篦冷機堆“雪人”原因的分析方法及應對措施

趙曉東

重慶電子工程職業(yè)學院，重慶 401331

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篦冷機堆“雪人”原因的分析方法及應對措施

趙曉東

重慶電子工程職業(yè)學院，重慶 401331

摘 要篦冷機堆“雪人”，一般從原燃材料的質(zhì)量、熟料的液相量、飛砂料、煤粉燃燒器的位置及煤粉發(fā)生不完全燃燒反應等幾個方面著手分析，然后根據(jù)分析結(jié)果，針對性地采取預防措施，對已經(jīng)形成的“雪人”，應分類型采取空氣炮、高壓水槍、Cardox爆破等不同的處理措施。

關(guān)鍵詞篦冷機 堆“雪人” 分析方法 預防措施 處理措施

0　引言

重慶璧山水泥有限公司Ф4.74 m×74 m生產(chǎn)線自2012年6月投產(chǎn)以來，其生產(chǎn)指標一直比較理想：產(chǎn)量≥4 560 t/d；熟料3 d抗壓強度≥29.2 MPa，28 d抗壓強度≥58.3 MPa；熟料標準煤耗≤120 kg/t。但自2015年1月，篦冷機頻繁出現(xiàn)堆“雪人”現(xiàn)象，并且有四次被迫停窯處理，嚴重影響熟料的產(chǎn)量和質(zhì)量，對生產(chǎn)造成極大的經(jīng)濟損失。筆者認為，生產(chǎn)者如果掌握了正確的分析方法，不至于頻繁出現(xiàn)堆“雪人”現(xiàn)象，更不至于多次被迫停窯處理。故本文就篦冷機堆“雪人”的分析方法及預防和處理措施進行介紹，僅供參考。

1　分析方法

所謂的篦冷機“雪人”，就是指在篦冷機的入料口處堆積起來的高溫發(fā)粘熟料。因為堆積的熟料形狀很像冬季人們所堆的“雪人”，所以水泥業(yè)界稱其為篦冷機堆“雪人”現(xiàn)象。這些堆積起來的熟料，如果不能及時清掉，就會越積越多、越積越高，冷卻后形成堅硬的熟料石狀體，嚴重時堆到前窯口，堵塞窯內(nèi)熟料，加劇窯口耐熱鋼護板的磨損，使窯口嚴重變形，呈現(xiàn)喇叭口形狀，影響耐火磚或澆注料的使用壽命。

篦冷機堆“雪人”，一般從原燃材料的質(zhì)量、熟料的液相量、飛砂料、煤粉燃燒器的位置及煤粉發(fā)生不完全燃燒反應等幾個方面著手分析，然后根據(jù)分析結(jié)果，針對性地采取預防和處理措施。

1.1 分析原燃材料的質(zhì)量

選取堆“雪人”期間的原煤及原材料試樣做分析，其結(jié)果如表1及表2所示。

表1　原煤的工業(yè)分析

由表1可知，原煤的灰分含量偏高，揮發(fā)分含量偏低，全硫含量偏高，低位發(fā)熱量偏低，因此煤粉著火溫度相對偏高，燃燒速率相對變慢，燃盡率相對變低，容易產(chǎn)生不完全燃燒現(xiàn)象。當有相當一部分未燃燒的煤粉沉落在熟料中，在篦冷機內(nèi)產(chǎn)生無焰二次燃燒，會導致細小熟料或未燒透的熟料顆粒表面產(chǎn)生粘度增大的液相，熟料顆粒之間相互粘結(jié)、粘連，形成堆“雪人”現(xiàn)象。

表2　原材料的化學成分 %

由表2可知，石灰石、粉煤灰、鐵粉等原材料中的MgO 、R2O 、SO3、Cl-等有害成分含量偏高，煅燒時產(chǎn)生的液相量明顯增多。進入篦冷機的過多液相與熟料粉塵粘結(jié)在一起，形成浮動的料層，活動篦板不能將其徹底推走，形成堆積現(xiàn)象。隨著熟料堆積量的增多、增高， “雪人”就在篦冷機內(nèi)形成了。

