NSP窯系統(tǒng)塌料的原因分析及其相應(yīng)措施

　塌料是NSP窯系統(tǒng)實際生產(chǎn)中普遍存在的一個問題。它不僅影響燒成系統(tǒng)的熱效率和窯的快轉(zhuǎn)率，嚴重時造成預(yù)分解系統(tǒng)堵塞或窯頭回火，出現(xiàn)人身傷害事故。本文就預(yù)分解系統(tǒng)塌料的原因進行分析并提出一些相應(yīng)的措施。  

1　塌料的原因分析 

　　所謂塌料就是生料在預(yù)熱器內(nèi)的不均勻流動或聚集致使大量生料集中從旋風(fēng)筒錐體通過排灰閥、下料管加入下一級旋風(fēng)筒出口管道，而其管道風(fēng)速又不足以將大股生料吹散、托起，生料直接通過旋風(fēng)筒或分解爐塌入窯內(nèi)。造成預(yù)分解系統(tǒng)塌料的主要原因有以下幾個方面。 

1.1　喂料量不均勻 
　　
生料壓庫時間長、水分大，松散度差；喂料倉起拱，喂料機內(nèi)生料時有時無；螺旋喂料機轉(zhuǎn)速不穩(wěn)，造成喂料不勻等都容易引起塌料。這是因為生料喂料量時多時少很難使預(yù)分解系統(tǒng)熱工制度趨于穩(wěn)定。喂料量少時懸浮在熱氣流中的生料量減少，燃料燃燒放出的熱量不能大部分被生料吸收，產(chǎn)生局部高溫容易在旋風(fēng)筒的壁面、錐體和下料管等處粘附，形成結(jié)皮。當(dāng)喂料量多而系統(tǒng)管道風(fēng)速又不足以將生料吹散時，生料就不能均勻地分散懸浮于氣流之中，不僅降低傳熱效率，而且容易造成生料堆積和塌落。另外，喂料量忽高忽低，使入窯生料溫度、分解率、窯內(nèi)物料負荷率都有較大波動，出窯熟料不是生燒就是過燒，操作員風(fēng)、煤、料和窯速之間的關(guān)系很難掌握，系統(tǒng)的熱平衡被破壞，極易產(chǎn)生塌料或結(jié)皮和堵塞。 

1.2　旋風(fēng)筒結(jié)構(gòu)形式不合理  
　　
旋風(fēng)筒進口以及渦殼底部傾角斜度太小，水平段太長，在投料初期由于系統(tǒng)風(fēng)量較小，斷面風(fēng)速較低，大量生料容易在小傾角、水平段沉降聚積。當(dāng)系統(tǒng)氣流的擾動或壓力發(fā)生變化時，大量物料突然滑落造成塌料。旋風(fēng)筒錐體部分錐角太小，尤其該部位耐火襯料平整度差時，也會引起積料。時間長了，不是造成堵塞，就是大股物料的塌落。 

