回轉(zhuǎn)窯主電機(jī)長期超負(fù)荷運行的原因和解決

　　淮海中聯(lián)水泥有限公司2#窯是由南京凱盛水泥設(shè)計院設(shè)計，2005年3月投產(chǎn)的5000t/d熟料生產(chǎn)線，該線自投產(chǎn)運行以來回轉(zhuǎn)窯主電機(jī)經(jīng)常超負(fù)荷運行，給回轉(zhuǎn)窯穩(wěn)定安全運行帶來很大隱患。從2007年3月起通過研究分析對回轉(zhuǎn)窯系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，目前主電機(jī)電流已穩(wěn)定控制在800—900A之間，主電機(jī)電流合格率達(dá)99.1%以上，為窯系統(tǒng)穩(wěn)定安全運行提供料必要條件，使熟料產(chǎn)、質(zhì)量明顯提高，2008年窯共生產(chǎn)熟料153萬噸，三次創(chuàng)造自2005年投產(chǎn)以來回轉(zhuǎn)窯連續(xù)運行51天、57天、63天的記錄。熟料28天強(qiáng)度上升.下面介紹我公司在控制主電機(jī)電流方面所采取地措施和方法，供有同樣情況地單位參考。

　　一、燒成系統(tǒng)主機(jī)設(shè)備情況       

                 表1 燒成系統(tǒng)主機(jī)設(shè)備情況

　　二、主電機(jī)超負(fù)荷運行期間現(xiàn)象和原因分析
　　2#回轉(zhuǎn)窯自2005年3月投產(chǎn)以來，主電機(jī)電流有70%時間超負(fù)荷運行，由南京凱盛水泥設(shè)計院同時期其他5000t/d熟料生產(chǎn)線也有同樣問題出現(xiàn)。起初我們認(rèn)為可能是設(shè)計原因，計劃改造主電機(jī)將原由630KW改造為730KW以保證窯運行，并沒有進(jìn)行全方位分析，經(jīng)常出現(xiàn)主電機(jī)滑環(huán)打火嚴(yán)重。2006年因窯主電機(jī)過流燒壞停機(jī)更換2次。2007年3月在停窯檢修期間，進(jìn)窯發(fā)現(xiàn)窯皮在28m左右、0—9m厚度約300mm. 9—28m厚度約400mm最厚處可達(dá)500mm。在主窯皮后面有大量Φ100-150mm生料球存在。實際測量窯內(nèi)物料填充率達(dá)20%。

　　回轉(zhuǎn)窯傳動所消耗功率包括：克服窯本體運動時消耗功率N1；托輪、擋輪軸承的摩擦阻力消耗功率N2；托輪與輪帶表面摩擦所消耗功率N3；傳動裝置的傳動效率η。

　　N2、N3在設(shè)計安裝空載試車時已經(jīng)驗證，克服窯本體運動時消耗功率N1一般占窯功率70—75%?？朔G本體運動時消耗功率主要取決于窯本體重量P，窯本體重量P包括：窯內(nèi)物料重量P1、窯皮負(fù)荷P2、耐火磚負(fù)荷P3、窯筒體本身自重P4。

　　P=P1+P2+P3+P4
　　P1=FLr

　　式中     F--- 物料弓形截面積m²L----筒體段節(jié)長度m
　　　　　　r----物料平均比重kg/m³

　　從以上公式可以得出：P3主要受耐火材料種類影響一般變化不大，窯筒體本身自重P4是不變的，窯本體重量P中存在經(jīng)常變動的只有P1和P2 。P1重量與窯內(nèi)物料弓形截面積F成正比，F(xiàn)越大窯內(nèi)物料填充率越大。窯的填充率等于窯內(nèi)物料在窯內(nèi)橫截面上弓形面積與窯截面積之比，以百分?jǐn)?shù)表示%。P2與窯皮長度和厚度以及致密度成正比。

表2 正常情況回轉(zhuǎn)窯斜度與平均填充率的關(guān)系

　　根據(jù)現(xiàn)場測量以及上述推論發(fā)現(xiàn)窯皮偏長、偏厚增加窯本體負(fù)荷P2；因窯皮偏厚在窯速不變情況下造成窯內(nèi)物料填充率比正常（表2）明顯上升高達(dá)20%左右。由于物料填充率上升增加了物料在窯內(nèi)重量P1，使得在克服窯本體運動時消耗功率N1的增加。

　　生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)窯前火力不集中，火焰偏長，由于窯皮較厚在主窯皮后面很容易有大量Φ100-150mm生料球；根據(jù)公式2發(fā)現(xiàn)

物料在正常情況下通過窯內(nèi)所用時間：

　　t = 11.4L/n.Di.S

　　式中t---運動時間min
　　　　L---燒成帶窯長度m
　　　　n----窯轉(zhuǎn)速r/min
　　　　Di---窯襯內(nèi)徑m
　　　　S---窯斜度°

　　在投料量360t/h、窯皮厚度200mm時物料在燒成帶停留時間：
　　t=11.4*28/3.8*3.96*2.0=10.61min

　　在投料量360t/h、窯皮厚度400mm時物料在燒成帶停留時間：
　　t=11.4*28/3.8*3.56*2.0=11.80min

　　物料在窯停留時間與窯皮內(nèi)徑、窯速、窯斜度成反比，與窯長成正比。在窯速、窯斜度不變情況下，由于窯皮增厚使得窯襯內(nèi)徑變小，物料在窯內(nèi)停留時間比正常增加1.2min。

