篦冷機“堆雪人”與“紅河”現(xiàn)象分析
在新型干法窯水泥生產(chǎn)中,熟料的冷卻方式基本采用篦式冷卻機冷卻。在實際生產(chǎn)中,篦冷機前壁與回轉(zhuǎn)窯筒體轉(zhuǎn)向后側(cè)的卸料溜子處,常常會遇到篦板不能及時將熱熟料推走,使其堆積越來越高,嚴(yán)重時可堵到窯口,人們通常把這種現(xiàn)象稱為“堆雪人”;在篦床上熟料層的細料側(cè),從進料至出料呈現(xiàn)一條高溫灼紅熟料帶,俗稱“紅河”。
一、篦冷機“堆雪人”與“紅河”的危害
堆雪人與紅河是篦冷機經(jīng)常出現(xiàn)的不正?,F(xiàn)象,嚴(yán)重影響著生產(chǎn)線的正常運轉(zhuǎn)。
雪人的形成,影響系統(tǒng)通風(fēng)、入窯二次風(fēng)量、風(fēng)溫,破壞窯及預(yù)熱器系統(tǒng)的熱平衡,使窯內(nèi)煅燒狀況不好,熟料產(chǎn)量、質(zhì)量下降,嚴(yán)重時會造成窯頭正壓,窯尾漏料,窯口護鐵磨蝕加重。
紅河會造成篦板損壞。篦板受熱損壞后,部分高溫熟料經(jīng)篦板破損處落入篦床下風(fēng)斗內(nèi),易使篦床下的大梁和風(fēng)斗的密封板及斗下閥門等部件受熱變形,造成冷風(fēng)漏出機外或在篦下各室之間相互串風(fēng),熟料得不到冷卻,以致影響到熟料輸送、儲存、粉磨和水泥性能。
二、“堆雪人”的形成原因
由于入窯二次空氣量不足,燃料燃燒速度較慢,導(dǎo)致煤粉不完全燃燒,熟料在窯內(nèi)翻滾過程中表面粘上的細煤粉,一并落入篦冷機后,在熟料表面進行無焰燃燒,釋放出熱量,隨著風(fēng)冷卻的加大紅料越是不斷,使得本來應(yīng)該受到驟冷的液相不但不消失,反而可維持相當(dāng)一段時間;另一方面由于煤灰包裹在熟料表面,導(dǎo)致熟料表面鋁率偏高,液相粘度加大,更為重要的是不完全燃燒極易導(dǎo)致還原氣氛。在還原氣氛下,熟料中的被還原為低熔點的FeO,生成低熔點礦物,粘附在墻壁上。如果這種還原氣氛持續(xù)的時間過長或篦床操作不當(dāng),如停床、慢床致使物料在篦床一室形成堆積狀態(tài),使熟料與墻壁有足夠的接觸時間;再加上盲板的阻風(fēng)作用,使靠近墻壁的熟料冷卻效果差,一部分液相就會在墻壁上粘掛,逐漸形成雪人。
三、“紅河”形成的原因
熟料在篦冷機的冷卻過程是: 從窯頭落下的高溫熟料堆積在篦冷機進料口篦床上。隨篦板向前推動覆蓋在整個篦床上,冷風(fēng)經(jīng)篦縫向上透過熟料層,熟料在推動的過程中逐步得到冷卻。而熟料冷卻的好壞取決于冷風(fēng)透過熟料層的阻力。阻力小,透過的冷風(fēng)量多,則出篦冷機的熟料溫度低。阻力大,則出篦冷機熟料溫度高。
冷風(fēng)透過料層的阻力與氣流速度、氣體容重、阻力系數(shù)有關(guān)。當(dāng)冷風(fēng)透過高溫熟料料層時,風(fēng)料之間熱交換因溫差較大而作用強烈,此時高溫熟料將較多的熱量傳給冷風(fēng),冷風(fēng)受熱后溫度升高,體積隨之增加,其透過料層的氣流速度也相應(yīng)增加。氣體透過料層的阻力隨氣流速度的平方增加,而氣體的容重隨溫度增加而減小 ,結(jié)果是透氣阻力隨氣流溫度增加而呈平方增加。反之當(dāng)氣流透過溫度較低的熟料層時,氣流溫差小,透過的氣體溫度低則阻力也低,空氣易從低阻力區(qū)域的熟料層透過,氣體透過量愈多,熟料溫度愈低。熟料隨篦板推動而向前移動。從篦冷機的橫斷截面來看,愈是在冷端,高透氣阻力的料層和低阻力的料層之間的溫差也愈大,冷風(fēng)愈來愈集中在低阻力的熟料層透過,而高阻力的料層很少有氣流透過,此部位熟料的冷卻效果相當(dāng)要差一些。
