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预热器堵塞的原因及清堵注意事项

   编辑:文武  邮箱:info@mortar.cn
2018-08-30 11:01:11 保护色:默认白 牵牛紫 苹果绿 沙漠黄 玫瑰红 字体:小字 中字 大字 点击数:0

摘要:水泥的干法工艺发展到今天的预分解窑时代,每条生产线都存在一个预热器(这里包括分解炉一并考虑),预热器是预分解窑不可分割的关键组成。有预热器就回避不了预热器堵塞,差别只是轻重不同而已。预热器的堵塞有各种原因,包括原

水泥的干法工艺发展到今天的预分解窑时代,每条生产线都存在一个预热器(这里包括分解炉一并考虑),预热器是预分解窑不可分割的关键组成。有预热器就回避不了预热器堵塞,差别只是轻重不同而已。预热器的堵塞有各种原因,包括原燃材料的原因、配料不当的原因、操作不当的原因、维护维修的原因、系统设计的原因。但不管是什么原因,其对生产以及安全的影响都是不能忽视的!

安全问题

 

预热器系统发生堵塞后,如采用压缩空气吹扫、空气炮作业等封闭式运行清堵无法疏通时,就必须止料、停窑进行人工清堵作业。由于堵塞部位的料温、气温通常都在几百度以上,而且堵塞后正压外喷的几率很高,运行中的开孔人工清堵十分危险,应该严格禁止。即使止料后的人工清堵,清堵工具不当或操作使用不当、个人防护不当或相互配合不当、位置选择不当或逃生退路不当、作业程序不当甚至交叉作业,都很容易给清堵人员造成烧伤、烫伤、击伤、摔伤等人身伤害,给现场的设备、设施造成烧损等事故损失。

堵塞原因

 

预热器的作用就是利用窑尾、分解炉的废气余热对入窑生料进行预热,对烧成系统起提高产质量和节能降耗的作用。为了提高预热的效果和效率,预热器设计为风料逆流,即高温气体与高温生料换热、低温气体与低温生料换热,以实现高温废气热焓的多次释放、低温生料热焓的多次吸收;为了使气体与生料能够充分的换热,设计上采用了多级旋风筒和连接管道,以提高生料在气体中的分散度和换热次数。预热器的如此设计,必然产生了一系列“通道瓶颈”(以下简称瓶颈),诸如旋风筒锥体下部、旋风筒下料管、下料管上的翻板阀,一旦这些瓶颈不能满足生料通过的需求,势必就要发生堵塞。因此,预热器的堵塞按照瓶颈的成因大致可以分为三类:设计瓶颈堵塞、异物瓶颈堵塞、结皮瓶颈堵塞。

1)设计瓶颈堵塞
设计瓶颈,这里不是指由于设计者失误设计小了,而是指由于功能需要必须设计小的部位。在预热器的几何设计时,已经充分考虑了生料的通过能力,而且留有足够大的富裕量,因此在正常生产中是不可能由于设计的几何尺寸不够而发生堵塞的。设计瓶颈堵塞,一定是由于来料过大,而且是不正常的过大。比如,入窑生料喂料秤失控、入窑生料输送斜槽堵塞后开通、预热器风速过低导致的塌料、预热器某些部位存料到一定程度后由于风速变化发生的塌料。但总体来说,设计瓶颈堵塞不是太多,而且查找原因和解决措施也比较容易一些,预热器堵塞主要是异物瓶颈堵塞和结皮瓶颈堵塞。

2)异物瓶颈堵塞
异物瓶颈堵塞,就是在本来就狭窄的瓶颈处又卡上了一些异物,包括翻板阀失灵卡死,进一步减小了瓶颈的通过能力,当通过能力小于通过量时就要发生堵塞。这类异物主要有:垮落的结皮、垮落的耐火材料、垮落的金属部件(比如预热器内筒挂片、翻板阀的翻板等)。其中,耐火材料和金属部件的垮落以及翻板阀的卡死,多数属于检修维护不到位,只要能及时发现和及时修复,大部分是可以避免的;唯有结皮垮落不容易治理,由于运行中可以生成新的结皮,所以无法依靠检修彻底解决,只能通过各种措施减少结皮的生成,没有结皮也就不存在垮落了。