1.3　旋風(fēng)筒錐體出料口、排灰閥和下料管漏風(fēng) 
　　
預(yù)分解系統(tǒng)漏風(fēng)有外漏風(fēng)和內(nèi)漏風(fēng)兩種形式。所謂外漏風(fēng)是指系統(tǒng)周圍的大氣在系統(tǒng)負壓作用下，從檢查孔、測量孔、排灰閥、連接管道法蘭以及旋風(fēng)筒人孔門漏入的冷空氣。而當(dāng)排灰閥因燒壞變形或配重太輕時，下一級旋風(fēng)筒出口的熱氣流直接經(jīng)下料管通過排灰閥由錐體出料口進入旋風(fēng)筒內(nèi)，這樣的漏風(fēng)稱為內(nèi)漏風(fēng)。 
　　
一般情況下，旋風(fēng)筒錐體部分的負壓是由上到下逐漸增大的。也就是說錐體底部及出料口負壓較大，系統(tǒng)周圍的冷空氣容易漏入。而錐體底部尤其是出料口處，氣流的旋轉(zhuǎn)半徑小，離心力小，極易受漏風(fēng)干擾產(chǎn)生紊亂的不利于氣固分離的氣體流場，從而使即將被收集的物料出現(xiàn)返混，降低旋風(fēng)筒的收塵效率。另外，冷空氣的漏入使旋風(fēng)筒錐體中心部分向上的軸向風(fēng)速增加，使已經(jīng)與氣流分離的生料產(chǎn)生較大的逆向飛揚也會降低收塵效率，導(dǎo)致旋風(fēng)筒內(nèi)氣體含塵濃度急劇增加。隨著時間的推移，旋風(fēng)筒內(nèi)生料濃度越來越大以致超過氣流的上托能力，大股生料突然沖向出料口，通過排灰閥、下一級旋風(fēng)筒或分解爐，塌入窯內(nèi)。 
　　
至于預(yù)分解系統(tǒng)的內(nèi)漏風(fēng)，一般不被人們所重視，也不容易被發(fā)現(xiàn)，通常只能靠操作人員的經(jīng)驗來判斷。其實，內(nèi)漏風(fēng)導(dǎo)致塌料的嚴重程度比外漏風(fēng)更大。這是因為下一級旋風(fēng)筒出口氣體經(jīng)下料管、排灰閥和錐體排料口漏入旋風(fēng)筒時，會使旋風(fēng)筒收集下來的生料重新上升，在預(yù)熱器內(nèi)造成循環(huán)。由于排灰閥失去鎖風(fēng)作用，使旋風(fēng)筒錐體出料口處上升風(fēng)速較高，氣流浮力較大，當(dāng)旋風(fēng)筒內(nèi)的生料達到足夠數(shù)量時突然向下沉落，造成嚴重塌料。一般情況下，大股物料突然向下沉落時會產(chǎn)生較大負壓，這時聚集在旋風(fēng)筒進口和渦殼底部水平段的物料被強大渦旋氣流擾動，隨大股物料一起塌落，塌料嚴重時會看到幾個排灰閥閥桿高高翹起，不久窯頭會出現(xiàn)較大回火，噴出火龍能延續(xù)數(shù)秒鐘。 
　　
系統(tǒng)漏風(fēng)不僅影響NSP窯系統(tǒng)的操作，使旋風(fēng)筒的分離效率急劇下降，已預(yù)熱的物料向上一級較低溫度的旋風(fēng)筒返混增加，降低熱效率，而且冷風(fēng)的摻入使系統(tǒng)廢氣量增加，風(fēng)機電耗和廢氣帶走的熱損失提高，也使系統(tǒng)氣體溫度下降，從而降低廢氣和物料之間的綜合傳熱系數(shù)，其結(jié)果使入窯物料溫度和分解率明顯偏低。一般來說，我國NSP窯的熱工指標(biāo)大多低于國外同類窯型指標(biāo)，系統(tǒng)漏風(fēng)嚴重是諸多重要因素之一，應(yīng)該引起人們的足夠重視。 
1.4　NSP窯低產(chǎn)量情況下運行更易引起塌料 
　　
整個預(yù)分解系統(tǒng)，包括窯尾上升煙道、分解爐、各級旋風(fēng)筒及其連接管道，它們的斷面風(fēng)速都有一定的要求以確保生料懸浮在熱氣流中，并有較高的熱效率和分離效率。但是設(shè)備規(guī)格的確定是以設(shè)計生產(chǎn)能力為依據(jù)的，也就是說達到設(shè)計能力的最佳喂料量，各處的斷面風(fēng)速也處于最佳狀態(tài)。當(dāng)然設(shè)備選型一般都留有一定的富余能力，例如窯尾高溫風(fēng)機風(fēng)量風(fēng)壓都在15%以上。只要風(fēng)機在其設(shè)定的參數(shù)范圍內(nèi)運行，窯的實際生產(chǎn)能力超過設(shè)計產(chǎn)量也是常有的事。這是因為產(chǎn)量增加，雖然引起系統(tǒng)阻力升高，電能消耗相應(yīng)加大，但是總產(chǎn)量提高了，單位熟料電耗、熱耗不一定高，這里有個綜合平衡、經(jīng)濟核算的問題。然而產(chǎn)量過低情況就不一樣了，首先產(chǎn)量過低，系統(tǒng)各處的風(fēng)速低，物料在預(yù)熱器系統(tǒng)的水平管道、旋風(fēng)筒渦殼底部和錐體等部位堆積。物料堆積到一定程度，當(dāng)系統(tǒng)溫度、壓力、風(fēng)量略有變化就會往下塌落。另外，產(chǎn)量低，熱耗高，單位熟料的廢氣量大，在這種情況下預(yù)分解系統(tǒng)的過剩空氣系數(shù)也大，但各級旋風(fēng)筒進出口風(fēng)速還遠低于設(shè)計值。系統(tǒng)中風(fēng)料比大，亦即濃度小，旋風(fēng)筒分離效率急劇降低，部分生料在預(yù)熱器系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)。隨著生料的不斷喂入，系統(tǒng)中的生料循環(huán)量也逐漸增加，生料濃度達到一定程度，氣流風(fēng)速不足以將物料吹散、托起，而是直接塌入窯內(nèi)。這就是NSP窯產(chǎn)量越低塌料越頻繁，窯速提不起來容易跑生料的重要原因。 

