水泥窯協(xié)同處置垃圾混合上料系統(tǒng)故障分析

鄭榮華

（上海埃井工業(yè)技術(shù)有限公司，上海 200000）

0 引言

廣西扶綏海螺水泥廠生活垃圾協(xié)同處置項目，位于廣西扶綏海螺水泥廠熟料生產(chǎn)線回轉(zhuǎn)窯北側(cè)，項目采用德國進(jìn)口的成套固廢混合上料系統(tǒng)。系統(tǒng)先將脫水后的市政污泥和預(yù)分選破碎的生活垃圾通過螺旋輸送機(jī)輸送至臥式強(qiáng)力混合機(jī)，然后再通過高壓柱塞輸送泵經(jīng)過管道高壓泵送進(jìn)水泥回轉(zhuǎn)窯。成套混合上料系統(tǒng)符合水泥窯協(xié)同處置固體廢物環(huán)境保護(hù)技術(shù)規(guī)范：實現(xiàn)自動上料，并配置可調(diào)節(jié)投加速率的計量裝置實現(xiàn)定量投料；管道輸送保持良好的密閉性能，防止固體廢物地漏和溢出。

成套固廢上料系統(tǒng)在初始安裝及空載試運轉(zhuǎn)過程中都比較順利，但在后期帶料投產(chǎn)過程中電氣、液壓、機(jī)械等部件或多或少都出現(xiàn)過故障，造成過停機(jī)停產(chǎn)。由于此項目為進(jìn)口成套固廢上料系統(tǒng)第一次在國內(nèi)實地應(yīng)用，沒有相關(guān)經(jīng)驗參照，只能逐步排查故障，確定故障原因。

下面詳細(xì)敘述成套固廢上料系統(tǒng)（圖1）配置、工藝流程及遇到的故障現(xiàn)象和故障排除的過程，以便為國內(nèi)同類工藝項目提供參考。

1 系統(tǒng)配置及工藝流程

成套固廢上料系統(tǒng)設(shè)置一套5 m市政脫水污泥緩存?zhèn)}和一套5 m生活垃圾緩存?zhèn)}。市政脫水污泥通過人工抓斗進(jìn)入單軸電動螺旋輸送機(jī)，生活垃圾也是通過人工抓斗進(jìn)入單軸電動螺旋輸送機(jī)，兩單軸電動螺旋輸送機(jī)將各自物料絞送至二次雙軸預(yù)混合電動螺旋輸送機(jī)，二次雙軸預(yù)混合電動螺旋輸送機(jī)將市政污泥和生活垃圾預(yù)混合后絞入臥式強(qiáng)力混合機(jī)。市政污泥為含水膏狀物料，流動性較好，而生活垃圾等固體物料容易壓縮，但流動性較差。臥式強(qiáng)力混合機(jī)將生活垃圾和市政脫水污泥充分?jǐn)噭踊旌希康氖亲屔罾诠艿乐型ㄟ^污泥潤滑具備流動性，降低物料流動阻力。

臥式強(qiáng)力混合機(jī)中的混合物料通過出料口落至液壓輸送泵的泵斗里，輸送泵斗側(cè)面配置的液壓推料機(jī)將混合物料推壓至輸送泵料腔。液壓輸送泵金屬冠狀活塞將吸入的物料經(jīng)過管道進(jìn)行泵送，輸送泵出口的閘閥既可切斷大體積物料，也可阻止輸送泵金屬冠狀活塞回退過程中管道返料。物料進(jìn)入回轉(zhuǎn)窯進(jìn)行高溫處理后，達(dá)到減量化、資源化、無害化效果。

2 泵送堵管故障涉及的電液壓問題分析和解決

投料生產(chǎn)過程中，開始泵送初期階段，通過管道進(jìn)入水泥窯窯尾的物料較為順暢。但經(jīng)過一段時間加負(fù)荷運行后發(fā)現(xiàn)，輸送泵液壓驅(qū)動壓力逐漸升高，液壓系統(tǒng)驅(qū)動壓力由初期的8 MPa升至14 MPa，高峰期會達(dá)到23 MPa，偶爾觸及26.5 MPa過高壓臨界值，從而導(dǎo)致液壓輸送泵故障保護(hù)停機(jī)。輸送泵故障停機(jī)后，上游設(shè)備根據(jù)聯(lián)鎖條件全部停機(jī)，導(dǎo)致上料系統(tǒng)停產(chǎn)。

