河南省某5 000 t/d水泥熟料生产线于2011年10月10日协同停机检修,10月24日16:40点火升温,25日1:00投料,8:20发现B列C5锥体负压异常,现场确认已发生堵塞,立即止料处理。本文将此次堵塞故障的原因简单分析,并提出相应的预防措施,供同行参考。

1 堵塞的过程

2011年10月25日1:00投料后到发生堵塞之前,B列C5锥体负压比较正常,在-1 580~-1 700 Pa左右波动。8:20中控窑操发现该处负压突然减小,立即通知现场检查,同时采取打空气炮的措施。现场巡检工确定该处已堵塞。该锥体负压趋势见图1。

预分解系统内很多部位都可能发生堵塞,但主要发生在旋风筒锥体、各级下料管及翻板阀处。若发现不及时,有时能从下料管堵到预热器锥体,甚至整个旋风筒。处理预热器堵塞既费时又不安全。此次堵塞由于发现及时,采取止料措施迅速果断(见图2),只在B列C5下料管及翻板阀处有积料,旋风筒锥体并未造成积料。处理起来相对容易一些,处理的时间相对较短。

2 堵塞的原因分析

造成预分解系统堵塞的原因很多,因而必须从工艺、原燃料、机械、温度分布、责任心及操作手段等方面分析。对每次堵塞的前兆和过程都应仔细分析,并找出原因,制作预案,为防止以后生产中发生堵塞和出现堵塞时应采取的措施提供依据。

2.1 烘窑升温阶段操作不当

在升温过程中,窑尾烟室气体温度达到230 ℃,有时甚至更低时开始油煤混燃,窑头喂煤量大约在1.05 t/h左右,从预热器顶部点火烟囱帽排出的废气颜色判断,煤粉基本上可以完全燃烧(气体成分分析仪已坏)。由于某种原因,窑尾烟室气体温度达到305 ℃时,窑头喂煤量已经增加到4.52 t/h,并且窑头排风机已启动,从窑尾点火烟囱帽和窑头烟囱冒黑烟判断,煤粉存在不完全燃烧。在后来检修预热器时,发现各级人孔门用于保温的耐火砖和人孔门之间、预热器检修用搭架孔内都有未燃烧的煤粉存在。这些未燃烧的煤粉先沉积下来,投料后被低温生料封存起来,失去与高温气体接触的机会,因此得以保存到下次检修时间。这说明该公司升温时窑头煤粉喂入的时间过早、喂入量过大,燃烧困难,燃烧不稳定并存在煤粉不完全燃烧的情况。不完全燃烧的煤粉沉积在下料管中,当拉风投料后煤粉重新燃烧,形成局部高温,容易造成堵料。低挥发分煤着火温度大多在550 ℃左右,燃尽温度在800 ℃左右。该公司使用的煤粉是低挥发分混合煤,煤粉工业分析见表1。对于这种煤,升温时何时喂入以及喂入量的大小需要进一步探索。升温时要多关注喂入的煤粉是否能够完全燃烧,及时根据煤粉的燃烧情况调整油量和风量。

另外,在升温阶段,由于窑前温度较低,火焰不稳定,拉得较长,特别是后半阶段烟室温度已很高,但窑内整体温度还是很低,没达到投料的条件。在此阶段,有的操作员往往担心火灭,影响稳定性,因此翻窑的次数少,间隔时间较长,以此来稳住火焰,但这样反而得不偿失。由于煤粉往后燃烧,烟室及预热器下级温度偏高,并有部分不完全燃烧的煤粉沉积在下料管中,当拉风投料后煤粉重新燃烧,形成局部的高温,容易造成堵料。所以在烘窑阶段,当烟室温度达到800 ℃左右时,完全可以辅传连续转窑,煤粉必须要经过这一阶段之后火焰才能慢慢稳定下来。随着物料的翻滚并吸取热量往窑前运动,可以起到提升窑前温度的作用,有利于煤粉的燃烧,从而形成良性循环,抑制住尾温的过快增长,整体上提升全窑的温度,同时也起到保护窑衬的作用。

2.2 投料温度控制不当

在投料初期系统温度相对较低,操作员担心会跑生料,从而把分解炉出口温度控制得偏高于正常生产时的温度;同时由于分解炉喂煤秤多次波动较大导致分解炉出口温度偏高波动且范围较大(分解炉出口温度趋势见图3),这又为堵塞埋下了隐患。具体原因及影响有以下两方面:

(1)温度分布的影响。在投料时,当高温风机拉风后,给料和给煤的时间把握得不好,在第一股料入分解炉之前,尾煤先到达,则高温预先出现,加上刚投料时三次风温偏低,煤粉燃烧不完全,在炉内燃烧时间滞后,而此时单位体积内物料浓度较低,风速快,煤粉和物料在分解炉内停留时间较短,真正的燃烧已经延入C5筒内进行。如果分解炉出口温度在890 ℃以上,则C5筒出口温度则会高于900 ℃。高温在C5筒内出现,再加上物料少,局部高温液相的出现,就有产生堵塞的可能。

(2)由于喂煤量的不均匀,煤量忽大忽小,或由于煤粉分散度不好,窑和分解炉内煤粉燃烧不完全跑到预热器内产生二次燃烧等因素都会造成预热器系统局部温度过高,使物料粘附在旋风筒壁面而形成结皮。加上升温阶段附着在旋风筒锥体或下料管壁面上不能完全燃烧的煤粉在各级旋风筒及下料管内燃烧,形成局部高温,分解炉煤量过大时偏多的煤灰掺入又能降低粘附温度,从而更容易形成结皮堵塞。