1.2 分析飛砂料

所謂的飛砂料，就是指熟料中的液相量偏少，沒有形成良好的結(jié)粒，其中≤1 mm的細粉顆粒居多，看起來象河砂一樣。一旦窯內(nèi)形成飛砂料，熟料中的細粉就會在窯與篦冷機之間不斷循環(huán)、富集和沉落，形成堆“雪人”現(xiàn)象。選取該生產(chǎn)線飛砂料及正常熟料做化學成分分析，其結(jié)果如表3及表4所示。

由表3和表4可知：飛砂料與正常熟料相比，KH平均值大0.024，SM平均值大0.17，IM平均值小0.13，液相量平均值小1.60%，fCaO平均值大0.42%，形成熟料的最高煅燒溫度高35 ℃。這些數(shù)據(jù)說明飛砂料的煅燒溫度雖高，但液相量卻偏小。

表3　飛砂料的化學成分 %

表4　正常熟料的化學成分 %

盡管飛砂料的液相量明顯少于正常熟料，但用鋼管從側(cè)面插進飛砂料，鋼管表面瞬間就會粘料變粗，說明飛砂料具有比較大的粘結(jié)性，容易形成堆“雪人”現(xiàn)象。預分解窯的生產(chǎn)實踐證明，飛砂料堆積的“雪人”結(jié)構(gòu)疏松，形狀如蜂窩，幾乎看不到粗大顆粒，懸空粘掛在下料口的墻面，在現(xiàn)場使用空氣炮或長柄鋼釬即可鏟掉。

1.3 分析煤粉燃燒器的位置

如果煤粉燃燒器伸進窯內(nèi)較多，過渡帶相對變長，物料在1 000～1 250 ℃的范圍內(nèi)停留時間增長，降低了物料表面的活性，當物料進入高溫燒成帶時，熟料液相量變少，結(jié)粒性變差，操作時就要降低窯速，這樣熟料在燒成帶停留時間就會增加，不能完成急冷作用，出窯熟料的易磨性變差，并且容易發(fā)生粉化現(xiàn)象，熟料中1 mm及以下的細粉顆粒含量增加，它們在篦冷機與窯頭罩之間循環(huán)富集，加大形成“雪人”的幾率。

如果煤粉燃燒器拉出窯外較多，直接在窯頭罩內(nèi)煅燒，等于將燒成高溫帶移至窯頭罩部位，出窯熟料的液相明顯增多，在篦冷機進料口處容易發(fā)生粘結(jié)、集聚、結(jié)團現(xiàn)象。如果不能及時運走這些堆積的熟料，積結(jié)的熟料就會越來越多、越來越高，形成堆“雪人”現(xiàn)象。

如果煤粉燃燒器的端面中心靠近料層太多，火焰與物料表面之間的距離變小，氧氣含量相對不足，在物料表面產(chǎn)生嚴重的還原氣氛；同時，未燃或正在燃燒的炭粒又容易掉落在熟料中，減少了與氧氣的接觸機會，容易發(fā)生不完全燃燒現(xiàn)象。

1.4 分析熟料的液相量

熟料的液相量偏高，篦冷機容易形成堆“雪人”現(xiàn)象。選取“雪人”熟料做化學成分分析，其結(jié)果如表5所示。

表5　“雪人”熟料的化學成分 %

由表5和表4可知：“雪人”熟料與正常熟料相比，其KH平均值小0.030，SM平均值小0.60，IM平均值小0.16，液相量平均值大5.57%，fCaO平均值大0.09%，形成熟料的最高煅燒溫度低79 ℃。這些數(shù)據(jù)說明“雪人”熟料的煅燒溫度雖低，但液相量卻偏高。

預分解窯的生產(chǎn)實踐證明，液相量偏高的熟料，形成的“雪人”結(jié)構(gòu)很致密、堅硬，處理時一般需要停窯和篦冷機，在現(xiàn)場使用高壓水槍、Cardox爆破等器械處理，有時甚至還需要人工處理。