如圖2所示，液壓輸送泵主要由主液壓單元、輸送泵單元及電氣控制柜單元配置組成。主液壓單元通過ABB/110 kW/400 V工頻電機(jī)連接Rexroth串聯(lián)泵對輸送泵單元的金屬冠狀活塞及相關(guān)切割閥板進(jìn)行液壓傳動。涉及上述故障現(xiàn)象的相關(guān)高壓泵液壓源為一組A11VO130LRDS開式油泵，出廠時根據(jù)外部輸送管道承壓及輸送泵工況設(shè)計，將A11VO130LRDS開式油泵壓力切斷閥整定為26.5 MPa，控制單元過高壓預(yù)警整定為25 MPa，控制單元故障停機(jī)值整定為26.5 MPa。

液壓輸送泵驅(qū)動液壓壓力超過26.5 MPa，控制單元判定泵送堵管故障，觸發(fā)保護(hù)性故障停機(jī)。當(dāng)故障發(fā)生后，未貿(mào)然切割管道進(jìn)行檢查。在確認(rèn)輸送管道承壓及液壓系統(tǒng)負(fù)荷能保證在安全范圍的前提下，越過電氣保護(hù)手動低速啟動輸送泵，雖然液壓壓力較高，但是偶爾又能在低于26.5 MPa整定壓力值內(nèi)將物料推送出去。經(jīng)過反復(fù)試驗，再查驗市政污泥和生活垃圾混合后的樣品，發(fā)現(xiàn)預(yù)選后的生活垃圾，雖然和含水污泥經(jīng)過混合后有一定的流動性，但是混合物的成分并不規(guī)律。當(dāng)管道中某部位混合物的污泥比例較大，生活垃圾比例較小時，阻力小，流動性好；當(dāng)管道中某部位混合物的生活垃圾比例較大，污泥比例較小時，阻力大，流動性差，就會導(dǎo)致瞬間液壓壓力值過高的現(xiàn)象。

依據(jù)現(xiàn)場項目現(xiàn)狀，無法對外部運送過來的污泥和生活垃圾物料提出過多苛刻的要求，只能在設(shè)備上進(jìn)行技改和調(diào)整?？紤]到混合物料只是在管道某個部位和某個瞬間出現(xiàn)生活垃圾比例過大現(xiàn)象，如果避免在此情況下繼續(xù)強(qiáng)行泵送就不會導(dǎo)致堵管故障。再分析此前越過電氣保護(hù)手動試驗的過程，發(fā)現(xiàn)有兩種工藝上的改動能夠產(chǎn)生較好的效果：

（1）管道壓力一旦過大后，繼續(xù)高速泵送，會導(dǎo)致生活垃圾快速壓縮，壓力持續(xù)上升，如果降低速度輸送，有利于生活垃圾里混合更多的含水污泥，提高流動性，從而避免管道壓力繼續(xù)上升；

（2）管道壓力一旦過大后，輸送泵金屬冠狀活塞停止并回退后再繼續(xù)向前泵送，回退的過程會使管道中的生活垃圾出現(xiàn)松動和位移，從而混入部分含水污泥，提高流動性，繼續(xù)向前泵送時，壓力即可恢復(fù)正常值。

經(jīng)過多番研討后，根據(jù)上述兩點在電液控制上進(jìn)行了技改和測試：

（1）增加輸送液壓預(yù)警壓力和輸送速度之間聯(lián)鎖調(diào)節(jié)功能。

如圖3所示，在預(yù)警壓力25 MPa以內(nèi)，供電控制單元設(shè)定泵送速度不受干預(yù)。當(dāng)實際液壓壓力超過預(yù)警壓力25 MPa時，輸送泵速自動降低，根據(jù)壓力在25～26 MPa之間變化的速率和數(shù)值，反向自動調(diào)節(jié)輸送泵的速度和調(diào)速的靈敏度：壓力超過25 MPa且快速上升時，輸送泵的速度自動且快速下降；壓力在25～26 MPa回落時，輸送泵的速度自動往原設(shè)定速度恢復(fù)；直到壓力回落到25 MPa以下后，輸送泵的速度便恢復(fù)到原設(shè)定速度。強(qiáng)力混合機(jī)腔體維修蓋門，發(fā)現(xiàn)混合機(jī)腔體內(nèi)部生活