3)结皮瓶颈堵塞
结皮瓶颈堵塞,指本来可以满足来料通过的瓶颈部位,由于各种原因在瓶颈处形成结皮并逐渐增厚,导致瓶颈的通过能力进一步减小,当通过能力减小到小于来料能力后发生涌堵结拱直至堵死。大部分容易堵塞的预热器,多数是因为这个原因,也是最难治理的一个原因,下面就重点谈谈这个问题。烧成系统的结皮是物料在设备或管道内壁上逐步分层粘挂,形成疏松多孔的层状覆盖物。系统结皮在预热器的各个部位都可能发生,另外也多发在窑尾烟室、上升烟道、分解炉等部位,这些部位的结皮虽然不至于堵塞到通不过来料,但会使该部位的有效截面缩小、通风阻力增大,进而影响到系统通风、影响到煤粉燃烧,由此形成的还原气氛及未燃尽煤粉,将促进预热器各处(包括各瓶颈)的结皮以及结皮的垮落,应是不可忽视的间接原因。

导致结皮的原因主要有:

1)原燃材料中碱、氯、硫对结皮的影响。关于结皮的原因,国内外都在探讨中。一般认为结皮的发生与所用的原、燃料成分及系统温度变化有关。碱,主要来源于黏土质原料及泥灰质石灰岩,小部分来自燃料。黏土原料常常含有部分分散的钾长石、钠长石、白云母等,碱含量为3.5%~5%。硫,主要由燃料以及铁质原料、黏土质原料带入,如果采用废渣配料,其硫含量可能比较高,需要关注和控制。在煅烧过程中,易与碱形成R2SO4,降低生料的最低共熔点、增大液相粘度,而且与C2S形成固溶体,不利于C3S的形成。氯,主要由黏土质原料以及燃料带入,它在生料中的含量一般为0.01%~0.1%,在窑内氯化物与碱反应,形成氯化碱(RCl)。需要提醒的是,如果采用废渣、特别是电石渣配料,其氯离子含量可能很高,需要给予关注和控制。碱、氯、硫对结皮的影响,可从生料、熟料与结皮料化学成分的对比中明显反映出来。建筑材料学研究院,对四平预分解窑生料、熟料及结皮料的化学分析表明,结皮料中的碱、氯、硫含量比当时生料、熟料中这些成分的含量要高得多。尤其是SO3比生料、熟料中的含量高28倍以上。
结皮料中的碱、氯、硫含量,为什么比生料、熟料中的含量高出这么多?
生料和燃料带入烧成系统中的碱、氯、硫的化合物,在系统一定高温下逐步挥发呈气体状态,挥发的顺序依次是碱的氢氧化物、碱的氯化物、碱的硫酸盐。物料在1450℃的烧成带,氯盐几乎全部挥发,硫、碱的挥发率则与在高温带的停留时间及物料的物理形状有关,未经挥发的硫、碱化合物则固溶在熟料中被熟料带出窑外。这些固溶于熟料中的硫、碱,又与窑内气体一起被带回到预热器内,与悬浮状态下的生料粉进行热交换,并大部分冷凝在生料颗粒表面上(少量随废气排出预热器)。特别是K2O,在预热器中的冷凝率高达81%~97%,Na2O的冷凝率则要低一些;冷凝的碱、氯、硫再次随生料回到窑中,如此在烧成系统内往复循环,并逐步积累加大。随着系统内挥发物浓度的提高,随废气排出及熟料带出的碱、氯、硫增多,直至达到进入量与排出量的平衡,系统内挥发物的浓度达到最大值。系统内挥发物的最大值,尽管与其挥发性和挥发条件有关,但要远远高于进入生料或出去熟料中的含量。当这些挥发出来的碱、氯、硫化合物,在温度稍低的生料颗粒上冷凝时,它们也会在温度更低的边壁上冷凝,而这些边壁上的冷凝物是无法随生料入窑的、只能逐渐加厚形成结皮。