2　減少塌料的幾點措施 

　　 
2.1　嚴格控制出磨生料水分，穩(wěn)定入窯生料喂料量 
　　
入窯生料成分的均勻程度是決定水泥熟料質(zhì)量的重要因素。但是出磨生料水分太大，不僅使生料均化庫頂斜槽容易堵塞、庫壁容易粘結(jié)，減少均化庫的有效容積、庫底中心攪拌室內(nèi)易出現(xiàn)溝流現(xiàn)象，生料不能充分流態(tài)化，直接影響生料的均化效果，而且水分高的生料在窯尾喂料小倉內(nèi)也容易起拱，生料下落不均或塌方，致使進入預(yù)分解系統(tǒng)中的料量忽多忽少，容易引起塌料。所以出磨生料水分應(yīng)嚴格控制在≤0.5%。 
　　
有了成分均勻、流動順暢的生料，假如喂料量控制不及時，計量不準確也難以穩(wěn)定入窯生料喂料量、保證窯系統(tǒng)熱工制度的穩(wěn)定和燒出高質(zhì)量的水泥熟料。目前國內(nèi)多數(shù)大中型新型干法水泥廠普遍采用稱重倉配申克電子皮帶秤生料喂料計量系統(tǒng)或采用日本粉研轉(zhuǎn)子秤，它們不僅計量準確，來料量也能及時控制，操作中很少出現(xiàn)塌料現(xiàn)象，熟料質(zhì)量都比較高。但是大多數(shù)中小型新型干法水泥廠，由于條件所限，入窯生料喂料量一般都波動較大，再加上操作不得法，預(yù)分解系統(tǒng)塌料頻繁，窯速提不起來，燒成系統(tǒng)熱工制度不穩(wěn)定，熟料產(chǎn)質(zhì)量普遍偏低。筆者認為，對于這些水泥廠，在生料水分不大和喂料小倉料面基本恒定的前提下，如果將雙管螺旋喂料機的電磁調(diào)速電動機改為用變頻調(diào)速器控制的異步電動機并消除氣力提升泵氣流對計量設(shè)備的影響，喂入預(yù)分解系統(tǒng)的生料量就能比較趨于均勻。再加強崗位培訓(xùn)，改變操作方法，系統(tǒng)的塌料現(xiàn)象和熟料的產(chǎn)質(zhì)量都能得到改善。 

2.2　變旋風(fēng)筒水平段為傾角，避免物料堆積 
　　
NSP技術(shù)發(fā)展到今天，國內(nèi)各設(shè)計單位也都研制出了各具特色的預(yù)分解系統(tǒng)。而旋風(fēng)筒體積小、阻力低、預(yù)熱效果好則是大家追求的共同目標(biāo)。有的已將旋風(fēng)筒進口和渦殼底部改成一定程度的傾角，從而杜絕了大量積料的可能性。但也有的仍然沒有什么變化，尤其是早期建成的預(yù)分解窯生產(chǎn)線，大多保留了旋風(fēng)筒進口和渦殼底部的水平段。建議這些水泥廠適當(dāng)提高旋風(fēng)筒進口風(fēng)速，改渦殼底部傾角≥45°，這樣系統(tǒng)的塌料現(xiàn)象定會減輕。 