熟料在窯內(nèi)煅燒時,受離心力的作用,產(chǎn)生離析,大顆粒一般集中在中間,隨著顆粒直徑變小,細顆粒愈來愈集中在窯筒體一邊。當(dāng)熟料從窯頭落至篦床上時,大顆粒集中在一側(cè),細顆粒集中在另一側(cè),篦床橫截面中部為粗細顆粒的過渡部位。當(dāng)窯速較快且窯內(nèi)細顆粒熟料較多時,細顆粒集中在一側(cè)的現(xiàn)象尤為明顯。熟料顆粒在篦床縱向隨篦板向前推動逐步覆蓋整個篦床面,雖然在推動過程中,顆粒層級配有所變化,但縱向變化不大,此時,從篦冷機的進料口至出料口,細顆粒在一側(cè)形成帶狀、較大顆粒分別形成條帶而隨顆粒直徑增大向另一側(cè)集中。由于細顆粒堆積致密,冷風(fēng)透過時阻力大,從進料口的高溫熟料層開始,冷風(fēng)較少或不透過細顆粒熟料層,較多地透過阻力低的較大顆粒層。此時細顆粒層因冷風(fēng)透過量少而得不到冷卻,其料層表面呈高溫紅色,透過冷風(fēng)的熟料層因冷卻其表面呈黑色。隨著篦板的推動,在同一橫截面上粗、細熟料顆粒層之間的溫差愈來愈大,冷風(fēng)愈來愈集中從較大顆粒的熟料層透過,而細顆粒熟料層得不到冷卻, 形成一條從冷卻機進料口至出料口的,紅熟料帶,這就是紅河現(xiàn)象出現(xiàn)的原因。
四、“堆雪人”的解決措施
篦冷機堆雪人的原因較多,有時幾種原因共存,所以應(yīng)根據(jù)具體情況具體分析,從工程設(shè)計開始就引起重視。
1.正確確定篦冷機與回轉(zhuǎn)窯中軸線的相對位置
篦冷機與回轉(zhuǎn)窯中軸線的相對位置是引起堆雪人的重要原因,設(shè)計者應(yīng)從在理論和實踐中總結(jié)經(jīng)驗,提出合理的位置關(guān)系。另外,在回轉(zhuǎn)窯的制造、安裝和調(diào)試過程中應(yīng)嚴(yán)格把關(guān),尤其是中軸線的相當(dāng)位置,減少尺寸誤差。
2.改善熟料的顆粒組成,正確控制液相量
新型干法的特點之一是熟料的細顆粒較多,當(dāng)溫度提高時,便容易形成浮動料層,使篦冷機堆雪人的幾率增高。料層厚度應(yīng)始終保持在600mm左右。在同等生料質(zhì)量的條件下,由于窯速調(diào)節(jié)不當(dāng)和三風(fēng)道噴煤管使用不好,都會使細粒熟料增多;同時熟料中的液相量與溫度也密切相關(guān)。預(yù)分解窯幾乎沒有冷卻帶,進入篦冷機的熟料溫度一般都高達 1300—1450 攝氏度,個別甚至?xí)摺?
熟料在正常煅燒的過程中,當(dāng)溫度略低于1300攝氏度時便開始生成液相。然后,隨溫度的繼續(xù)升高而液相量逐漸增加,但達到某一定溫度后,液相量增加的速度緩慢下來。只有溫度再劇增,液相量才會進一步增加,正常情況下溫度在1300—1400 攝氏度的范圍內(nèi)是液相量劇增區(qū)域。適當(dāng)?shù)囊合嗔坑欣诟哔|(zhì)量熟料的形成,液相的粘度對良好熟料的形成也有重要作用。但溫度過高時液相量增加,粘度卻降低,難以形成良好的團塊,這也是篦冷機產(chǎn)生堆雪人的原因之一,所以,在操作中應(yīng)特別注意溫度的控制,避免堆雪人的現(xiàn)象產(chǎn)生。
3.提高篦冷機冷卻能力
篦冷機是熟料冷卻的重要設(shè)備,合理設(shè)定各室風(fēng)量和風(fēng)壓,加速熟料冷卻,努力提高入窯二次風(fēng)和入分解爐三次風(fēng)溫度,減少熱損失,提高冷卻效率,可避免堆雪人和出紅料。提高冷卻能力的措施有:增加淬冷風(fēng)量,避免冷風(fēng)短路,控制合適的高低溫度段速比,一般為1:1.2,注意風(fēng)煤料的變化。當(dāng)煤灰分大時,熟料中含量高或噴煤嘴磨損嚴(yán)重時均有堆雪人和出紅料的危險。
五、“紅河”的解決措施