2.3 机械故障

堵塞的另一个重要的原因是外来异物机械性堵塞。如:旋风筒顶盖衬料剥落、旋风筒内筒或撒料板烧坏掉下、翻板阀板烧坏或转动不灵、检修时有耐火砖或钢铁件等落入预热器内未清理等。这些异物容易堵塞下料管或锥体,造成预热器的机械堵塞。这次堵塞发生在大修之后,大修时对以上各项都进行了详细检查,可以排除这些部位存在机械堵塞的可能性。但在处理这次堵塞时,发现堵塞部位有硅酸钙板。通过分析认为这些硅酸钙板来自检修结束时预分解系统的人孔门内密封处。以前历次检修之后,该处的密封隔热材料均采用废旧的耐火砖,没有发生过一次由于这个因素导致的堵塞。本次检修结束后由于电梯发生故障,为图运输方便,该处的密封隔热材料更换为硅酸钙板。因人孔门四周封闭不严,还没有来得及用玻璃水进行密封,在投产后加大高温风机拉风时,负压增大使外部空气被吸入的量增大,同时也将硅酸钙板吸入预热器内,落入下料管内,造成堵塞。

2.4 原燃料有害成分含量

当原料有害成分高时,大量的碱会从烧成带挥发进入气相,与Cl-和SO3等发生反应,随气流进入预热器系统,温度降低后,以硫酸盐和氯化碱的形式冷凝在生料颗粒表面,它们通过多次挥发循环富集,含量将会成倍增加。而KCl、NaCl、K2SO4和Na2SO4的熔点温度较低,当它们冷凝下来,粘附在预热器、分解炉和他们的连接管道内,会形成结皮堵塞。此次堵塞前后的原燃料有害成分含量变化不大,可以排除这个原因。

2.5 沉降性堵塞

由于投料量不变而拉风量突然变小未及时调整、或入窑生料喂料量波动突然加大而拉风量没有及时加大,造成系统排风量不足,不使物料处于悬浮状态,而沉降于预热器内,形成塌料,导致下料管堵塞。旋风筒锥体内气体和生料的旋流的半径小,离心力小,极易受漏风的干扰,使已经与气流分离的生料,产生较大的逆向飞扬,降低旋风筒的收尘效率,增加系统的循环负荷。漏风严重时,锥体出料口处向上气流浮力较大,或翻板阀配重偏大使生料无法顺利排出,当旋风筒的生料达到足够量时,生料重力超过浮力,大股生料突然沉落而产生严重塌料,塌落的生料分散状态不好,很容易在旋风筒排灰阀、下料管等处造成堵塞。本次堵塞前后,投料量、系统拉风量没有发生较大变化,旋风筒锥体不存在漏风现象,翻板阀配重合适,因此可以排除这类原因。

3 堵塞后的处理

(1)立即止料,分解炉止煤,大幅度降低窑速和窑头用煤量。

(2)适当加大排风后,打开清灰孔进行试探性的检查和清理。

(3)在捅堵过程中,应有专人指挥,要避开捅料孔一面,防止高温生料突然下榻冲出捅料孔造成烧伤。

(4)捅堵时,可利用压缩空气进行吹扫。完成捅堵时应关闭各处门、孔,利用旋风筒锥体的吹扫装置进行较长时间的吹扫,清理剩余堆积或粘附内壁的生料。

(5)捅堵过程中,严禁在窑头、冷却机和其他冒灰的地方站立或检修,防止预热器堵料突然塌落伤人。

4 预防堵塞的措施

(1)点火前,检查旋风筒、下料管道内是否有异物,确保内部衬料完整、牢固,排灰阀活动灵活,配重合适。严禁使用硅酸钙板充当预热器人孔门密封隔热材料,及时将人孔门四周的缝隙用玻璃水密封。

(2)油煤混烧阶段,要确保煤粉完全燃烧。

(3)烘窑的后一阶段,应多次启动预热器系统空气炮,最好投料前重新吹扫一下各级锥体及下料管。同时应注意观察分解炉出口温度、C5筒出口温度和C5筒锥体温度,原则上C5筒出口温度偏低于分解炉出口温度,不能出现倒挂现象,特别是在窑头火焰基本稳定的情况下。如出现上述现象,应该判断是氧含量不足,出现滞后燃烧现象,因为随着头煤的不断增加,一次风所提供的氧气已不能满足燃烧所需,此时应适当把篦冷机一室风机开启,调整适当的阀门开度,上述现象基本可以消除。

(4)严把原料质量关,确保入窑生料的均匀性,率值符合配料要求,煤粉细度和水分符合质量要求,煤粉计量秤下煤顺畅。

(5)操作人员要加强责任心,不断提高操作水平。在系统温度、风量、喂料量、喂煤量等波动较大时及时采取必要的调整措施,确保安全生产。

5 结束语

本次投料初期预热器堵塞事故的发生再次证明:预分解系统堵塞往往是多种因素的综合作用;事故一旦发生,预案处理要迅速果断;要想避免,必须严格管理,强化操作,加强责任心,搞好系统密封,稳定系统的热工制度;掌握规律,预防和处理好堵塞,保证预热器和分解炉的正常工作。这对保证生产、设备和人身安全,降低能源消耗都有很重要的作用。

作者:张淑玲 贾凤瞧 江 超