3200t/d熟料生產線一次異常窯況的分析及處理

石云生 姚亞琴

（1.冀東發展集團海外事業部，北京 101111；2.陽泉冀東水泥公司，山西陽泉 045000）

ZS公司3200t/d新型干法水泥生產線于2009年5月一次投料成功，目前達到3900t/d。生產一直比較正常。但就在2010年3月卻出現了一次較大的工藝事故，中途由于燒成溫度過低，窯頭無法形成火焰止料三次，直接停窯時間長達20小時，減產投料時間長達15天之久。本次事故給公司造成了較大的損失。在經過認真研究分析，通過一系列的參數調整之后，終于投料成功，產質量恢復正常。現根據本次事故得到的教訓加以總結，希望同行能在此問題上少走彎路，少受損失。

表1 3200t/d生產線主機設備表

1 事故現象

2010年3月18日中班，窯況突然發生惡化，主要操作參數如表2所示，五級旋風筒出口溫度不易提高，窯尾溫度不斷降低至880℃，NOx（分析儀安裝位置在C1出口管道）亦不斷減少。當投料量降至180t/h(正常時投料量為240 t/h)，排風量隨之降低，提高分解爐出口溫度至1050℃，五級旋風筒出口溫度才能到820℃。窯尾溫度提高至1050℃，分解率勉強維持在90%的水平，窯電流趨于穩定，游離鈣在2%以內。當窯系統整體情況好轉時，操作員將投料量提高到190 t/h，窯況在10分鐘后惡化，窯電流迅速下降，窯前渾濁，游離鈣竄至6%左右，不得不繼續減產至150 t/h方才穩定窯況。這種現象維持了近15天時間，期間針對性地采取了一些措施，包括停窯檢查，但投料多次依然達不到設計產量。

2 原因分析

（1）由于分解爐出口溫度陡然升高，分解爐中部溫度亦升高至1000℃，首先考慮煤粉不完全燃燒問題，但從煤粉工業分析中未發現異常，由于煤粉倉為頭尾煤共用，如果灰分或揮發分有較大幅度的變化時，煤灰摻入量會大幅度改變熟料的三率值，但從熟料全分析中未發現異常，（KH值略有下降，分析是由大幅度減產，煤耗增加引起的）。

（2）當投料量降至180 t/h時，燒成帶溫度可以提高到正常煅燒溫度，分解爐出口及中部溫度可以降低50℃，大約控制在980～1000℃，NOx可以提高至600ppm，窯況正常。但是再提高投料量，希望通過緩慢加產，提高二三次風溫度來加速煤粉的燃燒速度，使五級旋風筒出口溫度與分解爐出口溫度溫差減小，但收效甚微，適得其反，燒成溫度很快降低，窯前飛砂增大，游離鈣激增，被迫減產，此時所取的生料分解率為88%。由此可見，降產能將燒成溫度提高的主要原因是過多依靠窯頭這把火的熱焓，即通過窯頭加煤，在窯尾階段將分解率較低的生料加溫分解，減輕分解爐的負擔。這是一個本末倒置的方法，會加大燒成帶的熱力強度，對窯皮不利。

（3）從現場觀察，在煙室縮口下部捅料孔插入鋼管，能夠感覺到有生料垮落，分析認為，物料短路現象是窯前燒不住的主要原因。由于生料有很大一部分直接入窯，沒有經過C4旋風筒，但分解率取樣點在C4下料管。這部分低分解率的物料取不到，樣品分解率不能反映真實情況。正是由于短路生料的存在，使分解爐內煤粉放熱得不到生料的及時吸熱分解，導致分解爐整體溫度提高，但五級筒出口溫度卻不能提高。為防止短路現象的發生，操作上提高高溫風機轉速，加大排風量、關小三次風閘板，由于投料量較低，此種操作適得其反，將窯內火焰拉長，更加降低了窯頭溫度，窯況惡化。

（4）生料短路現象的發生，分解爐內流場的破壞，分析原因有以下三點：一為分解爐縮口澆注料磨損，面積擴大或形狀不規則，導致風速降低，達不到噴騰效應的要求；二是C4旋風筒或C2旋風筒出口的撒料箱問題，它的作用是讓物料經它阻擊反彈后立即分散成細粉，均布在熱氣流中，提高有限時間內的傳熱效率。如果料子撒不開，成團落下，分解爐單位空間內物料過多，過重，導致生料短路。三是C4下料管上的兩個翻板閥（TTF爐C4下料管分上下兩根，分布于兩個縮口之上0.5米處）內漏風問題，重點是下部翻板閥。如果翻板損壞嚴重，會導致生料克服氣流阻力成團垮落至分解爐內的，導致短路入窯。

