5000t工艺指导手册（修改稿）

浙江锦龙水泥公司技术文件编号：001PAGE17PAGE40生产部修改编制第40页共40页5000t/d生产线工艺指导手册目录一、引言1二、水泥工艺流程介绍与基本原理2关于KH、LSF的解释2~5分解炉温度的控制5~9预分解窑预分解系统的堵塞及防堵措施

9~17预分解窑降低窑衬消耗的研究17~24预分解窑结皮机理研究24~34窑圈的生成过程和防止对策34~36新型干法窑系统操作的一般原则37快烧急冷是提高熟料质量的重要措施37~40一、引言本手册原文由海螺集团技术人员编制，个人针对本公司的工艺现状进行了修改，其内容适合中控窑操作员、窑系统岗位人员及相关工艺管理人员研摩，相信对各位提升技能和改善本厂工艺状况有些许的帮助，个人也乐意就本手册中的细节问题与大家交流，不恰当之处还请指正，个人将尽快修改，以免对他人造成误导。其中需要重点说明的是，因本厂生产时间较短，对于涉及科研的基础数据大都来源于别的同类型、同规模厂，仅用来针对具体问题进行分析，以方便大家对问题分析过程的理解。谢谢参阅！刘小俊2005-9-21二、水泥工艺流程介绍与基本原理以本公司带五级旋风预热器的回转窑系统为例介绍工艺流程，预热预分解系统是由预热器和分解炉构成，生料经C2~C1风管处的撒料装置充分分散后进入预热器。生料自上而下与自下而上的热气体在悬浮状态下进行换热，至四级旋风筒后入分解炉，在分解炉中生料吸收煤粉燃烧及窑尾废气中的热后大部分碳酸盐分解，再入五级旋风筒分离收集，然后经窑尾烟室喂入回转窑。入窑物料经回转窑高温煅烧，发生一系列固液相反应，形成高温熟料。出窑高温熟料入篦冷机进行冷却。窑头煤粉燃烧后，生成的高温废气经烟室从分解炉主炉底部入炉。在分解炉内，窑尾煤粉、三次风、预热后的生料及回转窑的高温废气，通过二次喷腾效应，实现气料的充分混合，完成燃料完全燃烧、物料充分分解。分解炉排出的气、料在C5旋风筒内分离后物料入窑；废气经各级旋风筒，自下而上与生料悬浮换热降温，最后从C1旋风筒排出，窑尾高温风机将废气送入生料粉磨和废气处理系统，当生料粉磨停时，废气全部进入废气处理系统。熟料在篦冷机的推动下向出料方向缓慢移动，同时与鼓入的冷空气进行热交换，形成的高温热空气在大窑门罩处一部分作为二次风入窑供煤粉燃烧，另一部分作为三次风经三次风管送入分解炉，排出的低温热空气入窑头电收尘器净化，再排入大气。本公司篦冷机采用了先进的充气梁技术，厚料层操作，冷却效率高，热回收效果好。充分冷却后的熟料经篦冷机末端破碎机破碎，通过槽式输送机送到熟料库顶，并入熟料库进行储存。熟料烧成及冷却系统工艺流程图见中控相关控制界面。（一）关于KH、LSF的解释制造硅酸盐水泥主要原料是石灰质原料（主要提供氧化钙）和粘土质原料（主要提供氧化硅和氧化铝，也提供部分氧化铁）。由于我国的粘土质原料及煤炭灰分一般含氧化铝较高，含氧化铁不足，因此，绝大多数地区需要铁质校正原料进行配料。生料的化学、物理和矿物性质对易烧性和反应活性影响很大，易烧性和反应活性可基本反映固、液、气相环境下，在规定的温度范围内，通过复杂的物理化学变化形成熟料的难易程度。在水泥熟料的煅烧过程中，温度必须很好地满足阿利特相的生成，生料的易烧性愈好，生料煅烧的温度愈低，易烧性愈差，煅烧温度愈高。一般在实际生产中，我们使用使用易烧性来表达水泥生料的易烧性。即在1350℃恒温下，在回转窑内煅烧生料达到CaO≤2.0％的时间，该时间的减少数值与易烧性的改善相对应。硅酸盐水泥熟料主要由氧化钙、氧化硅、氧化铝、氧化铁四种氧化物组成，通常在熟料中占95％左右。同时含有约5％的少量氧化物。它们不是以单独的氧化物存在，而是经高温煅烧后，以两种或两种以上的氧化物反应生成的多种矿物集合体，其结晶细小，通常为30－60um，可以说，水泥熟料是一种多矿物组成的结晶细小的人造岩石。熟料组成的选择，一般应该根据水泥的品种，原料与燃料的品质、生料制备、生料的易烧性与熟料煅烧工艺等进行综合考虑，以达到保证水泥质量，提高产量、降低消耗和设备长期安全运转的目的。(1)

KHa．公式：

从公式来看，它表示的是水泥熟料中的CaO总量减去饱和酸性氧化物（AL2O3、Fe2O3、SO3）所需CaO后，剩下的与SiO2化合的CaO含量与理论上SiO2与CaO化合全部生成C3S所需的CaO含量的比值。简言之，饱和比KH表示熟料SiO2被CaO饱和生成C3S的程度。

b.

公式的由来：在实际生产上硅酸盐四种主要矿物中，AL2O3、Fe2O3始终为CaO所饱和，唯独SiO2可能不完全被CaO饱和生成C3S，而存在一部分C2S，否则，熟料中就出现f－CaO。

c.

在熟料的形成过程中，碱性最高的矿物为C3S、C3A、C4AF

（2）LSF

a.公式：

由f。m。lea和t。w。parker根据CaO-Al2O3-SiO2-Fe2O3相的研究，提出硅酸盐水泥熟料中，虽可形成C3S、C3A、C4AF，不应直接按这些矿物成分来确定石灰最大允许量。由于熟料冷却过程中，不可能达到平衡冷却，这就可能析出f-cao，因此有必要控制石灰含量较低的数值。（3）总结从以上可以看出，KH实际上指的是“化学饱和”程度，当KH=1时，石灰石含量在化学上己达到最大饱和，SiO2和Al2O3都被结合到最高碱度的矿物（C3S、C3A）中。此时，如再增加石灰石含量，那真正是多余的了，即使在理想状态下，所增加的石灰量也只能以游离状态存在了。

LSF则是在工业条件下石灰的饱和程度。当LSF=1时，石灰含量只是在工业条件下达到最大的饱和，而在化学反应上并未达到最大饱和；此时，如能使熟料的烧成制度更趋于化学反应的理想条件，仍可增加少量石灰而不增加f-cao。总的来说，用KH表示熟料中，石灰的相对含量，其效果不如用LSF好；当熟料中AL2O3含量比较低（如低于5.2%）时，LSF与KH值很接近，此时用KH或LSF表示石灰的相对含量没有多大区别。但当Al2O3含量比较高时，则随着Al2O3的增加，LSF与KH的差别越来越大，在AL2O3>7%后，LSF与KH值就不能忽视。

生料的易烧性与石灰含量有直接关系，一般说来，随着石灰含量的增加，即随着LSF或KH值的增大，生料易烧性变坏，但当Al2O3含量比较高时，KH不能正确反映熟料中石灰的真正饱和程度，因而也不能反映出生料的煅烧性能。因此在实际生产条件下，尤其当Al2O3含量比较高时，用LSF值表示熟料中石灰的饱和程度比KH值更切合实际。这是因为LSF的计算式是以工业生产条件为基础而推导出来的；而KH的计算式则是假设Al2O3永远被CaO所饱和而推导出来的，这与实际情况不符。故Al2O3越高，KH的缺陷越显露出来。（二）分解炉温度的控制分解炉有多种型式,其结构性能虽有差异,但要起的主要作用却是相同的:要使燃料燃烧的放热过程与生料碳酸盐分解的吸热过程在其中以悬浮态或流化态下极其迅速地进行,使入窑生料碳酸盐分解率提高,从而减轻窑的热负荷,提高窑的运转周期,提高产质量。而分解炉的温度控制对整个预分解窑系统的热力分布,热工制度的稳定至关重要。

1

分解炉温度与燃料燃烧

分解炉的温度取决于燃料燃烧过程的放热速率与生料分解过程的吸热速率。当燃料燃烧放热速率慢,生料分解在接近平衡的条件下进行,分解炉的温度于860～920℃范围,燃料燃烧放出的热量就会迅速传递给生料,并被分解反应吸收。但是,当燃料燃烧速率大于生料分解过程的吸热速率,燃料燃烧的热量大于生料分解所需的吸热量,此时分解炉的温度就会超过平衡温度范围。

