预分解窑结球的判断与处理
水泥 2010-08-17
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我公司5 000t/d生产线于2006年点火投料，至2008年底运行基本正常，2009年却多次发生料球卡死破碎机事故，不得不止料处理。本文介绍我公司预分解窑内结球的判断与处理。
1 结球情况
从2009年4月份开始，回转窑内多次出现结球现象，窑主电动机电流发生较大波动，有时几乎达到设定的跳停值，操作员不得不减料或者减煤来降低窑内负荷和煅烧温度，造成熟料质量发生波动。多次因发现不及时或处理不当使料球在窑内越结越大，进入篦冷机后，将破碎机卡死。表1为2009年4-12月的结球情况。
表1 2009年结球情况
|
月份 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
12 |
|
结球(>Φ700mm) 次数 |
38 |
3 |
2 |
57 |
65 |
4 |
33 |
68 |
15 |
|
止料次数 |
2 |
0 |
0 |
2 |
3 |
0 |
1 |
1 |
0 |
|
止料时间/min |
786 |
0 |
0 |
728 |
514 |
0 |
687 |
404 |
0 |
2 原因分析
2.1 石灰石中Mg0含量高
2009年4月份，我公司东部石灰石矿山开采进入高镁区，而西部矿山由于受剥离量的影响，不能正常投入使用，造成石灰石中Mg0含量超过内控指标，熟料中Mg0含量由正常生产时的(2.8±0.2)%升高到4.5%，这是4月份结球的主要原因。
2.2 开停窑频繁，安全运转周期短
2009年4～12月设备运转率和安全运转周期见表2。
表2 2009年运转率和安全运转周期
|
月份 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
12 |
|
运转率/% |
97.44 |
92.66 |
97.42 |
98.12 |
72.06 |
92.16 |
94.04 |
73.43 |
99.61 |
|
安全运转周期/d |
4.43 |
7.75 |
3.44 |
6.00 |
2.82 |
3.44 |
5.00 |
1.94 |
9.96 |
从表2中看出，8月和11月运转率均低于75％，其他月份的运转率都在92％以上，这两个月恰恰也是结球次数最多的两个月，分别为65次和68次。特别是11月份，系统止料次数达到16次，安全运转周期平均只有1.94d。开停窑频繁，系统热工制度波动大，是造成8月和11月结球的主要原因。
3 结球的判断方法
3.1窑内判断
3.1.1 窑主电动机电流
当窑内有球时，主电动机电流的波动会出现不同程度的增大。同时由于料球位置的不同，在电流趋势上也会有不同的表现形式，见图1。
图1 四种不同情况下的窑主电动机电流变化趋势
1)正常生产
正常生产时，由于窑皮厚薄均匀一致，煅烧正常，窑主电动机电流曲线轨迹窄且波动小，高低电流平均相差220A。
2)窑内有球
当窑内有球时，物料运动受阻，有时会出现周期性的波动。烧成带料少时，物料结粒粗大，熟料升重高而fCa0含量低；料多时，块、粉混合，虽然熟料升重变化不大，但fCa0含量常常超出控制范围。操作员为了保证fCa0合格率，习惯采用增加头煤用量，或者提高入窑物料分解率，来维持较高的烧成温度，即使球后煅烧不完全的物料进入烧成带，烧成温度也不至于下降很多。所以电流曲线轨迹很粗，球越大，此现象越明显。图1b为2009年10月14日窑内有一个Φ2m大球时的电流趋势图，图中电流最高达1134A，最低时仅有540A，平均相差500A。
3)料球进入烧成带
当料球进入烧成带时，主电动机电流会出现瞬间的直线上升，稳定一段时间后开始下滑。上升幅度和稳定时间与料球的大小有关，料球越大电流升高幅度越大，在高电流稳定的时间也越长。
4)料球离开回转窑
当料球离开回转窑时，窑内负荷、火焰阻力降低，球后反应不完全的物料涌入烧成带，主电动机电流出现突降，随着煅烧温度的提高，该电流逐渐恢复正常。
3.1.2 窑头负压
当窑内有球时，还会对入窑气流产生影响，使窑头负压出现相应的变化。随着料球的前移和球径的增大，波动频率越来越快，幅度越来越大。料球进入烧成带时，窑头出现较大的正压，一直持续到料球离窑后，通风阻力减小，通风面积增大，窑头负压恢复到正常的控制范围。窑头负压除了受二、三次风和篦冷机鼓风量及余风的影响外，还与篦床上料层厚度和熟料结粒情况有很大的关系。因此当发现窑头负压出现周期性的波动时，应结合窑主电动机电流和窑内煅烧状况进行综合分析，判断是否结球。
3.1.3 火焰形状