（2）上述調(diào)節(jié)過程中，會出現(xiàn)壓力持續(xù)上升到26 MPa，導(dǎo)致輸送泵速度自動降到0的情況，于是便有了上述第（2）條增加自動回退功能。

如圖4所示，當(dāng)液壓壓力達(dá)到26 MPa時，驅(qū)動金屬冠狀活塞的輸送泵油缸便自動回退至位置傳感器2處，然后再重新向前輸送。如果重新向前輸送能運行至位置傳感器1處，則表明管道壓力已經(jīng)恢復(fù)正常。若在運行至位置傳感器1處的過程中，壓力依然會達(dá)到26 MPa，則再次回退。如此往復(fù)自疏通三次，依然無法使管道恢復(fù)正常壓力，再確定進(jìn)行管道堵塞故障保護(hù)停機(jī)。

經(jīng)過上述兩項電液控制的技改，輸送泵泵送過程中管道壓力偶爾躥升的現(xiàn)象得到改善，即使壓力突然躥升，增加的電液控制功能也能在過壓故障停機(jī)前進(jìn)行有預(yù)見性的自動調(diào)整。

3 臥式強(qiáng)力混合機(jī)故障涉及的機(jī)電問題分析和解決

在后續(xù)的生產(chǎn)過程中，出現(xiàn)臥式強(qiáng)力混合機(jī)電流劇烈上升，長時間不回落，導(dǎo)致熱繼過流跳閘現(xiàn)象。此現(xiàn)象屬于比較嚴(yán)重的機(jī)電故障，必須進(jìn)行分析和解決，才能保證成套上料系統(tǒng)安全運行。

如圖5所示，臥式強(qiáng)力混合機(jī)由30 kW變頻電機(jī)通過減速機(jī)和聯(lián)軸器帶動雙軸混合轉(zhuǎn)子（圖6）進(jìn)行混合和剪切工作，工作時物料在容器內(nèi)湍流混合并持續(xù)出料。

臥式強(qiáng)力混合機(jī)跳閘停機(jī)后，維修人員檢查電機(jī)、減速器及聯(lián)軸器都沒發(fā)現(xiàn)機(jī)械損傷及異常。打開臥式垃圾和污泥混合物過多聚集，呈堵塞狀。清空混合物后，轉(zhuǎn)軸的軸頸部有長條垃圾纏繞。初步分析為來自生活垃圾預(yù)處理廠的生活垃圾，在分選和破碎過程中，有部分垃圾未能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，單個體積超出預(yù)期要求。部分塑料垃圾及布條在分揀后繞成一團(tuán)，粉碎不夠徹底，在運輸?shù)剿鄰S后，通過螺旋輸送機(jī)的輸送，塑料袋及布條等垃圾分展開來，長度較長，進(jìn)入混合機(jī)后，會纏繞在混合器軸頸部，阻礙了后面垃圾和污泥的輸送。物料越聚越多，導(dǎo)致臥式強(qiáng)力混合機(jī)扭矩逐漸增大，最終導(dǎo)致過負(fù)荷故障保護(hù)性停機(jī)。

為了對分析進(jìn)行驗證，實際考察了生活垃圾預(yù)處理廠，并聽取了生活垃圾預(yù)處理廠工作人員的介紹。由于當(dāng)?shù)厣罾诸惛拍钸€未深入普通百姓家庭，處理廠集中收集的垃圾較為混雜，且預(yù)分選和破碎的工作難度極大。根據(jù)實際條件，這種情況短期內(nèi)無法改善，預(yù)處理完的垃圾最終仍然有少部分體積過大的物體摻雜在其中（圖7）。

