NSP窑系统塌料的原因分析及其相应措施

水泥 2007-06-21

　塌料是NSP窑系统实际生产中普遍存在的一个问题。它不仅影响烧成系统的热效率和窑的快转率，严重时造成预分解系统堵塞或窑头回火，出现人身伤害事故。本文就预分解系统塌料的原因进行分析并提出一些相应的措施。

1　塌料的原因分析

　　所谓塌料就是生料在预热器内的不均匀流动或聚集致使大量生料集中从旋风筒锥体通过排灰阀、下料管加入下一级旋风筒出口管道，而其管道风速又不足以将大股生料吹散、托起，生料直接通过旋风筒或分解炉塌入窑内。造成预分解系统塌料的主要原因有以下几个方面。

1.1　喂料量不均匀
　　
生料压库时间长、水分大，松散度差；喂料仓起拱，喂料机内生料时有时无；螺旋喂料机转速不稳，造成喂料不匀等都容易引起塌料。这是因为生料喂料量时多时少很难使预分解系统热工制度趋于稳定。喂料量少时悬浮在热气流中的生料量减少，燃料燃烧放出的热量不能大部分被生料吸收，产生局部高温容易在旋风筒的壁面、锥体和下料管等处粘附，形成结皮。当喂料量多而系统管道风速又不足以将生料吹散时，生料就不能均匀地分散悬浮于气流之中，不仅降低传热效率，而且容易造成生料堆积和塌落。另外，喂料量忽高忽低，使入窑生料温度、分解率、窑内物料负荷率都有较大波动，出窑熟料不是生烧就是过烧，操作员风、煤、料和窑速之间的关系很难掌握，系统的热平衡被破坏，极易产生塌料或结皮和堵塞。

1.2　旋风筒结构形式不合理
　　
旋风筒进口以及涡壳底部倾角斜度太小，水平段太长，在投料初期由于系统风量较小，断面风速较低，大量生料容易在小倾角、水平段沉降聚积。当系统气流的扰动或压力发生变化时，大量物料突然滑落造成塌料。旋风筒锥体部分锥角太小，尤其该部位耐火衬料平整度差时，也会引起积料。时间长了，不是造成堵塞，就是大股物料的塌落。