3 采取措施

（1）對C2、C4旋風筒出口撒料板進行了熱態檢查，在捅料孔處探視，沒有發現損壞現象，結合操作中各級壓力沒有劇烈變化，因此可以排除該項問題。

（2）對C4下部下料管增加耐熱鋼板作為撒料板，后部用倒鏈調節長度，用于提高生料的分散度。當插入深度提高到1.2米時，窯尾溫度明顯上升，分解爐出口溫度下降至1000℃，窯況好轉。提高投料量至200t/h時，分解爐溫度又提高到了1050℃以上，但窯尾溫度沒有降低的情況下，窯前溫度降低，游離鈣顯著提高，被迫降低投料量至180t/h。分析認為，此項有一定影響，但不是主要原因。

（3）在長時間調整無果的情況下，調試組分析認為主要問題出在縮口不規則或尺寸變大，分解爐內結皮較多導致噴騰效應的效果差，由此導致分解爐流場發生較大變化，風煤料不匹配。限于現有條件不能馬上冷窯檢修，只能在操作上調整。筆者在操作上進行了超常規的調整手段，主要操作如下：投料量由180 t/h在5分鐘之內加之250 t/h，高溫風機風量相應提高，高溫風機電流值由105A提高到123A，一級出口負壓值由5500Pa提高到7800Pa（由于生產線屬于高阻力型預熱器，因此壓力值很高）窯頭煤適當增加，保證分解爐內風煤料三者的合理配比，控制五級筒出口溫度在830℃，分解爐出口溫度不做參考。在調整的過程中發現，分解爐溫度從1130℃慢慢回落至920℃，五級筒出口溫度始終在830℃附近，沒有降低，30分鐘后窯前溫度回升，窯電流穩定，2小時后取樣游離鈣在1.8%，基本恢復正常。調整前后的系統參數對比見表2。

表2 調整前后的系統參數對比

4 結 論

分解爐是預分解窯技術的關鍵設備，具有燃料燃燒、氣固換熱、碳酸鹽分解等功能。對于正常的分解爐，要求其在滿足生料的分解率、煤粉的燃燼率及后續的燃燒功能外，同時要有良好的抗波動能力。在實際生產過程中，由于耐火材料的磨損會發生工況的改變，操作上應該及時調整，使爐內流場保持平衡狀態，使生料的吸熱和燃料的發熱過程保持平衡狀態。爐內氣體的流動特性對爐內的煤粉燃燒和生料分解的影響深遠。一方面爐內物料的分布是否均勻、物料在爐內的停留時間和氣體流動有很大的關系，另一方面氣體湍流運動是換熱與分解的決定因素。對于噴騰型分解爐，由于下部縮口區域的存在，氣流經過此區域時流動面積突增發生噴射效應，并在壁面附件區域形成局部回流區，TTF爐增設中部縮口形成二次噴騰效應，從而使分解爐柱體上部空間的氣流變化更加紊亂，延長物料停留時間。本次事故中由于某種原因導致分解爐流場被破壞，操作上被迫減產運行，由于窯況不穩定，二三次風溫度風量經常發生大幅度變化，在低產量對應的排風量、喂煤量沒有找到最佳值時，分解爐內的流場不能穩定，此時的小幅度調整只能導致窯況的進一步波動，不能解決問題。采用“大風大料”的操作方法理論依據是使分解爐內的風煤料三要素盡快匹配，恢復分解爐流場的穩定性。

5 停窯檢修

在2010年8月份的中修時，對分解爐內部進行了詳細檢查，發現如下問題：

（1）分解爐內柱體部位有接近15道環形結皮圈，結皮厚度500mm，長度1～2m。我們進行了徹底的清理。

（2）分解爐與煙室的連接縮口處由于清理結皮的原因導致縮口直徑整體擴大70mm，且斷面不規則。分解爐中部縮口無磨損。我們對底部縮口重新補打澆注料，縮口有效直徑在原來的基礎上減小150mm（1950mm → 1800mm）。

（3） C4翻板閥閥板正常，磨損不大。

從上述可以判定分解爐內結皮嚴重是這次事故的主要原因，結皮導致分解爐阻力增大，風量不足，風速過低，從而造成分解爐與煙室的連接縮口處塌料。高溫風機的排風量與投料量需要同時提高，才能達到風煤料匹配的要求，僅提高高溫風機排風量只會使窯頭溫度降低，最后的操作思路是正確的，利用操作參數的變化彌補了工藝條件的不足，沒有因為此工藝問題長時間停窯，避免了公司更大的損失。