1.5 分析煤粉是否存在不完全燃燒

煤粉燃燒器的內(nèi)風管距端面出口大約1 m處的上下左右各有一個支架，確保煤風出口的上下左右間隙相等。如圖1所示，當下部支架嚴重磨損后，內(nèi)風管頭部下沉，使煤粉出口間隙下小上大，與煤風道、外風道不再同心，煤粉有一小部分從下部直接噴入翻滾的熟料中。表面粘有煤粉顆粒的熟料進入篦冷機后，煤粉繼續(xù)發(fā)生不完全燃燒反應，生成的CO與熟料中的Fe2O3反應，生成熔點更低的FeO和粘度更大的礦物成分，使熟料中的液相量增多，液相粘度增大，熟料顆粒之間容易相互粘結(jié)，靠近墻壁的熟料冷卻效果變差，一部分液相就會粘掛在墻壁上，容易形成堆“雪人”現(xiàn)象。

2　預防措施

2.1 控制原燃材料的質(zhì)量

石灰石質(zhì)量控制指標：MgO≤2.80%；CaO ≥49.00%；庫存量≥8 000 t。原煤質(zhì)量控制指標：S≤1.50%；Cl-≤0.015%；A≤20.00%；V≥28.00%；Q≥22 990 kJ/kg，庫存量≥5 000 t。

2.2 控制煤粉及生料質(zhì)量

煤粉質(zhì)量控制指標：細度≤10.00%；水分≤1.50%。生料質(zhì)量控制指標：細度≤16.00%；水分≤1.50%；CaO和Fe2O3的合格率≥90%；成品生料中的硫堿比≤1.00；庫存量≥10 000 t。

圖1　煤風出口的上下間隙示意圖

2.3 調(diào)整熟料配料方案

根據(jù)預分解窯的生產(chǎn)實踐經(jīng)驗，KH和SM比較高的生料，盡管其液相量不多，但容易形成飛砂料；高KH和相對較低SM的生料，或高SM和相對較低KH的生料，不但易燒性好，而且不容易形成飛砂料。因此，采取高KH和較低SM的配料方案：KH=0.89～0.91；SM=2.60～2.70；IM=1.60～1.70，其中KH的合格率≥85.0%；SM的合格率≥87.5%；IM的合格率≥87.5%。

2.4 加強篦冷機的操作

加強篦冷機操作的目的，就是為了使入窯的二次風溫由1 100 ℃提高到1 200 ℃，防止煤粉發(fā)生不完全燃燒。操作上采取的技術(shù)措施是：提高篦冷機的料層厚度，其值由原來的550 mm提高到700 mm；提高一室的篦下壓力，其值由原來的4.0 kPa提高到4.8 kPa。

2.5 調(diào)整燃燒器的位置

將燃燒器的中心位置由（-50，-50）調(diào)整為（-30，-30），端面伸進窯口大約100 mm；將外風、內(nèi)風、煤風、中心風的閥門開度依次調(diào)整為100%、85%、50%、40%，外風、內(nèi)風的壓力分別控制為28～30 kPa、21～23 kPa。

3　處理措施

3.1 調(diào)整熱工制度

借助攝像或掃描系統(tǒng)，直接從屏幕上觀察火焰形狀、熟料翻滾及結(jié)粒等狀況，一旦發(fā)現(xiàn)堆“雪人”異常情況，及時將煤粉燃燒器移至窯內(nèi)200～300 mm，調(diào)整風、煤、料、窯速等操作參數(shù)，控制燒成帶溫度在1 350～1 400 ℃，避免出現(xiàn)局部高溫火焰，降低出窯熟料溫度。同時降低篦冷機1室及2室的風量大約10 min，再調(diào)到正常數(shù)值，如此反復幾次操作，使“雪人”受一冷一熱作用而開裂垮塌。

3.2 使用空氣炮清理“雪人”