1.3　旋风筒锥体出料口、排灰阀和下料管漏风
　　
预分解系统漏风有外漏风和内漏风两种形式。所谓外漏风是指系统周围的大气在系统负压作用下，从检查孔、测量孔、排灰阀、连接管道法兰以及旋风筒人孔门漏入的冷空气。而当排灰阀因烧坏变形或配重太轻时，下一级旋风筒出口的热气流直接经下料管通过排灰阀由锥体出料口进入旋风筒内，这样的漏风称为内漏风。
　　
一般情况下，旋风筒锥体部分的负压是由上到下逐渐增大的。也就是说锥体底部及出料口负压较大，系统周围的冷空气容易漏入。而锥体底部尤其是出料口处，气流的旋转半径小，离心力小，极易受漏风干扰产生紊乱的不利于气固分离的气体流场，从而使即将被收集的物料出现返混，降低旋风筒的收尘效率。另外，冷空气的漏入使旋风筒锥体中心部分向上的轴向风速增加，使已经与气流分离的生料产生较大的逆向飞扬也会降低收尘效率，导致旋风筒内气体含尘浓度急剧增加。随着时间的推移，旋风筒内生料浓度越来越大以致超过气流的上托能力，大股生料突然冲向出料口，通过排灰阀、下一级旋风筒或分解炉，塌入窑内。
　　
至于预分解系统的内漏风，一般不被人们所重视，也不容易被发现，通常只能靠操作人员的经验来判断。其实，内漏风导致塌料的严重程度比外漏风更大。这是因为下一级旋风筒出口气体经下料管、排灰阀和锥体排料口漏入旋风筒时，会使旋风筒收集下来的生料重新上升，在预热器内造成循环。由于排灰阀失去锁风作用，使旋风筒锥体出料口处上升风速较高，气流浮力较大，当旋风筒内的生料达到足够数量时突然向下沉落，造成严重塌料。一般情况下，大股物料突然向下沉落时会产生较大负压，这时聚集在旋风筒进口和涡壳底部水平段的物料被强大涡旋气流扰动，随大股物料一起塌落，塌料严重时会看到几个排灰阀阀杆高高翘起，不久窑头会出现较大回火，喷出火龙能延续数秒钟。
　　
系统漏风不仅影响NSP窑系统的操作，使旋风筒的分离效率急剧下降，已预热的物料向上一级较低温度的旋风筒返混增加，降低热效率，而且冷风的掺入使系统废气量增加，风机电耗和废气带走的热损失提高，也使系统气体温度下降，从而降低废气和物料之间的综合传热系数，其结果使入窑物料温度和分解率明显偏低。一般来说，我国NSP窑的热工指标大多低于国外同类窑型指标，系统漏风严重是诸多重要因素之一，应该引起人们的足够重视。
1.4　NSP窑低产量情况下运行更易引起塌料
　　
整个预分解系统，包括窑尾上升烟道、分解炉、各级旋风筒及其连接管道，它们的断面风速都有一定的要求以确保生料悬浮在热气流中，并有较高的热效率和分离效率。但是设备规格的确定是以设计生产能力为依据的，也就是说达到设计能力的最佳喂料量，各处的断面风速也处于最佳状态。当然设备选型一般都留有一定的富余能力，例如窑尾高温风机风量风压都在15%以上。只要风机在其设定的参数范围内运行，窑的实际生产能力超过设计产量也是常有的事。这是因为产量增加，虽然引起系统阻力升高，电能消耗相应加大，但是总产量提高了，单位熟料电耗、热耗不一定高，这里有个综合平衡、经济核算的问题。然而产量过低情况就不一样了，首先产量过低，系统各处的风速低，物料在预热器系统的水平管道、旋风筒涡壳底部和锥体等部位堆积。物料堆积到一定程度，当系统温度、压力、风量略有变化就会往下塌落。另外，产量低，热耗高，单位熟料的废气量大，在这种情况下预分解系统的过剩空气系数也大，但各级旋风筒进出口风速还远低于设计值。系统中风料比大，亦即浓度小，旋风筒分离效率急剧降低，部分生料在预热器系统内循环。随着生料的不断喂入，系统中的生料循环量也逐渐增加，生料浓度达到一定程度，气流风速不足以将物料吹散、托起，而是直接塌入窑内。这就是NSP窑产量越低塌料越频繁，窑速提不起来容易跑生料的重要原因。

2　减少塌料的几点措施

　　
2.1　严格控制出磨生料水分，稳定入窑生料喂料量
　　
入窑生料成分的均匀程度是决定水泥熟料质量的重要因素。但是出磨生料水分太大，不仅使生料均化库顶斜槽容易堵塞、库壁容易粘结，减少均化库的有效容积、库底中心搅拌室内易出现沟流现象，生料不能充分流态化，直接影响生料的均化效果，而且水分高的生料在窑尾喂料小仓内也容易起拱，生料下落不均或塌方，致使进入预分解系统中的料量忽多忽少，容易引起塌料。所以出磨生料水分应严格控制在≤0.5%。
　　
有了成分均匀、流动顺畅的生料，假如喂料量控制不及时，计量不准确也难以稳定入窑生料喂料量、保证窑系统热工制度的稳定和烧出高质量的水泥熟料。目前国内多数大中型新型干法水泥厂普遍采用称重仓配申克电子皮带秤生料喂料计量系统或采用日本粉研转子秤，它们不仅计量准确，来料量也能及时控制，操作中很少出现塌料现象，熟料质量都比较高。但是大多数中小型新型干法水泥厂，由于条件所限，入窑生料喂料量一般都波动较大，再加上操作不得法，预分解系统塌料频繁，窑速提不起来，烧成系统热工制度不稳定，熟料产质量普遍偏低。笔者认为，对于这些水泥厂，在生料水分不大和喂料小仓料面基本恒定的前提下，如果将双管螺旋喂料机的电磁调速电动机改为用变频调速器控制的异步电动机并消除气力提升泵气流对计量设备的影响，喂入预分解系统的生料量就能比较趋于均匀。再加强岗位培训，改变操作方法，系统的塌料现象和熟料的产质量都能得到改善。