从燃料燃烧的角度来看,分解炉内燃料的燃烧与回转窑内燃料燃烧有许多不同之处。回转窑内燃料燃烧温度比分解炉内高得多,回转窑内燃料燃烧明显是受扩散控制的,而分解炉内燃料燃烧则有所不同。由于分解炉温度远低于回转窑内燃料燃烧温度,故煤在分解炉内的燃烧时间受煤种类的影响比回转窑内的影响大得多。如分解炉容积偏小的情况下,当使用低挥发分、高灰分的低热值煤时,还原气氛十分严重,将迅速导致结皮堵塞;而采用高挥发分、低灰分的高热值煤时情况则有所改善。煤粉细度对于回转窑内的燃烧是相当敏感的,因为其是受扩散控制,即受边界层扩散时输送速率的控制;而煤粉细度对分解炉内燃烧的影响就没有在回转窑内那样敏感了。

问题还要回到分解炉温度与燃料燃烧的关系上来。由于回转窑内燃料燃烧是受扩散控制的,增减10～20℃对于燃料的燃烧影响是甚微的。但在分解炉内则明显不同。如有的分解炉容积偏小,煤粉燃烬时间不足,以至还原气氛重,而降低分解炉的温度,如果操作人员减少分解炉用煤量,以图改变煤粉燃烧不完全、还原气氛的问题,但往往是事与愿违。因在不减产量的情况下,分解炉用煤减少,分解炉温度降低,煤的燃烧速度随温度降低而迅速下降,煤粉始终是燃烧不完全。所以适当增大分解炉的容积已成为一个发展动向。在分解炉偏小煤质差的情况下,可适当降产量,而不宜降低分解炉的温度。有条件的地方可以考虑适当增大分解炉的容积。

2分解炉温度与燃料用量比例及三次风温

分解炉与窑头燃料用量的比例对整个预分解窑系统的热力分布有着重要影响,而分解炉的燃料用量又与分解炉温度控制有关。以SLC窑为例,（不以TDF为例，仅为了探讨本小节的问题，因在我国SLC使用经验较TDF丰富，可从侧面反映本小节的问题同时也适用于TDF）该预分解窑在一定的范围内,分解炉的燃烧用量比例存在着一个最佳值。在该条件下,最佳值为约61.5%,此时其热耗最低。大于或少于此值,热耗均增加。也就是说,在一定产量范围内的某窑,分解炉喂煤量既不是越高越好,也不是越低越好。分解炉喂煤的比例与热耗的关系不是线性的,而是非线性的。有的厂统计得出两者的关系是线性的结论,认为窑头喂煤越多越好或分解炉喂煤越多越好,实际上是最佳值的某一侧,从而产生分解炉用燃料比例与热耗关系是线性关系的错觉而已。为何对于某特定的预分解窑其燃料用量比例存在一个最佳范围,高于或低于此最佳范围热耗会增加?尽管对于不同的预分解窑相应的最佳范围是不同的,但都应有类似的关系。

当分解炉喂煤量比例增大,即窑头喂煤减少。尽管窑列废气温度有所降低,但炉列废气温度都明显增高,炉列的废气量比窑列的废气量大,即总的废气带走的热损失是增加的。另外,分解炉加过多的煤,使废气中CO含量增加。反之,当分解炉喂煤量比例过低,同样也会使热耗增加。窑头烧过多的煤,窑列废气温度明显上升,废气中CO含量亦增加,导致热耗增加。而且这样做还会影响回转窑耐火材料的寿命,影响安全运转的时间。

虽然许多预分解窑并非是双系列的,但其本质是相同的。在一定的产量范围内,分解炉与窑头燃料用量比例都存在着一个最佳的范围,在此范围内就可为预分解窑的合理热力分布提供好的基础。分解炉燃料用量比例过高或过低都是不利的。

分解炉的燃料用量比例与分解炉温度控制又有何关联呢?具体对于SLC窑分解炉来说,是分解炉出口温度与其喂煤量比例的关联。则我们如果在该处设置了一个PID调节器,根据设定的温度由PID调节器自动增减燃料用量。自动模拟PID调节器有三种调节作用:

P作用(Proportional):比例作用,调节器的修正动作与偏差成比例。

I作用(Integral):积分作用,调节器的修正动作随偏差存在时间的延长而增大。

D作用(Derivate):微分作用,调节器的修正动作开始时较大,随后变小,偏差渐趋于零。

总的来说,PID作用为,修正作用在开始时大(D作用)随后减少到一个数值,此值与偏差成比例(P作用),但随时间再度增大(I作用),而且在有偏差时一直存在。

同时需要指出PID调节器有一定的时间滞后。如窑皮垮落,篦冷机内熟料层厚度、风量变化,从而导致进分解炉的三次风温波动变化,而PID就不能及时适应此变化。

进分解炉的三次风温对分解炉内煤粉的燃烧及分解炉的出口温度亦有着重要的影响。当窑头喂煤量下降,致使物料煅烧温度不足,一方面会影响熟料质量,另一方面使落入篦冷机的熟料温度亦降低,在同等的操作条件下,其三次风温降低。三次风温降低就会对分解炉内燃料燃烧产生影响,特别是对于挥发分低、灰分高的煤粉,影响就更为显著。SLC窑分解炉的喂煤点与喂料点较接近,生料碳酸盐分解大量吸热,若三次风温低,进一步延滞了煤粉的燃烧。此时即使在分解炉多加煤,煤粉燃烧也不完全,废气中CO含量增加,分解炉温度并不高。

适当提高及稳定三次风温,亦即提高及稳定了二次风温,对分解炉及窑头的煤粉燃烧有着十分重要的影响。在熟料温度、结粒情况及冷却用风量变化不大的情况,稳定一定的篦冷机篦底压力,意味着可保证篦床上的熟料层厚度一定,从而可得到稳定的二、三次风温,为良好与稳定的燃烧创造条件。

3

分解炉温度与末级旋风筒温度及物料、燃料情况

燃料在分解炉内燃烧放热,料粉在其中吸热分解;随后,气固两相流离开分解炉进入末级旋风筒,进行气固分离;分离后的物料进入回转窑,而气体进入上一级旋风预热器。在正常情况下,煤粉在分解炉燃烧完全,分解炉的出口温度会高于最末一级旋风筒下部及其物料的温度。但是,当分解炉内燃料的燃烧速度慢,燃料燃烧不完全,则未完全燃烧的煤粉在旋风筒内继续燃烧,此时则会使最末一级旋风筒下部及物料的温度比分解炉出口温度还要高。如煤粉质量明显下降,灰分高、热值低的情况下，预分解窑窑头喷煤管未能适应烧这些质量差的煤,熟料煅烧温度低，导致三次风温明显下降，而低的三次风温又进一步延滞了分解炉内煤粉的燃烧，这样可以说是雪上加霜。就这样,不完全燃烧的煤粉进入五级旋风筒内继续燃烧,五级旋风筒下部温度比分解炉出口温度还高。在这种情况下,废气中CO含量高,还原气氛重,易结皮堵塞,而分解炉的平均温度并不高,入窑物料碳酸盐分解率亦较低,熟料产质量下降。

还需说明的是,分解炉的通风量对分解炉出口温度及末级旋风筒下部温度亦有影响。即使分解炉的喂煤量、物料量不变,但通风量改变,亦会产生影响。当通风量过大,分解炉内气流速度过快,燃料及物料在分解炉内停留时间不足；反之，当通风量过小,供气不足,燃料燃烧同样受影响。总之,通风量的波动,窑风量与分解炉风量的分配不当,都会影响分解炉燃料的燃烧,从而导致分解炉出口温度与最末一级旋风筒下部温度的异常。

分解炉的温度控制还应考虑产量及物料的情况。当产量较低,即喂料量较小,回转窑的转速亦较慢,此时应相应降低分解炉温度。因分解炉温度过高,一方面会增加热耗,另一方面还不利于热工制度的稳定,不利于熟料烧成。反之，当产量较高,在分解炉能力许可的情况下应适当提高分解炉温度,减轻回转窑的热负荷。但是,当设备富裕能力小,超产时窑系统的平衡是相当脆弱的,遇到小小波动亦难以调整,故提高分解炉温度,提高产量需适度为宜。而当物料反应活性较差,如石灰石结晶状况较好,晶体尺寸较大,其分解温度较高。此时应在可能的条件下把分解炉温度控制高一些,以保证入窑物料的分解率。

（三）预分解窑预分解系统的堵塞及防堵措施

一、堵塞的时间和部位

预分解系统中，由于热力和物理化学作用在系统的局部造成物料结皮、堆积而使料流停滞，造成堵塞。

1.堵塞的时间

堵塞大部分发生在投料后不久、窑操作不正常、热工制度不稳、系统事故较多、开停窑较频繁时。这时由于风和料配合不当，忽大忽小，煤粉燃烧不完全及其它原因，很容易造成预分解系统堵塞。

