预分解窑塌料原因分析

从理论上说 , 粒径几十微米的粉体颗粒在 2m/ s 的风速下就能悬浮起来 , 一些研究人员对旋风预 热器进行的模拟试验证明 , 撒料良好时 , 喂入料流 发生短路的排气临界风速为 10m/ s 。但生产实践证 明 , 为使工业生产条件下不发生塌料 , 携带物料的 气流速度要大于此值 。现今 , 国内外各家公司或工 厂预分解系统因型式 、结构不同 , 各部分风速也大 相径庭 , 表 1 列出了不同工厂 2000t/ d 生产线旋风 筒和风管的规格 。
预分解系统中撒料装置结构和型式对物料的分 散起很重要作用 , 常用的撒料装置结构和安装位置 见图 1 。
图 1 预分解系统常用撒料装置结构和安装位置图 从理论上讲 , 撒料板的作用一是消除物料下冲 动能并抛散物料 ; 二是伸入风管内阻挡气流 , 使撒 料板下面的上升气体受阻挡后 , 挤向撒料板周围绕 行 , 形成一股流速较高的绕行气流 , 有利于冲散和 托升物料 。撒料装置的型式 、大小 、倾角α 的角 度和撒料板伸入风管长度 、撒料板距旋风筒内筒进 口距离 l 等几个参数是影响撒料效果的关键因素 。 若撒料板设计太小或α 值不合适 , 则不能有效分 散成股物料 , 当风管风速稍低时 , 就有可能托不住 下冲成股料 , 使料股直接掉入下一级旋风筒 , 形成 料短路 ; 当 1 值太小时 , 带下冲动能的物料在风管 中行程太短 , 来不及被气体分散携带 , 也会出现这 种情况 。这种短路料逐级掉入下级旋风筒 , 此过程 中物料积聚 、料量增大 , 又有较大的下冲力 , 从分 解炉卸出来或卸入窑内 , 成为塌料 。 根据我们的经验 , 撒料板的大小以下料管的来 料大部分能落到撒料板上为宜 , 撒料板插入长度都 有一定的调节量 , α的取值以 0～20°为好 , 1 值视 系统规模和布置而定 , 规模大的 , 1 值可略小一 些 , 规模小的 , 1 值应大一些 , 一般取 115～2d 为
SH 厂 5200 5200 5200 5200
3623 3623 3523
JN 厂 2 - 3900 5918 5918 6190 6480 3520 3448 3358 2990
因此 我 们 认 为 预 分 解 系 统 各 部 分 风 速 不 能 太 低 , 对于发生塌料的预分解系统 , 应验算其不同产 量时的各部分风速 , 若局部风速确实过低 , 则可根 据情况对其进行处理 , 或改造设备 , 或增加局部内 衬厚度以缩小通风面积 , 使其达到生产要求 。从现 在国内外预分解窑的研究和生产看 , 我们建议的风 速合理值列于表 2 。在这样的风速下 , 物料能被较 好地分离和携带 , 抗塌料能力较强 。
煅烧工艺
预分解窑塌料原因分析
Material Collap se Analysis in Precalciner kiln
□□季尚行 (南京水泥工业设计研究院 210005) 1 前言
塌料是预分解窑生产中经常遇到的一种不正常 现象 , 其表观特征是在极短时间内 , 有一股料失控 下落 , 从分解炉底部冲出 。对于在线布置的分解 炉 , 下落料经窑尾烟室冲入窑内 , 使窑内生料填充 量骤增 , 窑头烧不住 , 形成生烧 。塌料严重时 , 这 股料可直冲窑头 , 形成窑头返火 , 甚至从窑头罩或 冷却机冲出高温红料 , 危及设备或人身安全 ; 而对 于离线布置的分解炉 , 下落高温料冲出分解炉 , 直 接塌到地面上 , 既污染环境 , 危及人身安全 , 还会 影响窑尾框架和窑墩基础的安全使用 。此外 , 塌料 还会引起系统风煤料不平衡 , 破坏热工制度 , 影响 正常生产 , 甚至又因此引起新的塌料 , 造成恶性循 环。
3 生产操作控制问题及其改进 311 长时间低产量运行
在窑系统点火升温挂窑皮阶段 , 窑系统要低产 量运行 。有些工厂在某些特殊情况下 (如烧成系统 附机有小故障 , 煤 、料临时供不上 , 熟料库满等) , 也习惯进行低产量运行 , 此时 , 系统用煤 、加料量 均较正常情况低 , 系统用风量也必然降低 , 使旋风 筒及连接风管各处负压降低 , 风速较小 , 塌料情况 较易发生 。某厂 1500t/ d 预分解窑生产线调试时在 不同产量下窑尾排风机转速 、电流和负压情况见表
有些老式的或设计不合理的预热器系统 , 旋风 筒蜗壳是平底构造 , 或连接风管进旋风筒处有较长 的水平管段 。生产时 , 这些水平处很易沉积物料 , 积到一定量时 , 成股落入旋风筒 , 此处再重新积 料 , 如此循环 。落入旋风筒的成股料会逐级短路下 落 , 产生塌料 。对于这种情况引起的系统塌料 , 进 行彻底改造处理比较麻烦 。一方面 , 由于受各级旋 风筒间相对高度和水平定位的约束 , 往往不易对原 有旋风筒 、连接风管型式改造或更换 ; 另一方面 ,
4/ 1999 水泥技术 27 Nhomakorabea力 , 在喂料控制不好时 , 很易引起分解炉内物料塌 落 。福建水泥厂技改工程调试初期 , 曾因窑尾阀门 调节范围小 , 无法控制窑内风量 , 炉系列通风偏 小 , 分解炉塌料频繁 , 后来改造了阀门 , 将其调到 合适位置 , 才解决了塌料问题 。其他通过改造窑尾 缩口解决系统塌料的实例也是很多的 。