2.2　变旋风筒水平段为倾角，避免物料堆积
　　
NSP技术发展到今天，国内各设计单位也都研制出了各具特色的预分解系统。而旋风筒体积小、阻力低、预热效果好则是大家追求的共同目标。有的已将旋风筒进口和涡壳底部改成一定程度的倾角，从而杜绝了大量积料的可能性。但也有的仍然没有什么变化，尤其是早期建成的预分解窑生产线，大多保留了旋风筒进口和涡壳底部的水平段。建议这些水泥厂适当提高旋风筒进口风速，改涡壳底部倾角≥45°，这样系统的塌料现象定会减轻。

2.3　旋风筒锥体出料口以下设置锥形膨胀仓
　　
旋风筒锥体以下设置锥形膨胀仓可以扩大锥体出料口的直径，从而有效地减少物料在锥体底部堆积和起拱的可能性。另外，膨胀仓的断面比旋风筒锥体出料口断面大，物料进入膨胀仓由于其断面骤然扩大，物料下落速度减慢，起到了缓冲作用。也能使排灰灰阀和下料管内部负压减小，有利于缓解内漏风和外漏风引起的塌料现象。

2.4　合理调节排灰阀杆的角度及其配重
　　
排灰阀的作用同时兼顾锁风和下料。但如果阀杆角度及其配重不当，不是阀板上方容易堆料造成堵塞，就是阀板不到位产生较大的内漏风。根据笔者经验，排灰阀平衡杆的位置应在水平线以下并与水平线之间的夹角小于30°，最好能调到15°左右。因为这时平衡杆重心的线位移变化很小，而且随阀板开度增大，平衡杆的重心和轴间距同时增大，力矩增大，阀板复位所需时间缩短。至于配重，应在冷态时初调，调到用手轻轻一抬平衡杆就起来，一松手平衡杆就复位，热态时只需对个别排灰阀作微量调整即可。这样排灰阀平衡杆摆幅小频率高，既能及时排料又能减少内漏风，塌料现象定能得到改善。

2.5　尽快跳过低产量的塌料危险区
　　
预分解窑生产工艺的最大特点是约60%的燃料在分解炉内燃烧，一般入窑生料温度可达830～850℃，分解率达90%以上。这就为快转窑、薄料、长焰煅烧创造有利条件。所以NSP窑开窑加料的起点值就应该高，一般应不低于设计产量的60%。以后逐步增加喂料量，但应尽量避免拖延低喂料量的运行时间。在喂料量逐步增加的阶段，关键要掌握好风、煤、料和窑速之间的关系，操作步骤应该是先提风后加煤，先提窑速再加料。初期加料幅度可适当大些，80%喂料量以后适当减缓。只要系统的热工参数在合理范围的上限，尽管大胆操作。这样即使规模很大的NSP窑，在1h以内即可加到设计喂料量。一般情况下，喂料量加至设计值的80%就比较稳定。笔者操作NSP窑较长时间，大到3200t/d，小到700t/d，在窑皮正常的情况下，从开始喂料到最高产量，一般都能在1h以内完成。如果说70%以下喂料量为塌料的危险区，那么喂料量从60%增加到70%，跳过这个危险区只需几分钟的时间，以后窑况就趋于稳定。这时预分解系统中料量已达到一定程度，料流顺畅，旋风筒锥体出料口、排灰阀和下料管内随时都有大量物料通过，对上述部位的外漏风和内漏风又能起到抑制作用，因此很少塌料，即使有也是很小的，对操作运行没有什么影响。所以人们都说NSP窑产量越高越容易操作就是这个道理。

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