2.堵塞的部位

预分解系统内很多部位都可能发生堵塞，但主要发生在分解炉上面的次末级和末级旋风筒内。各级下料管及翻板阀内堵塞，若发现不及时，有时能从下料管堵到预热器锥体，甚至整个旋风筒。分解炉及其斜坡、连接管道、变径管等处也很容易因料流不畅造成堵塞。

二、堵塞的原因

造成预分解系统堵塞的因素很多也很复杂，因而必须从工艺、原燃料、热力和物化作用、人的责任心及操作手段等几方面认真细致地分析研究。对每次堵塞的前兆都应详细记录，经过分析、研究找出原因，为以后生产中防止堵塞和出现堵塞时应采取的措施提供重要依据。

1.结皮造成的堵塞

结皮是高温物料在烟室、上升管道、旋风筒锥体内壁上粘结的一层层硬皮，严重的地方呈圈状缩口，阻碍物料的正常运行。随粘结的接连发生，使结皮层数和厚度逐渐增加，进而影响窑内通风，改变了预热器内物料和气流的运行速度及方向，最后因结皮严重而导致堵塞。

①局部温度过高造成的结皮堵塞

预分解系统温度过高而导致结皮的因素较多，其中最主要的因素是由于料量忽大忽小、煤粉在窑内和分解炉内燃烧不完全跑到预热器内二次燃烧、系统操作不稳定等造成预分解系统局部温度过高，构成粘聚性物质，粘附在预热器系统的内壁上而形成结皮。

在点火初期，由于煤粉在窑和分解炉内燃烧不完全，一部分跑到预热器内附在锥体和下料管壁上，当温度升高时，煤粉着火形成局部高温。导致煤粉进入预热器内的渠道有三：其一是由分解炉至末级旋风筒，再由上升管道上移；其次是由分解炉经次末级旋风筒下料管失灵的翻板阀上窜；其三是因窑内煤粉燃烧不完全，被带至窑尾和窑尾废气一起进入预热器内。这种不完全燃烧煤粉煤灰的掺入，能降低粘附温度，再加上局部高温很容易形成高温结皮堵塞。

片面强调提高入窑分解率以降低窑的热负荷，可导致分解炉用煤量过大，造成炉内温度过高，甚至物料出现液相，很容易形成炉内结皮；过量的煤粉在炉内来不及完全燃烧时，可被带至末级旋风筒内形成二次燃烧，导致末级旋风筒锥体及下料管局部温度过高，易结皮堵塞。

喂料量忽大忽小时，很容易打乱预热器、分解炉和窑的正常工作。加以操作控制滞后，有时加减煤不及时，跟不上喂料量的变化，甚至出现短期断料时也不能及时减煤。因此很容易因料小出现系统温度过高而造成结皮堵塞。

②有害元素及回灰造成的结皮堵塞

当原、燃料中的钾、钠、氯、硫含量高时，大量的碱便会从烧成带挥发出来进入气相。碱在气相中与氯和二氧化硫等发生反应，随气流至预分解系统，温度降低后，以硫酸盐或氯化物的形态冷凝在原料上。在K2SO4+Na2SO4+CaSO4混合物中，在较低温度下(800℃左右)即可出现熔融相，造成固体颗粒的固结。

它们通过多次挥发，循环富集，加剧了在高温时挥发、在低温时凝聚的过程。这些凝下来的物料粘附在预热器、分解炉及联接管道内形成结皮，若处理不及时，继续循环粘附，将导致预分解系统结皮堵塞。

电收尘器、增湿塔收集下来的物料含有较多已高温物化反应的料粉，有害杂质较多，处理不当，也易导致结皮。

2.漏风造成的堵塞

预分解系统的漏风是预分解窑的一大克星，系统漏风不仅能够降低旋风筒分离效率，增加热耗，而且还是造成预热器系统堵塞的一个重要原因。预热器系统的漏风可分为内漏风和外漏风。

①内漏风造成的堵塞

当旋风筒的翻板阀因烧坏或失灵时，现场通常采取吊起的应急措施，这样下一级旋风筒的热气流会经过下料管通过翻板阀漏入上一级旋风筒内。这种通过下料管排灰阀由下一级旋风筒漏入上一级旋风筒的漏风称为内漏风。它不但能降低旋风筒分离效率，增加循环负荷，也是短路、塌料、堵塞的原因之一。这是因为：下一级气体从下料管内经过时，会使预热器收集下来的物料重新上升，在预热器内造成循环。由于下料口处风速较高(达40米/秒)，气流浮力较大，没有相当数量的料子就不会向下沉落。一旦料子收集得过多具备了沉落的条件，便是一大股物料经过翻板阀落下，造成下料不均，分散状态不好，易使下料管堵塞(因下料管内径较小)，若处理不及时，将堵至预热器锥体，且清堵相当困难。

②外漏风造成的堵塞

所谓外漏风是指从预分解系统外，漏入预热器内的冷空气。它主要是从各级旋风筒的检查门、下料管翻板阀轴、各连接管道的法兰、预热器顶盖和各测量点等处漏入。以从预热器检查门、锥体底部法兰及下料口处的法兰漏风影响最大。

旋风预热器内气流运动复杂，加上粉体粒度分布宽，使其物料运动情况更加复杂。若预分解系统密封不好，漏入冷风，将影响物料在预热器内的运动轨迹，可能造成物料在下料口处堆积，导致堵塞。

在预热器锥体底部及下料口处负压较大，容易产生严重的漏风，而该处气体和物料的旋流随远离进风口而逐渐减弱，很容易受漏风的干扰，使已经与气流分离的物料产生较大的逆向飞扬，导致分离效果恶化。漏风严重时，几乎整个预热器锥体部分全部是这种“蓬起”的状态，只有极少一部分物料能排入旋风筒下面的集灰斗内，因而容易导致堵塞。

此外，当燃料有不完全燃烧时如与漏风中的O2化合，重新燃烧，发生局部高温结皮，或漏入冷风、降低温度，致结皮塌落而卡死下料管或排灰阀，均可造成堵塞。

3.机械故障造成的堵塞

堵塞的另一类原因是外来异物机械性堵塞。如：预分解系统的检查门砖镶砌不牢垮落；旋风筒顶盖、分解炉顶盖及内筒衬料剥落；旋风筒内筒或撒料板烧坏掉下；翻板阀板烧坏或转动不灵；检修时有耐火砖或钢铁件等落入预热器内未清理出来等。这些异物在开窑后或生产中容易堵塞下料管或锥体，造成预热器的机械堵塞。

有两种性质的掉砖：其一是在开窑前关闭检查门用砖封闭时不小心，或是在打开检查门处理堵塞时不慎，致砖掉入预热器内，或因检查门封闭不严，砌砖不牢，有时负压较大将砖吸入预热器内；其二是在正常生产中发生的衬料剥落或掉砖。剥落掉砖的部位通常是预热器平行管道的分料墙、进出口管道和站墙，预热器顶盖及内筒衬料等处。其主要原因有系统热工制度不稳、冷热交替较频繁；未留好膨胀缝；顶盖漏风；内筒受高温变形导致内衬开裂或在处理结皮时导致内衬同物料结皮一起落入预热器内。

旋风筒掉内筒被烧损后剩下的残片也能造成预热器机械堵塞。当该级旋风筒是并列两个时，若其中一个内筒烧扁，通过该筒的风和料减少，造成风料分布不均，则并列的另一个旋风筒通过的风和料就相应增大，并因此易导致堵塞。掉内筒造成堵塞主要发生在最末两级旋风筒，以末级最为严重。

此外，翻板阀本身结构不好，高温变形，配重不当，转动不灵有时也会发生机械性卡死进而堵死下料管。

4.操作不当造成的堵塞

由于操作员对预分解窑的工艺及操作特点不熟悉、不熟练、责任心不强或未遵守操作规程，可因操作不当或失误而造成堵塞。

①投料不及时

当分解炉点火燃料已正常燃烧，达到投料温度(900℃)时，一定要及时投料，否则易造成因预分解系统温度超高而结皮堵塞。

②下料量与窑速不同步

当窑运转不正常，热工制度不稳，需慢转窑时，若减料不及时，很容易因喂料量与窑速不同步，造成物料在窑尾烟室堆积，这时即使回转窑仍在运转，但堆积在窑尾的物料不能够很快地输送出去，易在烟室与窑连接处形成棚料现象，造成烟室及上一级预热器堵塞。

③风量过大或过小

当排风量过大时，固气比降低，气流温度升高，易形成由疏松到坚实的层状覆盖物，造成结皮堵塞。当排风量过小时，风速降低，难以使料团冲散，易形成塌料堵塞，或水平管道堵塞。