窑内有球时，由于料球的挤压，火焰将发生变化。料球大小、距窑头位置的不同，对火焰产生的影响程度也不一样。当料球大且逼近窑头时，火焰明显缩短、变粗，火焰颜色比正常生产时亮，窑头温度高，窑尾温度低，并伴随有窑内发浑，窑头间歇出现回火喘气现象，火焰的轴向收拢性较差。但火焰发生变化时在中控室往往不容易观察到。因此，一旦发现窑主电动机电流和窑头负压出现周期性的波动，应立即通知巡检工观察窑内状况及窑运行中有无异常响声，帮助判断窑内是否有球。
3.2 篦冷机内判断
操作员通过篦冷机料层厚度监控电视，篦下压力、篦床驱动电动机电流和油压曲线的变化确定料球的大小和进入篦冷机的时间，根据当时各段篦速和行程判断料球到达破碎机的时间。当发现一段篦床驱动电动机电流值瞬间上升，一室篦下压力随之发生较大波动，同时伴随有篦冷机高温区和窑头出现混浊现象，即表明料球已进入篦冷机。
3.2.1 篦床驱动电动机电流
图2 料球在篦冷机内时参数变化趋势
如图2a所示，料球进入篦冷机时，一段篦床电动机电流会出现瞬问直线上升，上升的幅度与料球的大小有关，然后迅速降低。我公司一段篦床驱动电动机功率为75kW，额定电流130A，正常工作电流70-80A，当受到料球冲击时，一段篦床驱动电动机电流瞬问升高的幅度和料球的球径呈现如表3所示的对应关系。
表3 一段篦床驱动电动机电流升高的幅度和料球球径
|
电流升高幅度/A |
<30 |
30～4 |
45～60 |
>60 |
|
料球直径/mm |
<500 |
500-900 |
900～1200 |
1500 |
3.2.2 篦下压力
一室篦下压力的变化如图2b所示。由于料球的冲击震动和挤压，使篦床上料层较薄部位阻力突然降低而被冷却风吹穿，篦下压力出现直线下降，然后迅速上升到料球进入前的压力值附近并保持稳定。随着球后煅烧不佳的物料陆续进入篦冷机，由于物料结粒的变化，压力值开始上升。
3.2.3 油压曲线
对料球位置反映最敏感的是油压曲线。特别是当料球位于两段篦床交接部位时，变化最明显。如图2c所示。
4 结球的处理
4.1 窑内处理
根据球径大小和所处位置的不同，处理回转窑内结球常采用烧球和放球的方法。
在烧球时应注意以下几点：准确判断料球的位置和大小；尽可能将料球放入烧成带；火焰的高温区必须落在料球上；当球前有结圈时应尽可能先将结圈处理掉，以不影响窑内通风和物料运动为原则；球前窑皮不好或窑衬过薄时不要强行烧球，如果球径在1000mm以下，可将其放出窑外；应适当降低投料量和窑速，保持火焰顺畅，加强物料预烧，提高入窑物料分解率。我公司烧Φ1 500mm左右的球时投料量由380t/h降为360t/h，窑速由3.9r/min降为3.6r/nin，效果明显。
放球的重点是如何使料球尽快通过圈体，应注意窑速、窑内物料填充率、燃烧器位置、火焰形状、特别是物料结粒情况的控制。
料球离圈体较远时，物料结粒应控制细小均匀，严禁烧大火，避免长焰煅烧，使液相提前出现。当料球到达圈体处时，煅烧温度可正常控制，保证料球处物料有一定的结粒。如果此时料球处的物料呈粉状，由于流动性好，当受到料球的挤压后，很容易散开，不利于料球越过圈体。保持物料有一定的结粒在一定程度上可以起到垫高料球的作用。
4.2篦冷机内处理
为了避免料球卡死破碎机，尽可能地减少停机时间，根据篦泠机一段驱动电动机电流的升高幅度，采取放、打和拉三种处理方法。
电流升高幅度小于30A时，球径基本在500mm以下，可以让其直接进入破碎机破碎。
电流升高幅度在30-45A时，球径约为500-900mm。应先提高三段篦床的运行速度，保持较薄的料层，15min后打开三段检修门用钢管对料球进行撞击。
电流升高幅度在45-60A时，由于球径较大(900～1200mm)，当移动到检修门时应减慢一段篦速，停止二段篦床，用压缩空气或者喷水使料球急冷，然后再撞击料球。料球进入破碎机时，密切关注破碎机电流的变化，只要发现电流瞬间升高，应立即停止三段篦床，待电流恢复正常后再启动篦床。
电流升高幅度超过60A，球径基本都在1500mm以上，应提前准备好钢丝绳，经过打球处理，如果料球大小没有明显减小，当到破碎机15时，停止三段篦床和破碎机，将破碎机检修门打开，利用电动葫芦将料球拉出篦冷机。此过程一般20min即可完成，回转窑只需适当的减料慢窑，不必止料停窑。
5 预防措施
1)加强原燃料有害成分控制。
2)加强对辅机设备的维护与管理，提高设备安全运转周期。
3)及时处理窑内长厚窑皮及结圈，避免因物料运行受阻或系统通风不畅而形成球核。
4)完善DCS系统和篦冷机料层厚度监控电视。
5)保持系统热工制度的稳定。
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