窯預(yù)分解系統(tǒng)的問題分析及改進(jìn)措施

     我廠1號(hào)RSP窯經(jīng)過6年多的運(yùn)轉(zhuǎn)，系統(tǒng)耐火材料呈現(xiàn)出不同程度的磨損、燒壞現(xiàn)象。SB室下部掉磚，進(jìn)而殼體燒損；SC室用風(fēng)不良，導(dǎo)致邊壁物料保護(hù)層不均衡，局部襯磚磨損嚴(yán)重；斜煙道及鵝頸管側(cè)墻襯磚垮落，由于鵝頸管結(jié)構(gòu)缺陷，經(jīng)常結(jié)皮和堆料；MC室斷面物料分布不均，物料稀相區(qū)爐壁燒損，直至筒體嚴(yán)重變形；因窯尾縮口處風(fēng)速低，噴騰能力減弱而塌料；高溫級(jí)旋風(fēng)筒分離效率低，導(dǎo)致物料大量返回，內(nèi)循環(huán)增加等。本文依據(jù)熱工標(biāo)定結(jié)果，對(duì)該預(yù)分解系統(tǒng)出現(xiàn)的問題進(jìn)行分析，并提出改進(jìn)措施。  
 1　RSP窯系統(tǒng)工況分析 
 　　熱工標(biāo)定主要參數(shù)對(duì)比見表1、表2，窯尾高溫區(qū)工藝流程見圖1。 
表1 預(yù)熱預(yù)分解系統(tǒng)溫度變化 ℃ 

表2 RSP爐的分解進(jìn)程變化 
注：1997年數(shù)據(jù)為南京化工大學(xué)硅酸地方國營工程研究所的熱工標(biāo)定結(jié)果，SC室出口指斜煙道出進(jìn)口等同于鵝頸管出口?！　?nbsp; 
 　　圖1　窯尾高溫區(qū)工藝流程
1.1　三次風(fēng)溫度及其對(duì)SC室工況的影響　　由表1可見，三次風(fēng)溫度和入爐生料溫度分別只有600℃和671℃。入爐生料溫度低主要是由于C4錐體及下料管增開人孔門較多，外漏風(fēng)量和散熱損失增加引起的，通過加強(qiáng)管理，隔熱堵漏后完全可以解決；三次風(fēng)溫度目前基本穩(wěn)定在560～580℃，提高的余地很小。其原因是:我廠采用單筒冷卻機(jī)，經(jīng)過多年的運(yùn)轉(zhuǎn)，內(nèi)部裝置所遭受的磨損和腐蝕不斷加劇，而且增加了砌筑耐火磚的長(zhǎng)度，熟料停留時(shí)間短(約為30min)，出機(jī)熟料溫度高(～290℃)，使熱效率本身就不高的單筒冷卻機(jī)熱回收率進(jìn)一步降低(1997年熱工標(biāo)定結(jié)果為56.6%)。　　

     三次風(fēng)溫度是影響分解率和燃盡率的重要因素。較低的三次風(fēng)溫度導(dǎo)致爐內(nèi)煤粉著火速度減慢，形成滯后燃燒，特別是SC室內(nèi)煤粉是在純助燃空氣中燃燒，助燃空氣的溫度在很大程度上決定了煤粉燃盡率，三次風(fēng)溫度低，即使分解爐多加煤，SC室內(nèi)溫度也不會(huì)高，反而會(huì)加劇煤粉滯后燃燒。從表1和表2可以看出，SC室生料出口溫度和分解率分別是948℃和43.4%，結(jié)合入爐生料表觀分解率已達(dá)22.6%的實(shí)際情況，說明SC室內(nèi)的分解反應(yīng)極低，煤粉燃燒狀況不理想。

1.2　MC室及其鵝頸管　　由于SC室內(nèi)煤粉燃盡率及物料分解率低，使得絕大部分的燃燒及分解反應(yīng)在MC室內(nèi)進(jìn)行，進(jìn)而加重MC室及鵝頸管的燃燒負(fù)荷，致使MC室爐壁燒損?！　目傮w而言，MC室A側(cè)襯料燒損較輕，殘存耐火磚厚度普遍在50～70mm，而B側(cè)耐火磚殘存厚度僅有40～50mm，多處有燒蝕掉磚(圖2中的a、b兩點(diǎn))，且掉磚在托磚板上下兩側(cè)，托磚板燒損表現(xiàn)為B側(cè)的近半圈嚴(yán)重?zé)龘p，而越靠近A側(cè)(進(jìn)料端)損壞程度越輕。從以上現(xiàn)象可初步斷定，由于托磚板表露于高溫?zé)釟庵?，將其熱量傳給筒體，筒體受熱膨脹，硅鈣板與之脫離，頂垮耐火襯料。再結(jié)合爐內(nèi)壁溫度的檢測(cè)結(jié)果，A、B兩側(cè)的爐壁溫度分別為830℃和864℃，證明了A、B兩側(cè)所承受的熱負(fù)荷不均衡，B側(cè)物料濃度低、熱負(fù)荷高，致使?fàn)t壁燒損較A側(cè)嚴(yán)重?！?/P>