④窑、炉风量分配比例不当

由于岗位工对窑尾缩口闸板开度和入分解炉三次风闸板开度调节不当，导致窑、炉风量分配不合理，若窑尾缩口或分解炉入口风速过低或过高，容易造成物料在预分解系统内结皮、棚料或塌料，堆积堵塞。

⑤开停窑时排风量过小

因故需止料停窑时，排风量不能大幅度减小，若大幅度减小，易造成物料因风速过低沉积在水平管道内。重新开窑投料时，开始排风量也小，堆积在水平管道内的物料不能被顺利地带走，随着下料量的不断增加，堆积的物料越来越多，严重时导致堵塞。

⑥窑炉操作不协调

回转窑和分解炉的操作不能前后兼顾，片面强调窑内通风或系统负压，两者协调不好，很容易造成高温结皮、积料、棚料、塌料堵塞预热器。

⑦岗位工责任心不强

有时由于预热器的自动空气炮清扫装置及温度、压力仪表失灵，岗位工未能手动喷吹并定时巡回检查、活动各级翻板阀。当预热器出现异常时，未能及时发现和处理，导致系统堵塞。

5.设计不合理易造成的堵塞

系统工艺设计要为正常生产创造有利条件，某些部位设计不合理，将造成先天不足易发生堵塞。例如：

①预热器系统水平连接管道过长或连接管道角度过小；

②各级预热器的进风口高宽比较小；

③预热器锥体的角度较小；

④预热器内筒过长；

⑤预热器砌内衬时，锥体底部留有容积仓；

⑥电收尘器及增湿塔回灰不能均匀地掺入新鲜生料等。

三、防止堵塞的措施

1.开窑前系统检查

预热器系统检修完毕后，一定要对系统进行认真仔细的全面检查，并将各管道内清理干净。检查预热器内衬是否完好、牢固。

开窑前，应逐级检查排灰阀，转动是否灵活有无卡死或损坏。需要时进行配重调整，防止过重或过轻，造成机械转动不灵或封闭不好产生内漏风。调整配重时，应用手用力将排灰阀杆按到最低位置(即关闭时)然后放手，排灰阀应能自动回复一段位置。正常生产时如排灰阀能微微颤动，即为配重较合理。

2.系统密封

开窑前应将所有检查门、法兰、测孔、各翻板阀轴等处封闭严实，防止外漏风。在处理堵塞后，不能图省事而忽视检查门的密封。检查门密封时应先用耐火砖在门内封死，然后关闭检查门用新鲜生料掺水玻璃将所有缝隙封严。

3.稳定操作、加强责任心

每当开窑后温度逐渐上升，投料前后一段时间，应勤活动各处翻板阀，开动吹风装置以防棚料。

正常生产时，应严格按照各项规章制度和操作规程操作，保持温度压力合理分布，加强操作责任心，前后兼顾，密切协调，加减料要及时，风煤料要合理配合，喂料量与窑速要同步。因缺料或其它原因被迫减料时，排风不要大幅度减下来，防止因用风小而形成积料。要求岗位工要勤检查、勤联系、勤观察、勤活动。

4.提高原、燃料质量

应保证原、燃料成分均匀稳定，搭配合理。首先应限制原、燃料中有害成分的含量。我厂要求生料中碱含量(Na2O+K2O)＜1.5%，氯(Cl-)含量＜0.02%，硫碱比控制在0.85左右，燃料中硫(S)含量＜3.0%。

采取优化配料，调整熟料率值，保持液相量在24～27%。建议熟料采用下列率值：KH=0.88±0.01，n=2.5±0.1，P=1.5±0.1，即两高一中配料方案，使得烧成物料软而不粘，硬而不散。

提高煤粉质量是防止煤粉燃烧不完全造成结皮堵塞的一项措施。所谓提高煤粉质量，即要求降低煤粉细度到10%左右，降低煤粉水分到1.0%左右，避免用劣质煤和高硫煤。

四、堵塞的处理

预热器出现堵塞要尽可能地找出堵塞原因及时处理，防止处理不及时而结硬块。处理时可先用压缩空气吹扫，若堵塞不严重，即可吹通；若堵塞严重，应止料停窑，但不要停排风，将人孔门打开，用风管长铁棒等进行人工捅捣，也可适当采取“放水炮”的方法处理，但是一定要注意安全，捅后检查各处是否清理干净，各处压力是否恢复正常，干净、正常后方可升温开窑下料。若是因掉内筒、掉砖、掉混凝土块及其它杂物而造成堵塞，必须止料、停窑、加大排风，待预热器冷却后，方可进到预热器内去处理。

五、结语

导致预分解窑预分解系统堵塞的因素很多，所以要想操作好窑，必须严格管理，强化操作，搞好系统密封，加强岗位工的责任心，提高原、燃料的质量，选择合理的配料方案，稳定系统的热工制度。掌握规律，预防和处理好堵塞，保证预热器和分解炉的正常运转，对提高窑的运转率，保证生产、设备和人身安全有很重要的作用。（四）预分解窑降低窑衬消耗的研究

如何实现回转窑优质、高产、低耗和长期安全运转是水泥厂的永恒主题，而窑衬消耗是回转窑系统的主要消耗之一。窑衬消耗的大小不仅造成衬料的直接消耗，它还影响窑系统的运转率及开停窑次数，也制约着回转窑系统的达产达标。预分解窑窑温高、窑速快，且受挥发物侵蚀作用，因而如何降低预分解窑窑衬消耗是当前普遍研究和探索的重要课题。结合实际生产经验，并从窑衬的损坏机理分析，进行预分解窑降低窑衬消耗的研究探讨。

１窑衬损坏机理及影响因素

一般将预分解窑窑内分为４个带，即分解带、过渡带、烧成带和冷却带，亦有只将预分解窑划分为分解带和烧成带（包括放热反应带、烧成带、冷却带）的，就机理而言，两种划分法是一致的。四带中，烧成带窑衬最为关键。目前国内外在预分解窑烧成带主要采用碱性砖。

热、机械和化学３种因素构成了窑衬内的应力并导致其破坏。随窑型、操作及窑衬在窑内位置的不同，上述因素的破坏作用亦不同。其中起决定性作用的是火焰、窑料和窑筒体的变形状况，它们使窑衬承受各种不同的应力。对碱性砖，具体有８种破坏因素，即熟料熔体渗入、挥发性组分的凝聚、还原或还原

－氧化反应、过热、热震、热疲劳、挤压和磨刷。但这８种因素对窑内不同带砖衬的破坏作用各有不同，现就这８种因素损坏碱性砖的机理分别作一简述。

（１）熟料熔体渗入。熟料熔体主要源自窑料和燃料，渗入相主要是C2S、C4AF。其中渗入变质层中的C2S和C4AF会强烈地溶蚀镁铬砖中的方镁石和铬矿石，析出次生的CMS和镁蔷薇辉石(C3MS2)等硅酸盐矿物，有时甚至还会析出钾霞石；而熔体则会充填砖衬内气孔，使该部分砖层致密化和脆化；加之热应力和机械应力双重作用，导致砖极易开裂剥落。因C2S、C4AF在550℃以上即开始形成，而预分解窑入窑物料温度已达800℃～860℃，因此熟料熔体渗入贯穿于整个预分解窑窑内，即熟料熔体对预分解窑各带窑衬均有一定渗入侵蚀作用。

(２)挥发性组分的凝聚。预分解窑内，碱性硫酸盐和氯化物等组分挥发凝聚，反复循环，导致生料中这些组分的富集。由生产实践，窑尾最热级预热器中生料的R2O、SO3和CI－含量往往分别比原生料增至5倍、3倍～5倍和80倍～100倍。当热物料进入窑筒体后部1/3部位(800℃～1200℃区段后)，物料中的挥发性组分将会在所有砖面及砖层内凝聚沉积，使该处高度致密化，并侵蚀除方镁石以外的相邻组分，导致砖渗入层的热震稳定性显著减弱，形成膨胀性的钾霞石、白榴石，使砖碱裂损坏，并在热－机械应力综合作用下开裂剥落。因预分解窑从窑尾至烧成带开始整个无窑皮带，越靠近高温带，窑衬受碱盐侵蚀的深度越深，窑衬损坏就越严重，因此要特别注意对该部位窑衬的选型。

(３)还原或还原

－氧化反应。当窑内热工制度不稳时，易产生还原火焰或存在不完全燃烧，使镁铬砖内的Fe3+还原或Fe2+，发生体积收缩，而且Fe2+在方镁石晶体中迁移扩散能力比Fe3+强得多，这又进一步加剧了体积收缩效应，从而使砖内产生孔洞、结构弱化、强度下降。同时，窑气中还原与氧化气氛的交替变化使收缩与膨胀的体积效应反复发生，砖便产生化学疲劳。这一过程主要发生在无窑皮保护的镁铬砖带。