在篦冷機入料端面設(shè)置3～5臺空氣炮，在“雪人”堆積形成初期，空氣炮每隔5～10 min即同時噴射“超音速”高壓氣體，瞬間釋放5～10 kN的膨脹沖擊力，強力將“雪人”打掉?？諝馀谔幚怼把┤恕保哂芯S修簡單、自動控制、連續(xù)工作、能耗低等優(yōu)點，但是它只適用于“雪人”剛剛形成、熟料堆積較少之時，一旦有大塊窯皮突然跌落，或“雪人”已經(jīng)牢固形成，空氣炮的作用就不大了。如果是冬季，壓縮空氣含有過多的水分，容易造成氣體管路和電磁閥堵塞，影響清理效果?？諝馀诖蛳碌氖炝项w粒常常飛向篦冷機頂部的耐火澆注料，降低了該處澆注料的使用壽命。如果空氣炮安裝篦冷機入料口的側(cè)面，則同樣會影響兩側(cè)耐火襯料的使用壽命。

3.3 開設(shè)捅料孔清理“雪人”

在篦冷機入料端面距篦板大約30 mm高處，制作4個平行等距的100×200的方孔，平時使用耐火磚、耐火巖棉、耐火膠泥密封嚴實，一旦發(fā)現(xiàn)堆積“雪人”，在保持窯頭負壓狀態(tài)下，逐個移開方孔部位密封的耐火材料，使用鋼釬或水槍向“雪人”根部施力，幾十分鐘便可打碎“雪人”。這種處理方法，無需止料停窯，既省時省力，又安全可靠。3.4 入料口取消固定篦板

篦冷機入料進口端不設(shè)置固定篦板，減少熟料粘結(jié)、堆積的幾率。預分解窯的生產(chǎn)實踐證明，這種辦法確實能夠大大緩解“雪人”堆積狀況，但容易產(chǎn)生離析及布料不均等現(xiàn)象，篦冷機兩側(cè)大顆粒熟料居多，容易發(fā)生“風短路"現(xiàn)象，影響熟料的冷卻效果和入窯二次風溫。

3.5 使用高壓水槍清理“雪人”

高壓水槍是利用水在高溫高壓狀態(tài)下急劇膨脹產(chǎn)生的巨大沖擊力。射入“雪人”內(nèi)的水分驟然汽化，產(chǎn)生強烈的爆炸力，使“雪人”產(chǎn)生震動、炸裂而垮落。高壓水槍產(chǎn)生的爆破力較空氣炮高，但常溫的水和高壓氣體形成的正壓和爆炸后飛濺的物料容易傷人，而且冬季用高壓水槍處理“雪人”時，作業(yè)現(xiàn)場和水管路很容易積冰，造成設(shè)備損壞，并且影響窯的操作及熟料的質(zhì)量。

3.6 使用Cardox爆破清理“雪人”

Cardox爆破是利用加熱液態(tài)二氧化碳，致使爆破筒管道中的壓力持續(xù)增大，壓迫安全墊片，隨后釋放出體積增大600倍、壓力可達3 000×105Pa的高壓氣體，強力將“雪人”炸開。使用Cardox爆破清理“雪人”，具有操作簡單、安全、高效、單次清理成本低等優(yōu)點，爆破筒可以反復使用，壽命高達15年，但是它的一次性投資較高，大約40～50萬元。

3.7 停窯人工清理“雪人”

如果“雪人”堆積狀況相當嚴重，只能采取停窯人工處理。首先要止料、止火、停窯，各級預熱器內(nèi)不能存料，鎖風閥要關(guān)嚴綁扎結(jié)實，通過窯尾風機控制堆“雪人”部位處于負壓狀態(tài)；其次是處理“雪人”的工作人員要穿戴好勞動保護用品，先使用鋼釬清理“雪人”四周的松散熟料，再使用風鎬、水槍等工具打碎堅硬的熟料塊，期間需要轉(zhuǎn)窯時，清理人員要攜帶工具撤離現(xiàn)場，避免窯內(nèi)掉落高溫熟料傷人。

中圖分類號：TQ172.622.4

文獻標識碼：B

文章編號：1008-0473(2016)02-0053-04

DOI編碼：10.16008/j.cnki.1008-0473.2016.02.009

收稿日期：（2016-01-08）