 
 　　圖2　MC室及鵝頸管結(jié)構(gòu) 
 　　鵝頸管的結(jié)構(gòu)缺陷是RSP窯系統(tǒng)的最大不足，設(shè)計(jì)的意圖是在不增加預(yù)熱器框架高度的前提下盡可能地延長(zhǎng)MC室與級(jí)的連接段，增加物料在爐內(nèi)的停留時(shí)間。但預(yù)熱器呈2-1-1-2-1布置，2個(gè)C4筒擋住了MC室上升的空間，同時(shí)需避開橫梁的阻擋，鵝頸管實(shí)際結(jié)構(gòu)如圖2所示，形成先拐彎后傾斜(60°)過渡，如此導(dǎo)致后果有:　　

1)因MC室出口變徑拐彎，且溫度較高(902℃)，常常引起結(jié)皮，每次停窯檢修都需要清理?！　?/P>

2)結(jié)皮形成縮口，使?fàn)t內(nèi)阻力增大，阻礙MC室內(nèi)料氣的流通，增大了物料在爐內(nèi)的返混度，直接引起MC室內(nèi)單位容積物料負(fù)荷的增加，當(dāng)達(dá)到一定程度時(shí)，物料由窯尾縮口處直接“短路”入窯。返混度的增加，降低了爐內(nèi)風(fēng)速，顆粒與氣流間的速度差減小，不利于傳熱和物質(zhì)的擴(kuò)散以及燃燒、分解的進(jìn)行?！?/P>

　3)斜坡段堆料，尤其在投料初期系統(tǒng)內(nèi)氣料比大，斷面風(fēng)速較低，部分生料易在斜坡段失速沉降堆積，當(dāng)拉風(fēng)投料、喂料量大幅波動(dòng)、系統(tǒng)氣流量或壓力發(fā)生變化時(shí)，原沉積的物料被觸動(dòng)滑落造成塌料。

1.3　級(jí)旋風(fēng)筒的效率分析　　級(jí)旋風(fēng)筒進(jìn)口溫度穩(wěn)定在約880℃時(shí)，入窯物料溫度僅750℃，比正常理論溫度降低了近100℃，出口氣體溫度也只有808℃，這充分說明級(jí)旋風(fēng)筒散熱損失及外漏風(fēng)比較嚴(yán)重。外漏風(fēng)主要集中在錐體及下料管部位，生產(chǎn)中經(jīng)常將錐體及下料管捅灰孔打開，預(yù)熱器系統(tǒng)中有60%以上堵塞現(xiàn)象發(fā)生在該部位，為便于清堵，我們根據(jù)堵塞的多發(fā)點(diǎn)，先后開了4個(gè)人孔門，提高了清堵效率，但也帶來了不容忽視的負(fù)面影響:①外漏風(fēng)導(dǎo)致熱效率急劇下降，入窯物料溫度僅為750℃，不利于快速燒成；②開孔無法保證筒體內(nèi)壁光滑，物料滯留粘結(jié)，最終形成堵料；③由于所開人孔門沒有嚴(yán)格的隔熱措施，散熱損失進(jìn)一步加大。從表2可知，C4下料管內(nèi)物料表觀分解率已從14.1%增加到22.6%，這只能靠級(jí)旋風(fēng)筒內(nèi)的物料大量返混來實(shí)現(xiàn)。由于級(jí)內(nèi)筒經(jīng)常燒掉，1998年將內(nèi)筒拆除，分離效率下降了許多。 