(４)过热。当窑热负荷过高，使砖面长时间失去窑皮的保护时，热面层基质在高温下熔化并向冷面层方向迁移，而使砖衬冷面层致密化，热面层则疏松多孔(一般易生于烧成带的正火点区域)，从而不耐磨刷、冲击、震动和热疲劳，易于损坏。

(５)热震。当窑运转不正常或窑皮不稳定时，碱性砖易受热震而损坏。窑皮的突然垮落，致使砖面温度瞬间骤增(甚至高达上千度)，而使砖内产生很大的热应力。此外，窑的频繁开停使砖内频繁产生交变热应力。当热应力一旦超出砖衬的结构强度时，砖就突然开裂，并沿其结构弱化处不断加大加深，最后使砖碎裂。窑皮掉落时带走处于热面层的碎砖片，使砖不断损坏。热震现象极易发生在靠近窑尾方向的过渡带区域。

(６)热疲劳。窑运转中，当砖衬没入料层下，其表面温度降低，而当砖衬暴露于火焰中，则其表面温度升高。窑每转一周，砖衬表面温度升降幅度可达150℃～230℃，影响深度15mm～20mm。如预分解窑转速为3r/min，这种周期性温度升降每月达130000次之多。这种温度升降多次重复导致碱性砖的表面层发生热疲劳，加速了砖的剥落损坏。

(７)挤压。回转窑运转时，窑衬受到压力、拉力、扭力和剪切等机械应力的综合作用。其中，窑的转动、窑筒体的椭圆度和窑皮垮落，使砖受到动力学负荷；砖和窑皮的重量及砖自身的热膨胀，使砖承受静力学负荷。此外，衬砖与窑筒体之间、砖衬与砖衬之间的相对运动，以及挡料圈和窑体上的焊缝等，均会使砖衬承受各种机械应力作用。当所有这些应力之和超过了砖的结构强度时，砖就开裂损坏。该现象发生于预分解窑整个窑衬内。

(８)磨损。预分解窑窑口卸料区没有窑皮保护，而熟料和大块窑皮又较硬，会对该部位的砖衬，产生较严重的冲击和磨蚀损坏。

２降低窑衬消耗的措施

在了解了窑衬损坏机理后，据此可采取以下措施，以降低窑衬消耗。

(１)注重衬料的选型和合理匹配。新型干法窑特别是大型预分解窑，使用了热回收效率在60%以上的高效冷却机以及燃烧充分且一次风比例较少的多通道喷煤嘴(火焰火力集中，灵活可调)；且窑头和窑罩又加强了密闭和隔热,因此,出窑熟料温度可高达1400℃,入窑二次风温可高达1200℃，从而造成系统内过渡带、烧成带、冷却带及窑门罩、冷却机高温区以及燃烧器外侧等部位的工作温度远高于传统窑。因此，烧成带正火点可使用直接结合镁铬砖、特种镁砖或白云石砖；正火点前后两侧，视设备、操作和原燃料情况，可采用与正火点相同的砖或普通镁铬砖；过渡带则主要使用尖晶石砖、富铬镁砖或含锆增韧白云石砖（本厂烧成带和上下过度带分别采用RHI公司的镁铬砖和尖晶石砖）。窑卸料口内衬是大型窑窑衬中最薄弱环节之一，新窑或规则的窑上可用碳化硅砖、尖晶石砖或直接结合镁铬砖。对窑口温度较低的窑，可使用热震稳定性优良的高铝砖或磷酸盐结合高铝砖；若窑口变形时则可用刚玉质或钢纤维增强刚玉质浇注料或低水泥型高铝质浇注料。

以上是预分解窑窑衬匹配的一般原则，部分大中型预分解窑窑衬的实际匹配使用情况有所不同。(２)把好进货质量关和窑衬施工质量关。要严格遵守“水泥回转窑用耐火材料使用规程”中的相关要求，选购耐火材料时，应要求供货商提供产品质量担保书，并应取样送有关权威监测部门复检，以杜绝假冒伪劣产品进厂。与此同时，对施工质量亦要进行严格的监督，以确保窑衬的耐火性、密封性、隔热性、整体性、耐久性。重点应对耐火泥的配制、砖缝和膨胀缝处理等一系列技术问题严格把关。首先，更换窑衬前要编制施工方案，按砌筑要求在窑内划出纵向和横向控制线；其次，每天召开有关负责人协调会，及时解决施工中出现的问题；第三是实行项目负责制，设立专人跟班监督；最后，要求砌筑选用耐火砖，不得缺角少棱。

(３)准确把握局部挖补与整段更换窑衬的界限。两者界定的一般原则为：掉砖处周围的厚度不低于100mm，且掉砖周围砖的结构未发生裂缝和排列错乱现象，这时可采用挖补的方法。否则就需要进行整段更换。正确的判断，不仅可以降低窑衬消耗，缩短停窑的时间，而且可提高窑的运转率。

(４)坚持合理的烘窑升温制度。窑衬砌筑好后还须妥善烘烤，烘烤时升温不能过快，以免产生过大的热应力而导致砖衬开裂、剥落。由于耐火砖的品种较多，根据实践及文献介绍，使用Ｂ型砖时，因砖数量较多

，

对砖衬膨胀的衬偿量较大

，按0.5℃／min～1℃／min区段内的升温制度烘烤时，砖衬内压应力总是低于砖的强度，非常安全。因此，预分解窑一般都选择Ｂ型砖作为窑衬。

窑内新砌碱性砖衬，烘烤时升温速度以30℃/h较为适宜，更换砖衬长度在30m以内时，取约50℃/h；停窑后燃烧带内仍保持300℃以上温度时可取约125℃/h。这样上述三种烘烤制度升温至1400℃所需的烘烤时间分别为48ｈ、25ｈ和10ｈ。对于能力及砖型更大的窑，还应增加10%～20%的烘烤时间。

烘烤时窑速的控制原则一般为：温度在300℃～500℃范围内每30min转窑1/3圈，600℃～800℃范围内每15min转1/2圈，900℃～1100℃范围内以最低速连续转窑，从1200℃至工作温度可渐增至正常窑速。若新砌的砖衬为高铝、粘土和轻质砖则应适当加快窑速，但应采取与砖质相应的升温制度。

有些厂在更换窑衬后急于投料生产，常采用6ｈ～8ｈ的快速烘窑制度，加之缺乏必要的措施来保护窑体和窑衬的安全，导致窑体及窑衬不必要的损坏。若欲快速烘窑，必须采取以下措施：①控制好窑体变形：控制好窑体，特别是从窑头起第二档轮带处窑体不变形，同时为了消除窑体和轮带升温过程中温差所造成的耐火砖及窑体的损坏，必须用风机强制冷却第二档轮带的两侧窑体。②控制废气温度：快速烘窑煤耗较大，窑气温度高，为了降低废气温度，开窑时就要开动增湿塔系统。③选用适当的耐火砖，碱性砖在工况下必须保持应有的结构韧性，显气孔率不能太小，厚度亦应严格控制。其中直接结合镁铬砖对6ｈ～8ｈ的快速烘窑不适应，应注意。

窑衬烘烤必须连续进行，直至完成且要做到“慢升温，不回头”。为此烘烤前必须对系统设备联动试车，还要确保供电。此外，停窑时窑衬的冷却制度亦对未更换的砖的使用寿命有很大影响，因此停窑不换砖时必须慢冷以保窑衬安全。对于大型预分解窑，在停窑时可用辅助传动进行慢转窑、扣风，并在24ｈ后方可打开窑门进行快速冷却。

(５)窑皮的粘挂及保护。烧成带及其两侧过渡带砖衬上窑皮的稳定与否，这是影响砖衬使用寿命的决定性条件。

新砖砌好，按正常升温制度达投料温度后，即进行投料。第一层窑皮的形成就是从物料进入烧成带及前后过渡带时开始，必须严格控制熟料结粒细小均齐，配料合理；耐火砖热面层中应形成少量熔体，使熟料与砖面牢固地粘结。粘结后，砖衬表面层温度降低，熔体量减少，粘度增大，粘结层与砖衬面间粘结力就越大；而熟料继续粘到新粘结的熟料上，使窑皮不断加厚，直至窑皮过厚，窑皮表面温度过高而造成该处熟料中熔体含量过多且粘度小，熟料不能再相互粘结为止。第一层窑皮粘挂的质量优劣对延长窑衬寿命有重要的作用。