2)温度变化对结皮的影响。
主要是温度超高对系统的影响,结皮堵塞多数与系统烧高有关。对预热器内的低熔点矿物,一般在650℃~800℃就可出现液相,当系统温度超过900℃以后,系统内已经出现较多液相,堵塞的概率随即增加。造成这种现象的因素较多,多数是因为窑头和或分解炉的煤粉量难以控制,甚至出现跑煤现象;入窑生料的不稳、甚至断料,喂煤又没有及时撤下来也会导致烧高;特别在升温投料初期,一般给煤量偏大,加料前又要先加风、煤,一旦加料未能及时跟上,必然导致系统烧高、还可能导致长焰后烧,所以投料初期成为预热器堵塞的危险期。
有些企业,为了缩短故障停窑时间,习惯于止料留火抢修,由于故障处理的不确定性,往往在时间上一拖再拖,最终导致留火时间过长;特别在处理预热器系统故障时,还要保证预热器有足够的负压、拉风偏大,往往导致预热器烧高。预热器系统烧高、加之留火期间的煤灰富集,都会导致某些部位的液相量增加,为结皮堵塞埋下了祸根。当然,较长时间的系统燃烧温度低也会导致预热器堵塞。当系统生料量大或给煤量小时,生料分解吸热将造成分解炉内温度低于正常值、导致煤粉的不完全燃烧,未燃烬的煤粉被转移到预热器系统继续燃烧,导致预热器系统局部高温引起结皮堵塞。不完全燃烧还会形成还原气氛,能促进有害成分的挥发,也是导致结皮堵塞的一个原因。碱、氯、硫等物质在系统中运动时,随着所处部位温度的不同,物相及物理化学性质亦发生变化,它们在高温区受热挥发,随烟气被带往窑后的烟道、分解炉、预热器系统,并凝聚在生料颗粒表面上,即改变了生料表面的化学成分、并降低了共熔温度。
被凝聚有碱氯硫化合物的生料表面,在较高温度下(如1 000℃以上)部分熔化、产生液相、生成部分低熔点化合物。含有部分液相的生料颗粒,特别是悬浮于烟气中的这种颗粒,与温度较低的设备或管道内壁接触时,便粘结在器壁上形成结皮。如果碱氯硫的含量少、温度低,出现的液相很少,粘挂速度低于冲刷速度,就不至于形成结皮;如果其含量较高、温度较高、液相多而粘,就会使生料粉层层粘挂、愈结愈厚。尤其在正对气流的器壁交叉或缩口处,由于涡流的存在增加了接触次数、减小了冲刷力度,更容易形成结皮。一般的结皮为层状多孔、疏松易碎,但在较高温度下、受热时间较长,也会变得坚硬。

3)预热器结皮堵塞的具体原因。
在实际生产中,导致预热器结皮、堵塞的具体原因很多:
①物料中碱、氯、硫含量过高。挥发性组分在系统内循环富积,在高温下挥发又到低温区凝聚,导致预热器结皮、料流不畅、直至堵塞。
②生料成分波动。若有时生料易烧性变得太好,又没来得及减煤,就很容易将生料烧熔,从而引起结皮、堵塞;若生料中易挥发的成分含量增加,也易引起结皮、堵塞。
③喂料不均匀。若喂料量时多时少,喂煤量跟不上及时的调整,系统温度波动较大,也易将物料烧高粘堵。
④喂煤不稳定。喂煤计量系统下料不稳,即喂煤不均匀,从而易造成系统煅烧匹配失调,也易造成预热器系统粘堵。
⑤燃烧火焰不当。若窑内火焰过长,将火拉到后面烧,易造成窑尾温度过高,物料过热易熔,从而导致预分解系统堵塞。
⑥煤粉燃烧不完全。煤粉燃烧不完全,会被热气流带到上一级设备内继续燃烧,产生局部高温熔融,从而引起结皮、堵塞。
⑦窑尾、预热器漏风,包括外漏和内漏。外漏风主要是改变了漏风处的温度场分布,增大了局部温差,为液相冷凝创造了机会;内漏风主要是改变了系统的物料场分布、增大了物料的内循环,同时导致高温废气的短路、局部温度升高,内循环和高温都会导致液相量的增加,给结皮堵塞创造了机会。
⑧预热器系统衬料剥落。失去衬料的筒体直接与外界及带有物料的热气流接触,由于内外温差增大,物料极易在此处聚集。
⑨翻板阀动作不灵活。导致生料下料不均匀和造成系统内部短路漏风,产生局部高温熔融,从而引起结皮、堵塞。
⑩系统通风不良。系统通风不良、燃烧不好,容易造成还原气氛,与结皮互相促进、形成恶性循环。