 2　窯尾煙室及縮口的改造 

 　1號(hào)窯縮口尺寸先后采用過1.40m×1.40m、1.20m×1.40m和1.10m×1.10m等多個(gè)截面尺寸，使用效果均不理想。由于經(jīng)常使用壓縮空氣清吹結(jié)皮，內(nèi)部截面積變得無規(guī)則，動(dòng)力損失增加，導(dǎo)致縮口風(fēng)速下降。2001年8月停窯檢修時(shí)，測(cè)量縮口尺寸為1.36m×1.40m，比預(yù)設(shè)截面增大了許多，而窯尾煙室則因結(jié)皮層的長(zhǎng)期累積，有效通風(fēng)面積大幅度變小，實(shí)測(cè)通風(fēng)截面積僅為2.03m×1.53m(窯軸向的煙室捅灰孔已于1998年被封死，主要目的是為了減少漏風(fēng)引起的冷凝結(jié)皮，同時(shí)增加內(nèi)壁澆注料整體牢固性)。隨著煙室有效面積的減小，縮口的噴射效應(yīng)降低，加之在生產(chǎn)中縮口斷面的逐漸變大，使窯系統(tǒng)縮口處風(fēng)速偏低，MC室內(nèi)形成的噴射能力減弱，物料無法及時(shí)排出，加劇了MC室內(nèi)物料的返混度。當(dāng)MC室內(nèi)物料負(fù)荷增至一定程度后整體或局部“短路”入窯，形成塌料。發(fā)生塌料后，減料降窯速，系統(tǒng)步入惡性循環(huán)中，長(zhǎng)時(shí)間停留在低產(chǎn)階段?！　「脑鞎r(shí)，考慮原有澆注料損壞嚴(yán)重，凸凹不平而影響氣流暢通，故將其全部打掉重新澆注，保證澆注料整體的牢固性和密閉性，避免分層脫裂。為確保窯尾煙室有效通風(fēng)面積，嚴(yán)格按原設(shè)計(jì)的有效尺寸來控制HN-13NL耐堿澆注料及100mm耐高溫硅酸鈣絕熱板(簡(jiǎn)稱硅鈣板)的總體厚度。由于縮口部位施工空間狹窄，對(duì)澆注質(zhì)量有較大影響，因此在保證襯料質(zhì)量的同時(shí)也考慮澆注料的施工性能，選用的莫來石質(zhì)澆注料要有較好的保溫性能、良好的施工性能(施工加水量?jī)H為7%～8%)和流動(dòng)性，同時(shí)又具有較高的機(jī)械強(qiáng)度和使用溫度(≤1400℃)?！　?/P>

     分析歷次使用的縮口截面積情況，確定截面積為1.44m²具體結(jié)構(gòu)尺寸見圖3，并將四角澆注成圓弧過渡形式，從而有利于噴射和旋流效應(yīng)，使氣流在斷面較均勻地分布和減少死角，有利于提高澆注墻體的穩(wěn)定性和耐久性。窯尾斜坡耐火磚仍選用X-17型抗剝落高鋁磚。該磚的耐火及耐磨性完全能滿足窯尾工況的要求?！?nbsp;

  　圖3　縮口改造結(jié)構(gòu)尺寸
　　停窯檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)的局部“抽簽”現(xiàn)象，主要原因是經(jīng)常使用高壓空氣清理結(jié)皮積料和施工質(zhì)量不過關(guān)，“抽簽”部位正是平時(shí)清理的主要受力點(diǎn)。因此，此次檢修時(shí)我們?cè)O(shè)專人負(fù)責(zé)全程監(jiān)督，注意避免出現(xiàn)臺(tái)階和膨脹縫的留設(shè)?？s短下料“溜子”長(zhǎng)度，并盡可能的傾斜，大大減少下料斜坡堆料的現(xiàn)象。改造后系統(tǒng)壓力變化見表3。 
表3 縮口改造前后系統(tǒng)壓力變化 Pa  

　根據(jù)1號(hào)窯預(yù)熱預(yù)分解系統(tǒng)的匹配及地處高海拔地區(qū)，正常運(yùn)行時(shí)適當(dāng)提高空氣過剩系數(shù)，阻力比平原地區(qū)同類型窯有較大幅度的提高。生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，完成設(shè)計(jì)產(chǎn)量時(shí)系統(tǒng)總壓降低于4600Pa，高溫風(fēng)機(jī)進(jìn)口壓力低于4850Pa，被認(rèn)為是不正常的，無法保證各管道內(nèi)的物料懸浮良好，更不可避免在局部發(fā)生物料“短路”。從表3可見，改造后的系統(tǒng)壓力趨于合理。 
 3　調(diào)整三次風(fēng)匹配，改善SC室流場(chǎng) 。

　　3.1　問題分析　　分解爐著火不良，煤粉預(yù)燃效果差，火焰燃燒區(qū)較長(zhǎng)，從而導(dǎo)致操作中控制不住分解爐出口溫度(即進(jìn)口溫度)。為提高入窯物料溫度，保證分解率，只有將分解爐出口溫度穩(wěn)定在880～910℃，窯系統(tǒng)熱工制度才能基本穩(wěn)定，但、C4出現(xiàn)了頻繁的燒結(jié)堵塞。當(dāng)分解爐出口溫度下跌至865℃以下時(shí)，物料流速快，窯內(nèi)煅燒特別吃力，865℃時(shí)取樣測(cè)定入窯物料表觀分解率僅為82.6%。分析以上現(xiàn)象得知，分解爐內(nèi)煤粉存在嚴(yán)重的“后燃”現(xiàn)象，有不少煤粉跑至鵝頸管乃至級(jí)旋風(fēng)筒內(nèi)繼續(xù)燃燒，形成爐出口及C4進(jìn)口溫度過高而爐內(nèi)部熱力強(qiáng)度并不高的溫度“倒掛”現(xiàn)象。根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，C4進(jìn)口與進(jìn)口溫降應(yīng)在100～120℃之間，但當(dāng)時(shí)的溫降僅為80～90℃，這也證明了溫度“倒掛”和物料“返混”現(xiàn)象的存在。SC室邊壁燒蝕情況見圖4。　