結(jié)合垃圾預(yù)處理廠的實際情況和臥式強(qiáng)力混合機(jī)的故障現(xiàn)象，成套固廢上料系統(tǒng)內(nèi)部需要有一定的大體積垃圾自處理、自清潔能力，才能保證整套系統(tǒng)的可靠運行。

對臥式強(qiáng)力混合機(jī)整體構(gòu)造進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)雙軸轉(zhuǎn)子不僅有強(qiáng)力混合的功能，還兼有剪切的作用。如何在大體積垃圾纏繞在軸頸部導(dǎo)致電流上升的初期，使物料能夠移動到雙軸葉片能剪切到的地方，是解決問題的關(guān)鍵。

此問題依然需要通過控制單元和各機(jī)械設(shè)備的聯(lián)鎖控制、互相配合來實現(xiàn)臥式混合機(jī)的剪切功能。

分析過程中，再啟動成套上料系統(tǒng)，將生活垃圾單軸電動螺旋輸送機(jī)變頻速率調(diào)至運行時的30 Hz，市政污泥單軸電動螺旋輸送機(jī)速率調(diào)至運行時的35 Hz，嚴(yán)格控制抓斗抓取生活垃圾的單個體積，發(fā)現(xiàn)混合器能夠正常出料，且扭矩及電流較平穩(wěn)，沒有明顯波動。

工作人員人為在料斗里加入少量半米長布條，經(jīng)過一段時間發(fā)現(xiàn)混合器電機(jī)電流劇烈上升，長時間不回落。觀察臥式強(qiáng)力混合機(jī)運行工況，在控制系統(tǒng)中增加以下兩種控制方案：

（1）停運生活垃圾單軸電動螺旋輸送機(jī)，市政污泥單軸螺旋輸送機(jī)正常進(jìn)料，若臥式強(qiáng)力混合機(jī)經(jīng)過60 s運轉(zhuǎn)后，電機(jī)電流回落，表明腔體內(nèi)部大體積物料已經(jīng)被雙軸葉片剪切，未和市政污泥混合堵塞在混合機(jī)內(nèi)部。此時，重新開啟生活垃圾單軸電動螺旋輸送機(jī)進(jìn)行送料。

（2）停運生活垃圾單軸電動螺旋輸送機(jī)，市政污泥單軸螺旋輸送機(jī)正常進(jìn)料，若臥式強(qiáng)力混合機(jī)經(jīng)過60 s運轉(zhuǎn)后，電機(jī)電流依然沒有回落，停運市政污泥單軸電動螺旋輸送機(jī)，并且控制臥式強(qiáng)力混合機(jī)反轉(zhuǎn)60 s后再重新正向運轉(zhuǎn)，如電機(jī)電流未能回落至正常值，循環(huán)重復(fù)前述操作三次，仍然無法剪碎混合器內(nèi)部大體積物體，則表明機(jī)器繼續(xù)運轉(zhuǎn)會有過負(fù)荷跳閘風(fēng)險，在此情況下主動故障保護(hù)性停機(jī)，以便維護(hù)人員提前進(jìn)行清理。

控制柜單元按上述方案工作一段時間后，打開臥式強(qiáng)力混合機(jī)腔體維修蓋門，發(fā)現(xiàn)混合機(jī)內(nèi)部較干凈，幾乎沒有纏繞。技改后的功能在遇到大體積生活垃圾時，會短時影響產(chǎn)量，但避免了混合器內(nèi)部堵塞造成的整套上料系統(tǒng)故障停機(jī)，也減輕了工作人員的清理維護(hù)強(qiáng)度。

4 結(jié)語

近年來，我國大力倡導(dǎo)垃圾分類、環(huán)境保護(hù)、節(jié)約資源及可持續(xù)發(fā)展，已使人們認(rèn)識到了建設(shè)綠色美好環(huán)境的重要性。我國也在不斷提升相關(guān)技術(shù)水平，通過前期預(yù)防性保護(hù)、生產(chǎn)生活過程中嚴(yán)格管理、后期規(guī)范性處理，環(huán)境必將越來越美好。