　　回轉(zhuǎn)窯運行期間蓖冷機(jī)三段經(jīng)常發(fā)現(xiàn)約Φ150mm熟料大塊，大塊中部全部為欠燒料，這種熟料多半強(qiáng)度較低。從大塊熟料結(jié)構(gòu)分析，這種大塊不是在篦冷機(jī)內(nèi)形成的。這種料球是因為在窯上過度帶提前出現(xiàn)低溫共溶物，造成大球料在燒成帶正常停留時間內(nèi)無法將其燒透所致，這與我們恰好在主窯皮后面有大量Φ100-150mm生料球現(xiàn)象吻合。在運行期間我們曾多次標(biāo)定三次風(fēng)量在104000m3/h左右（參考值），根據(jù)上述情況分析初步判斷為窯內(nèi)用風(fēng)量與三次風(fēng)量不匹配所致。造成窯內(nèi)用風(fēng)偏大使得高溫帶延長，物料帶起高度提高以及窯內(nèi)大塊存在都會增加窯負(fù)荷使窯主電機(jī)電流上升。

　　三、采取措施
　　基于上述分析判斷，我們將問題鎖定在降低窯皮厚度、長度，以及合理匹配窯爐用風(fēng)，調(diào)整窯頭噴煤管風(fēng)量、內(nèi)外風(fēng)比例。

　　針對窯皮偏厚、偏長情況，我們利用2007年3月檢修更換窯內(nèi)耐火磚時機(jī)，從新定位窯頭噴煤管位置：

　　1、將中心光點位置由原來在窯內(nèi)48—50m左右改為55—56m，中心光點偏料由原來1000mm改為700mm。（如下示意圖）

煤管中心延長線與窯交會處位置示意圖

　　2、煤管熱態(tài)進(jìn)窯位置由原來200mm改為100mm。

　　3、為了掛好換磚后第1次窯皮，我們制定投料48小時操作方案。（表3）

表3 開窯48小時窯速、喂料量、時間關(guān)系

　　4、考慮到窯速對窯內(nèi)物料填充率影響，我們將窯速與投料量對應(yīng)關(guān)系在原來基礎(chǔ)上提高0.1rpm.（表4）

 表4 窯速與投料量對以關(guān)系      

　　解決窯內(nèi)大塊問題，首先要改善窯內(nèi)低溫長焰，提高窯前溫度加快窯內(nèi)煤粉燃燒速度，使窯前溫度集中，真正實現(xiàn)薄料快燒目的。我們采取以下措施：

　　1、將三次風(fēng)閘板開度由原來40%開大到47%；三次風(fēng)量由104000m3/h左右提高到110000m3/h（參考值）
　　2、將煤管外風(fēng)由75%關(guān)至50%，內(nèi)風(fēng)100%不變，使原有火焰適當(dāng)縮短。
　　3、提高一次風(fēng)壓力由原來20kpa提高到22kpa，提高煤管出口一次風(fēng)速使噴出的煤粉吸入高溫二次風(fēng)速度加快。

　　四、方案優(yōu)化實施后效果
　　按照上述方案實施后，窯內(nèi)狀況逐漸好轉(zhuǎn)。窯皮厚度便薄，窯前火焰熱力強(qiáng)度集中。（表5）

表5 方案實施前后工藝狀況對比

　　根據(jù)上述狀況對比，證實了我們判斷思路和處理措施正確，為進(jìn)一步優(yōu)化方案在2007年7月檢修時，將方案做了進(jìn)一步調(diào)整。具體是:

　　1、將中心光點位置由原來在窯內(nèi)55m左右改為60m，中心光點偏料由原來700mm改為500mm。
　　2、煤管熱態(tài)進(jìn)窯位置由原來100mm改為50mm.
　　3、將三次風(fēng)閘板開度由原來47%開大到52%；三次風(fēng)量由110000Nm3/h左右提高到115000---118000Nm3/h（參考值）

　　通過優(yōu)化工藝狀況2#窯主電機(jī)超流和窯皮過厚現(xiàn)象得到明顯改變，每年減少因窯主電機(jī)過流燒壞停機(jī)2次，減少故障停機(jī)時間20h,減產(chǎn)設(shè)備維修損失約6萬元(不包括停窯減產(chǎn)損失），增加熟料產(chǎn)量約5000t。熟料28天強(qiáng)度2008年比2007年同比增加0.9Mpa，比2006年以前同比增加1.23 Mpa。為水泥磨臺時產(chǎn)量提高和節(jié)約成本提供條件。

　　五、結(jié)束語
　　回轉(zhuǎn)窯超負(fù)荷現(xiàn)象有多方面因素，有設(shè)備、電器、操作工藝等。只要通過綜合判斷分析，找出問題主要原因所在，可以得到解決或改善。對于工藝方面不正?，F(xiàn)象是可以通過優(yōu)化操作方案得以解決的，我公司2#回轉(zhuǎn)窯從2007年8月以來窯主電機(jī)長期超負(fù)荷現(xiàn)象已不再出現(xiàn)，在沒有因窯主電機(jī)燒壞停窯事故發(fā)生。窯皮狀況明顯改善，窯皮厚度、長度以及平整度都控制在正常范圍，熟料結(jié)粒均齊，篦冷機(jī)再無熟料大塊欠燒料出現(xiàn)，熟料強(qiáng)度提高。

　　參考文獻(xiàn)：陳全德，中國建材工業(yè)出版社 2004 《新型干法水泥技術(shù)原理與應(yīng)用》