窑皮实质上是窑料的流量和成分。窑正常运行时，入窑燃料的质和量及其燃烧性状，以及耐火砖在高温下的性态等是不断变化的。因此为了挂好窑皮且保护好窑皮包括补挂好窑皮，必须采取相应的保护措施：①砌完砖必须进行窑内清理；投料后应严格保证系统温度及烧成带温度，使第一批窑料和该处耐火砖同时处于良好的挂窑皮状态。同时挂窑皮时喂料量按正常量的80%即可。②开窑前要严格检查燃烧控制系统、喷嘴结构和位置及火焰形状，并使之保持正常。预分解窑挂窑皮时间一般为1ｄ。

(６)减少停窑次数，提高预分解窑的运转率。由于频繁的非计划开停窑，往往是紧急止料停窑，会造成衬砖热面迅速冷却，收缩过快，砖内产生严重的破坏应力。应力随多次停窑频繁作用于砖内，导致其过早开裂损坏。再次开窑时，砖热面层往往随窑皮剥落，还使窑衬内砖位扭曲，降低窑衬使用寿命。表３为某两个厂历年运转率与窑衬消耗的对应关系。

频繁开停窑多发生于系统存在重大问题或刚进行过系统检修期间，但通过采取以下系列措施可以减少停窑次数：

第一，在严把进厂配件、材料质量关的基础上，检修时实行每个子项目专人负责，并实行专业化管理，以确保检修质量，每次检修完毕后，应进行系统联动试车，以及时发现问题，及时处理。

第二，精心操作，根据入窑生料、燃料质量、熟料结粒状况等综合因素动态地调整系统，做到“预先小调整，防止大波动”，确保热工制度稳定，以避免系统大量掉窑皮。

第三，应坚持日巡检制度，要求各车间、专业、系统每日至少进行一次巡检，做到“全员参与，全面巡检”，发现问题及时处理，确保生产线正常运转。

(７)稳定窑的热工制度。窑在运转时，如热工制度不稳，会造成窑内衬料忽冷忽热，窑皮时长时塌，极易发生耐火砖开裂剥落、炸头等现象，使用寿命大大缩短。因此，必须采取以下相应措施：

①“五稳保一稳”，即入窑生料成分稳定，入窑喂料量稳定，燃料成分稳定，燃料喂入量稳定和设备运转稳定，只有实现这“五个稳定”，方能保证窑系统热工制度稳定。

②风、煤、料和窑速的合理匹配——四者相互联系又相互制约，必须相互适应相互匹配，才能保证热工制度的稳定。

③多通道喷煤管必须针对不同煤质、不同窑况等进行合理动态操作调整，得到一合适的火焰，以保证热工制度稳定。

④合理调整篦冷机的操作，保证稳定的二、三次风量及风温，同时兼顾与窑的同步操作，达到稳定热工制度之目的。

３结语

影响预分解窑窑衬消耗的因素较多，也较复杂，只有不断摸索，采用新技术、新材料和提高操作水平来满足不断发展的预分解窑，从而达到既可降低消耗，又可使窑系统均衡稳定的运转之目的。（五）预分解窑结皮机理研究

1结皮的分类

结皮是指生料粉与窑气中有害组分所形成的粘附在窑尾系统内壁的层状物。实践表明，预分解窑最易发生结皮的部位是窑尾烟室、下料斜坡、窑尾缩口、最低两级筒的下料管、分解炉内等处。结皮使通风通道的有效截面积减小，阻力相应增大，影响系统通风，使主排风机拉风加大。结皮增厚或塌落时，还容易发生堵塞。

结皮可以从质地的坚硬程度不同粗略地划分为两类：一类是质地比较疏松的(以下简称I型结皮)；另一类是质地比较坚硬的(以下简称II型结皮)。对于实际生产有较大影响的是II型结皮。因为I型结皮与器壁的粘附力比较小，在拉风过程中时挂时掉，几乎等同于生料粉，对生产的影响较小。但是II型结皮与器壁的粘附力比较大，一旦挂上便难以掉下，当其越挂越厚时，会影响系统的通风甚至堵料，这类结皮对于实际生产影响较大，即通常意义上的结皮。

两种类型结皮的比较

结皮类型

外表颜色

取样感觉

质地的坚实度

I型结皮

浅黄色

容易

疏松

II型结皮

灰黑色

困难

坚硬

结皮中挥发性有害组分的含量高于生熟料。由于生料中所含的碱、氯、硫等组分进入回转窑后，在窑的高温带挥发，以气态形式存在于窑气中，窑气在向窑尾运动的过程中温度逐渐降低，大约在700℃左右，窑气中的碱、氯、硫又可能化合为液态的盐类，并很快吸附于物料的表面。由于微细粉尘比表面积大，故吸附量更多。冷凝后的有害组分又随生料一起入窑，再次进行挥发、冷凝循环，所以结皮中挥发性有害组分的含量高于生、熟料。含硫矿物在结皮的硬化中起着十分重要的作用。对某厂不同时期的取样分析，II型结皮中的SO3、K2O、Na2O及Cl-含量比I型结皮高，它们的比值分别为：8.17/1.1=7.4；3.4/3.08=1.1；0.41/0.37=1.1；1.62/0.82=2，可见II型结皮与I型结皮相比，其中SO3的富集程度比K2O、Na2O及Cl-大。同时，I号结皮中未发现，但是在II号结皮中却发现了CaSO4及K3Na(SO4)2，也说明II型结皮中SO3含量高于I型结皮。这与化学分析的结果一致。从结皮的扫描电镜照片也可以看到，结皮是由KCl、CaSO4等相粘结生料粉而形成的。含硫矿物在结皮的硬化中起着十分重要的作用。由于硫主要来自煤，结皮中含硫量的增大除了与硫的循环富集有关外，还可能是由于窑、炉中煤粉燃烧不完全，在窑尾系统中进行二次燃烧，这一方面使得煤灰在生料中的掺量增加，另一方面产生的局部高温使挥发性有害成分的循环富集更加严重，这些都使结皮中的硫含量提高。

3)硅酸盐矿物的形成也导致结皮硬化。经过X射线衍射分析知道，结皮中含有大量的C2S，而1号窑的结皮中未发现C2S。这一方面说明硅酸盐矿物的形成对于结皮的硬化具有很大作用，另一方面也说明窑尾温度过高是导致结皮的重要因素。对于预分解窑来说，进入回转窑的粉料温度约为820～860

0C。结皮中含有大量的C2S，说明窑尾温度过高。操作实践也表明，窑尾温度有时达到1000℃。过高的尾温使生料粘性增加；有害组分可能融化而起到粘结剂的作用；煤粉在高温下也表现出焦渣特性，特别是在系统中还原气氛严重时易分解出煤焦油；局部高温使挥发性有害成分的循环富集更加严重，这些都使结皮更加容易形成与硬化。而尾温过高反映了窑、炉中存在煤粉不完全燃烧现象。

3预分解窑结皮机理

3.1挥发性组分的来源

在窑系统的废气中含有大量的挥发性组分，主要是碱、氯、硫，它们在整个系统中参与两种循环内循环和外循环。若丢弃窑灰，外循环则基本消除。但是，由于在预热器系统中氧化钾的冷凝率高达81%～97%，因而预热器废气中带出的碱、氯、硫等有害组分相当低，因而窑灰重新回窑产生的外循环，对于生成结皮的影响不大。由于预分解窑的结皮与有害组分有关，了解其来源很有必要。

1)碱的来源。碱主要来源于原料，尤其是粘土。化验结果显示，石灰石中碱为0.3%～0.8%，而粘土中的碱含量则为3.21%左右，证明碱主要来源于粘土。粘土中含有相当数量的长石，它是碱存在的矿物形式之一。在使用煤作燃料时，则少量的碱来自煤灰。碱在原燃料中存在的矿物形态还有：苛性碱(ROH)、氯化碱(RCl)、硫酸碱(R2SO4)及碳酸碱(R2CO3)和云母、伊利石等。2)硫的来源。粘土中含有少量的硫，燃料中带入的硫通常较原料中多。目前使用较多的燃料是煤。煤中通常含有C、H、O、N、S等元素。煤中的硫通常有三种存在形式：有机硫、硫化物中的硫、硫酸盐中的硫。有机硫和硫化物中的硫均能燃烧生成二氧化硫，所以又叫做可燃硫。

存在于硫酸盐中的硫不具有可燃性，在高温下，一部分会分解生成含硫化合物，而大部分留在灰分中。3)氯的来源。氯主要来自水溶性碱的氯化物，即通常以KCl、NaCl的形式存在于原料内。在生料中氯的含量通常比较低，但由于其蒸汽压高而容易挥发，使得氯的循环富集很严重。Ⅱ号结皮与入一级筒的生料中的SO3、K2O、Na2O、Cl-的含量之比值分别为：8.17/0.35=23；3.4/0.65=5；0.41/0.13=3；1.62/0.02=81。Ⅰ号结皮与入一级筒的生料中的SO3、K2O、Na2O、Cl-的含量之比值分别为：1.1/0.23=5；3.08/0.6=5；0.37/0.11=3；0.82/0.0072=114。两种结皮的计算结果都说明，Cl-在生料中的富集比其它组分严重得多。也正因为如此，KCl常常成为结皮的特征矿物。