2.3　旋風(fēng)筒錐體出料口以下設(shè)置錐形膨脹倉 
　　
旋風(fēng)筒錐體以下設(shè)置錐形膨脹倉可以擴大錐體出料口的直徑，從而有效地減少物料在錐體底部堆積和起拱的可能性。另外，膨脹倉的斷面比旋風(fēng)筒錐體出料口斷面大，物料進入膨脹倉由于其斷面驟然擴大，物料下落速度減慢，起到了緩沖作用。也能使排灰灰閥和下料管內(nèi)部負壓減小，有利于緩解內(nèi)漏風(fēng)和外漏風(fēng)引起的塌料現(xiàn)象。 

2.4　合理調(diào)節(jié)排灰閥桿的角度及其配重 
　　
排灰閥的作用同時兼顧鎖風(fēng)和下料。但如果閥桿角度及其配重不當(dāng)，不是閥板上方容易堆料造成堵塞，就是閥板不到位產(chǎn)生較大的內(nèi)漏風(fēng)。根據(jù)筆者經(jīng)驗，排灰閥平衡桿的位置應(yīng)在水平線以下并與水平線之間的夾角小于30°，最好能調(diào)到15°左右。因為這時平衡桿重心的線位移變化很小，而且隨閥板開度增大，平衡桿的重心和軸間距同時增大，力矩增大，閥板復(fù)位所需時間縮短。至于配重，應(yīng)在冷態(tài)時初調(diào)，調(diào)到用手輕輕一抬平衡桿就起來，一松手平衡桿就復(fù)位，熱態(tài)時只需對個別排灰閥作微量調(diào)整即可。這樣排灰閥平衡桿擺幅小頻率高，既能及時排料又能減少內(nèi)漏風(fēng)，塌料現(xiàn)象定能得到改善。 

2.5　盡快跳過低產(chǎn)量的塌料危險區(qū) 
　　
預(yù)分解窯生產(chǎn)工藝的最大特點是約60%的燃料在分解爐內(nèi)燃燒，一般入窯生料溫度可達830～850℃，分解率達90%以上。這就為快轉(zhuǎn)窯、薄料、長焰煅燒創(chuàng)造有利條件。所以NSP窯開窯加料的起點值就應(yīng)該高，一般應(yīng)不低于設(shè)計產(chǎn)量的60%。以后逐步增加喂料量，但應(yīng)盡量避免拖延低喂料量的運行時間。在喂料量逐步增加的階段，關(guān)鍵要掌握好風(fēng)、煤、料和窯速之間的關(guān)系，操作步驟應(yīng)該是先提風(fēng)后加煤，先提窯速再加料。初期加料幅度可適當(dāng)大些，80%喂料量以后適當(dāng)減緩。只要系統(tǒng)的熱工參數(shù)在合理范圍的上限，盡管大膽操作。這樣即使規(guī)模很大的NSP窯，在1h以內(nèi)即可加到設(shè)計喂料量。一般情況下，喂料量加至設(shè)計值的80%就比較穩(wěn)定。筆者操作NSP窯較長時間，大到3200t/d，小到700t/d，在窯皮正常的情況下，從開始喂料到最高產(chǎn)量，一般都能在1h以內(nèi)完成。如果說70%以下喂料量為塌料的危險區(qū)，那么喂料量從60%增加到70%，跳過這個危險區(qū)只需幾分鐘的時間，以后窯況就趨于穩(wěn)定。這時預(yù)分解系統(tǒng)中料量已達到一定程度，料流順暢，旋風(fēng)筒錐體出料口、排灰閥和下料管內(nèi)隨時都有大量物料通過，對上述部位的外漏風(fēng)和內(nèi)漏風(fēng)又能起到抑制作用，因此很少塌料，即使有也是很小的，對操作運行沒有什么影響。所以人們都說NSP窯產(chǎn)量越高越容易操作就是這個道理。