紅河的起因較復(fù)雜,其解決的方法也是多樣化。解決紅河的措施是:首先應(yīng)從原料性能和熱工操作上解決,使窯內(nèi)熟料結(jié)粒均勻,從根源上解決料層透風(fēng)的均勻性,才能較好地解決紅河的問題。但各廠生產(chǎn)受種種條件的制約,很難對原料和操作作大的變動,在此情況下對篦冷機可以采取改變通風(fēng)方式和改變篦板形狀來減緩紅河狀況。
1.改善窯的操作
為使熟料結(jié)粒均齊,應(yīng)盡量提高入窯物料分解率,改善篦冷機的操作,盡可能提高二次和三次風(fēng)溫,改善噴煤管火焰形狀,縮短物料在窯內(nèi)分解帶和過渡帶的停留時間,延長在熔融帶的停留時間,在最高溫度帶保持合適的燒成溫度,以上操作狀況有利于結(jié)粒。提高入窯物料分解率的措施是加強窯、預(yù)熱器、三次風(fēng)管、廢氣管道等裝備的密閉,減少漏風(fēng),改善預(yù)熱器、分解爐的性能,提高換熱效率,增強上述裝備的隔熱,減少散熱損失等。
2.采用側(cè)吹風(fēng)技術(shù)
側(cè)吹風(fēng)技術(shù)是在篦冷機出現(xiàn)紅河料層的側(cè)墻邊,設(shè)置一排吹風(fēng)孔,用一臺風(fēng)壓較高的風(fēng)機,在篦上水平向細顆粒層噴吹,此時部分細顆粒被吹動而使料層發(fā)生松動,而使料層的透風(fēng)阻力下降,篦下的冷風(fēng)因細料層阻力下降而得以透過料層,使熟料得到冷卻,紅河則減緩。
篦上側(cè)吹風(fēng)操作時,在高溫細顆粒熟料與篦板之間有冷風(fēng)吹過,形成一層冷風(fēng)墊層,使篦板不致受高溫熟料的過熱損壞。同時篦下冷風(fēng)因料層松動得以透過,使熟料得以冷卻,這將延長篦板的使用時間。
3.采用特殊形狀篦面的篦板
在紅河料層下部的篦床上,設(shè)置篦面較高且形狀較為特殊的篦板。當(dāng)紅河料層隨篦板向前堆動時,其底部熟料層被特殊篦板的篦面破壞 ,致使料層料積至密度發(fā)生變化,冷風(fēng)透過料層的阻力降低,相應(yīng)冷風(fēng)可透過料層,使熟料得以冷卻,紅河現(xiàn)象得以減緩。但此類篦板磨損較重。
4.加強風(fēng)室(斗)的密封
在生產(chǎn)時加強風(fēng)室(斗) 下鎖風(fēng)閥門的維護,減少冷風(fēng)從該部位漏出風(fēng)室(斗) 外,同時加強風(fēng)室(斗) 之間隔板的密閉,以防止各風(fēng)室 (斗) 之間的串風(fēng),以保持各室(斗)有足夠的冷風(fēng)透過料層。
5.采用可控氣流通風(fēng)篦板
從 1990 年代起,國外出現(xiàn)了可控氣流篦板。冷風(fēng)不從篦下風(fēng)斗向篦上料層透風(fēng),而是通過篦板下的空心梁經(jīng)篦板本身水平貼篦面噴出,然后透過料層使熟料得以冷卻。篦下空氣梁透風(fēng),結(jié)構(gòu)上可以單排或單塊篦板單獨通風(fēng),解決了風(fēng)斗供風(fēng)時通風(fēng)面積過大,冷風(fēng)集中于低阻力料層透過而高阻力熟料層冷風(fēng)透過量少而得不到冷卻,致使篦板受高溫熟料的過熱損壞的問題。采用可控氣流通風(fēng)篦板后,可以采用較高的風(fēng)壓和風(fēng)量來透過紅河料層,相應(yīng)消除和減緩紅河現(xiàn)象??煽貧饬魍L(fēng)篦板篦冷機的優(yōu)點是通風(fēng)均勻、鼓風(fēng)量小、出篦冷機的熟料溫度低、熱效率高、供燃燒用的二次和三次空氣溫度高、篦板損壞量少、設(shè)備事故率低、廢氣量少、收塵設(shè)備小。其冷風(fēng)量可降至熟料以下,單位有效冷卻面積熟料量提高至 以上,篦冷機熱效率可提高至 75 %以上 。
編輯:易洪興
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