3.2结皮特征矿物的研究

近年来，关于结皮中是否含有中间相的争论比较激烈。一般认为，结皮的主要矿物成分是硅方解石(2C2S·CaCO3)。中国建筑材料科学研究院曾对8个结皮试样进行了X射线衍射分析，结果发现大部分试样中都含有硅方解石(2C2S·CaCO3)。美国波特兰水泥协会(PCA)也认为硅方解石是结皮的主要成分。然而，国内有的学者指出，在结皮料中，硅方解石等过渡矿物的形成需要较长的时间，它们直接导致结皮的可能性不大。基于实验事实，经过我们检测了Ⅰ号和Ⅱ号的结皮，发现两类结皮中都含有硅方解石(2C2S·CaCO3)，但是比较坚硬的Ⅱ号结皮中还含有CaSO4及K3Na(SO4)2，说明中间相在结皮的形成中具有加速硬化的作用。由于结皮中大都含有CaCO3、SiO2、fCaO、CaSO4、C2S、KCl、K3Na(SO4)2及2C2S·CaCO3等矿物，下面结合实验结果对结皮矿物进行综述。

1)CaCO3与SiO2

由于结皮是有害组分粘结生料粉形成的，并且生料入窑之前尚未完全分解(预分解窑入窑生料的碳酸钙分解率为85%～95%)，入窑生料中就可能含有方解石、石英等未反应的水泥原料组分，已分解出来的CaO也可能与CO2反应生成CaCO3，它们可参与形成结皮的中间相。2)fCaO和C2S

预分解窑生料入窑时，其中的CaCO3有85%～95%已经分解，并且由于生料温度比较低，水泥熟料矿物尚未完全形成，fCaO的吸收也不可能完全，因此入窑生料中就可能含有fCaO。

由于粘土在600℃左右即已分解，预分解窑的入窑生料温度可达820～860℃，所以，生料入窑之前，粘土就已经分解出SiO2。又因为硅酸二钙在800℃左右开始形成。因此入窑生料中就含有C2S。硅酸二钙的形成，使结皮更加坚实化。Ⅱ号结皮中就含有fCaO和C2S，其中C2S不仅使Ⅱ号结皮比Ⅰ号更坚实，而且使结皮外观呈灰黑色。

3)CaSO4和KCl

结皮中的硬石膏可能来源于两个方面：其一是煤中含有不具备可燃性的硫酸钙时，CaSO4在煤粉燃烧后存在于灰分之中，当煤灰和其它有害组分与生料粉混合并粘附在衬料内壁形成结皮时，则煤灰中的CaSO4就成了结皮的一个组分；其二是由于煤粉燃烧时生成二氧化硫气体〔RSH(R表示烃基)+O2→CO2+H2O+SO2；FeS2+11O2=2Fe2O3+8SO2〕，煤中的不可燃硫在到达窑的高温带时也可能分解出SO2，若粉料中同时存在着fCaO，有人认为，CaSO4可以下列方式生成2SO2+O2+2CaO=2CaSO4，硬石膏在许多结皮(II型结皮)中都被检测到，它的形成将导致结皮易挂难掉。由于Cl-主要来源于原料，结皮中的KCl主要来自生料中Cl-的循环富集。I号II号的结皮中都含有KCl。氯化钾是结皮的特征矿物。

4)2C2S·CaCO3与K3Na(SO4)2

硅方解石是一种被研究得比较普遍的过渡矿物。在实验室电炉内，2C2S·CaCO3于CO2的气氛中在约700～900℃的温度范围内形成。硅方解石的形成，主要由氯化物促进，也由碱所促进。即有害组分的循环富集有利于硅方解石的形成。粉状物料中一旦形成硅方解石，粉料便坚实化起来。所以在预分解窑中，当有害组分的循环富集达到一定程度足以将粉料结实地粘附在衬料上时，便形成了对生产可能造成影响的结皮。在温度进一步升高后，硅方解石就不再稳定。

1)煤灰含量的增大有助于K3Na(SO4)2的形成。2)保温时间的延长有助于K3Na(SO4)2的形成。3)K3Na(SO4)2的形成促使物料坚实化。

4)K3Na(SO4)2可能通过化学反应而形成。由于生料粉中不含K3Na(SO4)2，在实验室的高温炉中也不存在SO2气氛(因为配料采用的是煤灰而不是煤粉)，K3Na(SO4)2不可能是有害组分只经过冷凝而不通过化学反应就形成。K3Na(SO4)2可能通过化学反应而形成：3K2SO4+Na2SO4=2K3Na(SO4)2(反应物K2SO4及Na2SO4主要来自煤灰)。I.Jawed和J.Skalny认为，K3Na(SO4)2是在还原气氛中形成的，于900℃以上分解。由此可以推论，当分解炉或窑头煤粉燃烧不完全时，可能造成部分煤粉在窑尾系统中进行二次燃烧，从而造成还原气氛，在900℃以下可能产生K3Na(SO4)2，尤其在煤的灰分高时(硫含量相应较高)，更容易形成K3Na(SO4)2，从而促使物料坚实化，有利于结皮的形成。在850～1100℃的温度范围之内，分解炉预热器的物料中会形成硫酸盐的熔体。K3Na(SO4)2可能是在硫酸盐熔体介质中形成的。从相图分析知道，在多组分体系中，系统的最低共熔温度一般随着组分数的增多而降低，如C2S-C3S-C3A体系，最低共熔温度为1455℃；而C2S-C3S-C3A-MgO体系，最低共熔温度为1375℃；C2S-C3S-C3A-MgO-Na2O-Fe2O3体系，最低共熔温度为1280℃。MgO的存在可能使液相开始出现的温度降低而促进K3Na(SO4)2的形成，从而有助于结皮的坚实化。国内有学者对预分解窑中控室的操作参数进行了回归分析，通过回归分析知道，MgO含量高时，会引起窑尾结皮，影响系统通风，从而引起煤粉的不完全燃烧。当MgO含量>1.65%时，操作上要适当降低最低一级筒的料温，防止结皮产生。

3.3结皮机理

如前所述，结皮是指有害组分与生料粉所形成的粘附在衬料内壁上的层状物。关于结皮的原因，H.Rumpf〔1〕认为是湿液薄膜表面张力作用下的熔融粘结，作用在表面上的吸力造成的表面粘结及纤维状或网状物质的交织作用造成的粘结。由于窑气中的碱、氯、硫等有害组分在窑尾及预热器和分解炉中冷凝时，会使最低共熔温度降低，因此窑气中的碱、氯、硫等凝聚时，会以熔态的形式沉降下来，并与入窑物料和窑内粉尘一起构成粘聚性物质，而这种在生料颗粒上形成的液相物质薄膜，会阻碍生料颗粒的流动，从而造成结皮甚至堵塞。引起预分解窑结皮的因素，至少有如下几种：

1)系统中有害组分(碱、氯、硫等)的循环富集。这是形成结皮的重要条件。从原燃料中引入系统的碱、氯、硫等有害组分，在生料通过窑的高温带时会挥发出现，并随着窑气向窑尾运动。挥发出来的有害组分到达窑尾温度较低的区域时，便会以熔态的形式冷凝下来，这一方面使生料在煅烧过程中液相开始出现的温度降低而有利于结皮的形成，如一般情况下，生料的最低共熔温度为1250℃左右，CaSO4、K2SO4和Na2SO4共同存在时，最低共熔温度可能低于800℃；有氯化物存在时，最低共熔温度可接近700℃；另一方面有害组分形成的熔体会在生料或衬料表面铺展开来，起到“粘结剂”的作用，在系统温度降低时，就在衬料表面上形成结皮。窑内的这种有害组分是导致结皮中间相形成的重要因素，如：二氧化硫参与形成硫酸钙(2SO2+O2+2CaO=2CaSO4)；氯化物促进硅方解石的形成；K3Na(SO4)2是在还原气氛中形成等等。而结皮中间相的形成，常常导致结皮坚实化，使结皮越结越厚。