 
 圖4　爐壁燒蝕部位 
 生料進(jìn)入SC室后由于攜帶風(fēng)速不足，直落一段距離，同時(shí)借助B路風(fēng)的旋流效應(yīng)才作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，失去了對(duì)該側(cè)爐壁的保護(hù)作用，形成稀相區(qū)，致使該部位溫度相對(duì)過高而燒蝕。從現(xiàn)場(chǎng)觀察的情況，A路風(fēng)攜帶物料的能力不足，存在物料下沖現(xiàn)象。3.2　問題的解決　　1)增大三次風(fēng)量。在改造過縮口通風(fēng)截面之后，將三次風(fēng)閥開度由原來的20%～30%開至50%～70%，入爐風(fēng)速明顯提高，CA物料下沖現(xiàn)象基本消除。此后卻加劇了A、B兩路風(fēng)的嚴(yán)重不平衡度，通過現(xiàn)場(chǎng)測(cè)壓儀發(fā)現(xiàn)兩側(cè)風(fēng)壓分別達(dá)168Pa和290Pa，且爐內(nèi)著火未有明顯改觀，“后燃”依然存在?！　?)調(diào)節(jié)預(yù)燃風(fēng)。將SB閥開到80%～85%，使入SB室的三次風(fēng)達(dá)12%左右，加之三次風(fēng)總量的增大，其問題基本得以解決，入SC室A路和B路(預(yù)燃風(fēng)從B路抽取)壓力分別為-208Pa和-223Pa，兩側(cè)的風(fēng)量、風(fēng)速基本上趨于平衡。 
 　改進(jìn)局部襯料
　更換MC室耐火襯料時(shí)，各接口部位由原來的GT-16B耐堿澆注料改用HN-13NL高強(qiáng)耐堿澆注料，錨固件(鈀釘)由“V”形改為“Y”形，表面裹一層1～2mm厚的黑膠布；硅鈣板與筒體之間采用PA-80高強(qiáng)高溫粘結(jié)劑，該粘結(jié)劑具有粘度高(30%～35%)、密度大(1.44～1.60t/m3)、固體含量高(>50%)等優(yōu)點(diǎn)，也可用其填補(bǔ)筒體變形處。分解爐內(nèi)襯設(shè)計(jì)時(shí)多采用耐火磚，但由于小型預(yù)分解窯系統(tǒng)工況容易波動(dòng)，開停窯頻繁，磚襯表面驟冷驟熱次數(shù)增多，掉磚現(xiàn)象嚴(yán)重，與之匹配的分解爐斷面較小，斜煙道、鵝頸管等連接過渡管道尤其突出。凡是掉磚部位，都改打澆注料，避免了因煙氣沖刷、受熱等導(dǎo)致掉磚。
5　體會(huì)
　　1)RSP窯分解系統(tǒng)出現(xiàn)的問題僅靠操作調(diào)節(jié)是無法徹底解決的，必須從結(jié)構(gòu)上作適當(dāng)?shù)母倪M(jìn)，如將斜煙道與MC室連接由正中心進(jìn)入改為切線進(jìn)入方式，重新更新單筒冷卻機(jī)揚(yáng)料裝置，加強(qiáng)揚(yáng)料區(qū)的隔熱及減少筒體淋水等措施，可進(jìn)一步提高三次風(fēng)溫度，改善SC室的燃燒環(huán)境，減少煤粉滯后燃燒?！?/P>

　2)加強(qiáng)各人孔門的隔熱堵漏，所開人孔門補(bǔ)打的澆注料盡量保持過渡圓滑，恢復(fù)內(nèi)筒等，都是提高熱效率及分離效率的有效途徑。　

　3)窯尾下料溜子屬關(guān)鍵部位，施工質(zhì)量至關(guān)重要。一是溜子伸入窯內(nèi)不能過短，應(yīng)伸到窯內(nèi)200～300mm；二是澆注料不宜過厚(260mm)；三是澆注料與斜坡耐火磚之間避免形成臺(tái)階，防止堆料?！　?)對(duì)窯尾預(yù)熱器系統(tǒng)的各種損壞，應(yīng)及時(shí)修補(bǔ)和修復(fù)(如SB閥的閥桿)

 text>來源：水泥2002.9