我们在解决某厂带 5 级旋风筒预分解窑的塌料 问题时 , 将 C4 - C3 间撒料板α 角由 25°改为 15°, 撒料板插入风管长度增加了 100mm , 并适当加长 C4 内筒 , 系统塌料情况有了很大的改善 。 214 旋风筒下料管及其翻板阀的问题
旋风筒下料管及翻板阀设计不合理 , 也会导致 系统塌料 。首先考虑下料管径 , 要保证其中料流畅 通 , 不致因料管太小而堵塞 , 在此基础上考虑料管 中物料填充率不能太低 , 应使下料管配上合适的翻 板阀能起好的锁风作用 。有些早期的预热器系统 , 下料管径太大 , 物料填充率很低 , 而其翻板阀配置 又不好 , 阀端开口过大 , 重锤配置太轻 , 阀体位置 不当 , 阀板翻动不灵活等 , 其锁风效果就很差 , 旋 风筒间会产生内漏风现象 , 使旋风筒分离效率下 降 , 一部分物料随气流进入上一级旋风筒 , 一部分 在旋风筒内循环积聚 , 积到一定量时 , 成股卸出旋 风筒 , 到下面各级旋风筒和风管内不能很好分散 , 导致系统塌料 。另外 , 内漏风使窑和分解炉高温气 体直接进入上级旋风筒 , 使其易结皮堵塞 , 也会产 生塌料 。其次考虑下料管的布置 , 若拐弯较多或角 度太小 , 则生产中容易结皮 , 下料不畅 、不稳 , 产 生脉动 , 成股下料 , 也会产生料短路而引起塌料 。
3 。处于状态 1 时 , 有塌料情况发生 , 而状态 2 时 , 系统未发生塌料 。
表 3 某厂 1500t/ d 预分解窑生产线窑尾参数
状态 1
产量 t/ h
40
C1 出口负压 窑尾排风机转速 窑尾排风机电流
Pa
r/ min
从解决塌料问题出发 , 我们要考虑旋风筒下料 管的走向布置 、空间角度 、管径及锁风阀等因素 , 我们一般要求下料管布置简捷 , 拐弯少 , 各管段空 间角尽可能 > 55°, 对于下料管管径 , 按单位截面 料流量考虑 , 最下面两级旋风筒 (物料温度较高) 取 75 ～ 120kg/ s ·m2 , 上面各级取 100 ～ 180kg/ s · m2 。此 外 , 下 料 管 上 锁 风 阀 一 定 要 能 严 密 锁 风 , 翻动灵活 , 配重不要太轻 , 锁风阀尽量不设在下料 管的小角度斜段上 。这样 , 尽可能减少系统内漏 风 , 也是解决塌料的一个重要途径 。 215 旋风筒或连接风管存在大水平段的问题
28 CEMENT TECHNOLO GY 4/ 1999
好 。对因撒料装置结构或安装位置不当导致的系统 塌料 , 一般可增加撒料板插入长度或减小α 角度 , 对于撒料装置安装位置的调整改造 , 则涉及到上级 旋风筒下料管的空间角度布置 , 锁风阀和膨胀节的 设置及系统换热等问题 , 比较困难 , 可以采取适当 加长下级旋风筒内筒的办法 , 增加 1 值 。
表 1 2000t/ d 生产线预热器规格 (Φ ×mm)
厂别 C1
C2
C3
C4
C5
C5 - C4 C4 - C3 C4 - C2 C2 - C1 风管 风管 风管 风管
ZG厂 2 - 4330 6700 6700 6700 6700 3565 3565 3565 3010
HX 厂 5400 5400 5700 5700 5700 3957 3957 3957 3657
由表 1 可见 , 即使同一规模的预热器 , 其直径 相差甚大 , 特别是联接风管 , 相同旋风筒间最大和 最小的截面积相差约 40 % , 这必然导致系统内风
速有较大差异 。从降低系统阻力和延长气料停留时 间考虑 , 我们希望适当降低系统内风速 。风速太 低 , 气体携料能力减弱 , 再有其他因素干扰 , 就容 易引起系统塌料 。同理 , 若分解炉炉径过大 , 也易 产生塌料 。表 1 中 HX 厂风管较大 , 点火调试初 期 , 曾遇到频繁塌料的问题 。经过分析摸索 , 找出 问题症结 , 通过调整操作方法来适应设备结构 , 才 解决了塌料问题 。
解决分解炉塌料的另一途径是适当提高炉内风 速 , 加强其 携 料 能 力 。现 在 新 建 的 喷 腾 型 、RSP 型 、N2MFC 型 、DD 型等各种炉型都有缩小炉径 、 增加炉子高度或延长出风管长度的趋势 , 在保证炉 容前提下 , 适当提高炉内风速 , 以克服塌料问题 。 我们认为 , 分解炉的风速合理值可见表 2 。分解炉 下部喷腾口风速应 > 35m/ s 。这样 , 可较好地避免 分解炉本身塌料 。 213 各级旋风筒间撒料装置结构和安装位置的问 题
要改造旋风筒或连接风管 , 必须处理内衬和进行吊 装等 , 需要一定的投资和施工周期 , 具有一定的施 工难度 。除了计划对预分解系统进行大规模改造
外 , 一般不太容易因塌料而对旋风筒或连接风管设 备进行改造 。在这种情况下 , 可采取的解决办法主 要是在易积料的水平段处用浇注料砌斜坡 , 或在此 处安装吹扫装置或空气炮 , 定时吹扫 , 避免积料 , 以此改善塌料情况 。工厂生产实践证明 , 这样做对 改善塌料也还是很有效的 。