操作不当时，气流波动较大，也易引起物料堵塞，影响窑系统的正常运行。
解决方案
4.1使用微晶纳米抗结皮材料
微晶纳米抗结皮材料主要有微晶板和微晶浇注料，以碳化硅、氮化硅、奥沙、石英、微晶粉和少量的玻璃微珠等作为主体原料，具有较高的高温稳定性。此种材料应用于水泥窑烟室、分解炉缩口、C4/C5级下料管等部位时，在有害成分较多的环境下，材料不会与有害成分及生料发生反应，结皮没有稳定的着床基础，从而不具备结皮增厚的条件。
微晶纳米材料具有耐高温、耐腐蚀、热稳定性好等优良性能，非常适合应用于易结皮、需耐磨耐高温的部位，尤其适宜应用于烟室这种高温、酸碱变化及高低温变化频繁的部位。微晶纳米材料的理化指标见表4。
在施工过程中，微晶纳米材料采用工字型整体结构，具有强度高、使用寿命长，高温耐冲击、耐磨损、耐腐蚀等特点，施工简单便捷。高强度碳化硅复合而成的微晶结合高温陶瓷形成的微晶纳米材料，在高温下的抗压强度和抗折强度均较高，适用于高温下的酸碱腐蚀等场合。
4.2施工过程
在烟室和分解炉缩口等部位采用整体烧结内嵌结构的微晶板材（图1），将微晶板材内嵌于系统浇注料内部，微晶板材尾端通过耐热钢焊接在预热器外壳或锚固件上，逐层安装，并在最上面留空隙灌注浇注料。微晶板为矩形，应用于锥体部位时会产生很多大缝隙，施工过程中微晶板应尽量紧凑，锥体缝隙处应使用微晶浇注料作填充处理，微晶板施工照片见图2。
C4/C5下料管采用微晶浇注料施工，微晶浇注料由微晶粉、耐高温水泥、优质硅砂与水混合制成，填充在纳米隔热板和微晶板材内衬之间，微晶浇注料、不锈钢螺栓及微晶高温粘接剂将微晶下料管在一定的温度下结合成一个牢固的整体。将每根1m长的微晶下料管对接，连接处使用石棉绳密封并作气密焊接。微晶下料管从上向下安装，组装照片如图3所示。
改造效果
微晶纳米材料使用前后效果对比见图4。窑尾烟室、分解炉缩口使用微晶纳米板后，表面光滑，物料不易堆积，避免了结皮堵塞。C4/C5下料管使用微晶浇注料施工后，表面光滑，解决了C5下料管频繁堵塞问题，停窑后检查发现锥体表面光滑，结皮现象明显减少，且下料管表面温度大幅降低，散热损失减少。使用微晶材料前后，下料管隔热效果对比见表5。
06
结语
在水泥窑预热器烟室、分解炉缩口、C4/C5下料管等部位使用微晶材料后，有效解决了结皮堵塞问题，隔热效果良好，减少了壳体散热损失。系统运行期间，烟室压力平稳，未出现过压力增大现象。通过现场实际情况来看，应用微晶材料后，烟室、分解炉缩口及C4/C5下料管内结皮生长速度很慢，对生产影响甚微。这不仅增加了系统运行的稳定性，也彻底解决了结皮导致的非计划停窑问题。同时，提高了熟料产、质量，熟料标煤耗下降2.5kg/t。此外，工人的劳动强度和安全风险也大幅降低，为水泥窑的安全稳定运行提供了有力保障。
-END-
往期热门
作者：王志红，谈延成，铁晓红，范炬炜
所属：民和祁连山水泥有限公司
来源：《水泥技术》
如有侵权，请与我们联系！