2)局部温度过高，这是形成结皮的关键因素。系统中如果产生局部高温，一方面促进生料和燃料中有害组分的挥发及冷凝循环，并使内循环发生的区域进一步扩大；另一方面也可能使液相出现，把生料粘附在衬料的内壁而形成结皮。从热力学的理论知道，液体的表面张力随着温度的升高而下降，表面张力与触角之间满足关系式：cosθ=〔γ(s-g)-γ(1-s)〕/γ(1-g)若θ角减小，则液相易于在固体表面铺展开来。现将此理论应用于结皮的研究之中：如果预分解窑局部温度偏高，则使出现的熔体的表面张力下降，即γ(1-g)降低，由cosθ=〔γ(s-g)-γ(1-s)〕/γ(1-g)知道，熔体的表面张力下降必然导致cosθ增大，即接触角减小，这就表示在窑尾或分解炉中出现的熔体更容易在生料粉或衬料表面铺展开来，就更容易形成结皮。所以，局部温度过高，这是形成结皮的关键因素。产生局部高温的原因，至少有如下几个：

①煤粉的不完全燃烧。窑头或分解炉中的煤粉由于多种原因燃烧不完全时，就可能到窑尾或低级旋风筒中去燃烧，从而产生局部高温，这是出现局部高温的主要原因。引起煤粉的不完全燃烧又可能具有下列几个因素：燃煤的灰分大。煤灰含量高，说明煤质差，热值低，可燃性差，容易引起窑煤、炉煤的不完全燃烧；设备超负荷运转。由于回转窑和分解炉的容量是有一定限度的，喂料量及喂煤量的过分加大将不利于生料及煤粉的悬浮分散，同时使得煤粉的燃烧空间变小而不利于煤粉的完全燃烧；分解炉结构不合理。

②喂料量的波动。喂料量忽大忽小时，很容易打乱预热器、分解炉和窑的正常工作。由于操作具有滞后的特点，有时跟不上喂料的变化，加减煤不及时，甚至出现短期断料也不能及时减煤，因此很容易因料小出现系统温度偏高，而造成结皮。

③回灰对结皮的影响。回灰也叫做窑灰，是电收尘、增湿塔收集下来的物料。由于回灰量小，在生料均化库中不容易被混合均匀，从而造成入窑生料成分的波动，影响窑的热工制度的稳定性；再则由于回灰中含有一定量的有害组分，它的重新入窑必然加剧挥发性组分的循环富集，这些都容易引起结皮。

④预热器漏进冷风对结皮的影响。当预热器漏进冷风时，则物料温度和分解率都降低，为维持生产，系统排风必须加大，因而废气量增大，飞扬粉尘增加，循环负荷加大，导致入窑生料温度下降，能耗上升。当预热器漏进冷风与热物料接触，很容易使热物料冷凝而粘附在系统的内壁而产生结皮。此外，被带到窑尾或预热器中的煤粉遇到新鲜冷风，燃烧速度加快，产生局部高温而形成结皮。

此外，石灰石中氧化镁含量高也是结皮的一个因素，如前所述〔16〕，随着MgO含量的上升，经过回归分析知道，预热器出口气体温度上升；出口气体中氧气含量下降，说明气、料热交换效率下降，分解炉内存在煤粉的不完全燃烧，同时窑尾的负压随着MgO含量的上升而下降，说明窑内通风不良，窑尾易于结皮。

4防止结皮的措施

由于结皮影响系统的通风，使阻力增大，这不仅使能耗上升，而且结皮严重造成堵塞时，有时被迫停窑处理，不利于水泥产质量的提高。预防结皮具有重要意义。现将防止结皮的措施简介如下：

1)减少或避免使用高硫和高氯的原料，这是减少结皮的前提。国外部分公司对生料中有害成分含量的规定见下表。

国外部分公司对生料中有害成分含量的规定公司R2O/%Cl-/%S/%

硫碱比

丹麦史密斯

<1.0<0.015

<1德国洪堡

<1.0

<0.015

≤3

日本川琦

<1.5

<0.02

法国拉法基<0.015<12)如过量的硫和氯难以避免，建议丢弃一部分窑灰，以减少有害组分的循环。

3)采用旁路放风系统，即将回转窑窑尾高温烟气在预热器前从“旁路”中分离出一部分，与冷风混合，使以气相形态存在的“挥发物”冷凝在飞灰上，由收尘器将此飞灰收捕下来排出窑系统，以减少有害组分的循环。通过“旁路”排出的窑灰，不应再回到窑内。由于“旁路”系统投资大及“旁路”系统对窑的能耗、料耗的消极影响，通常应该控制“旁路”废气量，一般放风量为3%～10%。

4)避免使用高灰分及灰分熔点低的煤。

5)采用新型耐火材料，即在容易结皮的部位使用抗结皮的耐火材料。这些新型耐火材料有：含ZrO2的耐火材料。消除结皮堵塞的新发展是采用含ZrO2的耐火材料。当含ZrO2的耐火材料遇碱时，在其表面形成玻璃层，此玻璃层通过吸收窑衬材料变得越来越粘，最后凝固，覆盖窑衬表面，这样就防止了碱的进一步渗入及结皮的粘附力减小，而且通常由于自身重量，结皮自行脱落。含石墨的耐火材料。日本最新公布的一项专利报道了含石墨的耐火材料应用于防止结皮堵塞的技术。石墨是一种惰性材料，不与碱等发生反应，而且不被熔融液相所润湿，几乎不能在含碳耐火材料表面形成结皮。

（六）窑圈的生成过程和防止对策

水泥回转窑的烧成带往往粘有窑皮。所有烧成带部位都粘有窑皮，并且其表面维持着凹凸状态，窑皮对窑的运转相当重要。

1）

窑皮不但保护耐火砖，而且防止耐火砖的溶解。

2）

窑皮表面成凹凸状，使配合的原料更加均匀并提高热效。

3）

窑皮本身带有的热量，使烧成更加容易。

如上，

窑内的窑皮虽有着非常有益一面，

但当窑皮发生不正常时，也防碍稳定地窑运转，成为产量下降，热耗单位上升的原因。窑皮中一部分向圆锥方向连续形成的窑皮叫窑圈.

大部分结圈都在窑内部40M~60M处形成，不同情况时也在窑尾形成。40M~60M处形成的结圈不能在窑运转中观察到，只能靠窑胴体的表面温度进行预测。一）．

结圈的形成要素

1.

窑内原料管理（化学构成及不均匀）

☉

IM,

特别注意Fe2O3含量

☉

SM

☉碱性成分,

S

含量

2.

运转条件

1）

窑内非正常的原料流程

a.

窑回转速度的变动

b.

窑内气体速度的变动

c.

窑内气体温度分布情况的变动

2）

燃烧条件

a.

一次空气比例

b.二次空气比例

c.

过剩空气比例

d.

燃烧器

位置

e.

一次空气旋回及与燃料的混合度

3）

窑的结构及其他

a.

窑的倾斜度

b.

耐火砖材质等诸多原因

但是随着原料均化技术的发展已大大减少了化学成分的变动幅度，又继燃烧器性能的改善和窑运转技术的提高及发展，可以看到在我集团中结圈的生成次数和大小正逐步下降。二．结圈生成的必要条件是温度和原料，窑内结圈生成处往往是高温段，而其他地方的生成应属于特殊情况。窑内温度中气体温度

〉炉壁温度

〉原料温度

〉。一般情况下比高温气体低的炉壁表面加热后，易变成液相并带有粘性，原料贴于表面形成第一层结圈。以后反复进行此过程形成大结圈。结圈的形成情况与原料的化学成分和运转及其他因素有关，因此每个窑内形成的结圈的情况也都不一样。形成结圈的温度是窑内投料后，发生最初溶相时的1250℃

~

1300℃之间。此溶相带有表面引力，从而与固相一起形成大块。

三．结圈的结构及组成矿物

结圈的化学成分根据位置其成分不同外，与生成位置和条件的不同也不一样。

结圈的化学组成比（%）

Ig-loss

SiO2

Al2O3

Fe2O3

CaO

MgO

Cr2O3

SO3

Total

A

0.40

20.86

5.25

2.7564.85

2.79

-2.55

99.45

B

0.29

21.40

10.25

2.75

60.45

3.06

-1.08

99.28

C

0.62

22.44

9.59

4.03

59.30

3.11

-

0.82

99.91

D

1.32

19.90

9.08

3.12

61.26

3.07

Trace

1.50

99.25

E

0.60

18.10

17.80

17.80

51.56

10.54

1.71

0.96

101.27

窑内的结圈取样后观察，各层的纹路都明确显现出来。各层的纹路如此明显可能是生成时期，或生成后的热处理过程所致。其表层与熟料很相似，离耐火砖层越近其成分差别越大，特别是与耐火砖越接近更呈现耐火砖成分。既说明结圈形成时原料和耐火砖之间发生过化学反应。结圈的组成矿物质中各层的主要矿物都不同，

但这些矿物质都是结圈形成以后经过热处理合成的结果。

从2CaO.SiO2.CaCO3的生成反应看出

3CaO.SiO2+2CaO.SiO2+CO2

750℃~900℃

2CaO.SiO2.CaCO3

900℃以上

2CaO.SiO2+C