清堵原则

1、果断处理预热器堵塞
前面将预热器的堵塞分为“设计瓶颈堵塞、异物瓶颈堵塞、结皮瓶颈堵塞”三类,对于前两种堵塞只要查出原因、采取相应的改进或避免措施,一般是不难解决的;难题在于无法根治的第三种堵塞,要分三个层次解决,首先要避免形成结皮的原因;二是发现结皮后就要及时清理防止其增厚;三是一旦发现有堵塞迹象,要果断地止料处理。这里反复强调“果断”二字,果断、果断、一定要果断!不管是哪一种堵塞,一旦发生是必须要处理的,而且处理的越早越好;在发现和处理预热器堵塞上,要树立“宁可信其有不可信其无、宁可错杀一千绝不放过一个”的思想。因为堵塞的料量集聚很快、处理的时间与集聚的料量成正比,根据集聚的料量不同,处理时间短则十几分钟、长则几十小时;而如果判断错了,不就是重新投一次料吗,十几分钟也就够了。孰轻孰重,十分了然!

2、预热器清堵的四原则
(1)先封闭后开放的原则。主要是在封闭状态下动用空气炮处理,如果空气炮无效再考虑其他措施;
(2)先疏通后捅堵的原则。首先疏通下部通道,为涌堵的物料找到去向,为后续清堵打下基础;
(3)先原因后结果的原则。这里的原因指造成堵塞的直接原因,指卡堵的异物或结皮的根部,往往也是疏通下部的必要;
(4)先容易后难题的原则。当堵塞的集聚料较多、甚至烧结结块时,难以一捅就通,首先要清理靠近通道的物料和容易清除的边际料。

3、预热器清堵的具体措施

 

(1)按清理的及时性和动作的大小权衡,首先强调的是及时,由及时的小动作逐步向随后的大动作升级。如果堵塞处于空气炮可以触及的部位,要首先考虑使用空气炮处理,这种方式属于“中医”式处理,不需要改变预热器的封闭状态和破坏外部壳体,来得及时、方便;对一些容易堵塞、又没有空气炮的部位,要考虑在事后尽早加装一些空气炮,以备今后使用。如果空气炮处理没有取得效果,就要动用“外科手术”了,或者打开已有的各种孔门人工清理、或者根据需要开一些临时孔口人工清理;对于一些容易堵塞又缺乏必要的清理孔门的部位,可以在事后尽早补开一些孔门,以方便今后的使用和恢复封闭状态。

 

(2)按照堵塞和疏通的起始点权衡,首先要把造成堵塞的异物处理掉,同时考虑先把堵塞的下部疏通好。堵塞集聚的生料都在异物的上方,在下部疏通以前集聚在上部的生料没有去向,想一次性贯通很难;当然,在清除异物及疏通下部有困难时,也可采用外排式清堵,但这对安全和环保都是不利的,需要采取必要的防护措施。

 

(3)具体的人工清理方法还有很多,但都各有利弊,需要根据现场情况综合考虑。比如,利用捅料棒处理、利用高压风管处理、利用水炮处理、利用高压水枪处理、利用火炮处理等。但事实上由于高压水枪作用范围有限、水量小效果有限、而且移动不太方便,一般不予采用;由于火炮(雷管、炸药)处理很不安全,属于不得使用范畴。较常用的清理方法主要是前三种,但清理效果与安全性负相关,往往是根据清理的难易程度交叉混合使用。①利用捅料棒捅堵,这是最安全的方式,但由于堵塞的集聚料疏松、粘软,捅料棒从上往下一捅一个眼,一抽又涌住了,往往作用不大;②利用高压风管捅堵,由于出口风具有扩散力和冷却料温的作用,捅堵效果要好一些,而且有可能穿透聚集料层实现下部的优先疏通;③如果清堵比较及时、聚集料温度尚高,可以利用水遇高温料急剧蒸发产生的爆炸力清堵,往往可以获得明显的清堵效果。必须注意,有效果的水炮爆炸力都很强,有可能发生向外喷料和涌料现象,在操作方法上一定要注意安全;最好不用水管直接插入料中放水炮,否则水量不好控制,也难以保证打开后的水源能彻底关死,一是可能断续爆炸,很不安全;二是浇水过多伤及到耐火材料。

 

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来源:智慧水泥
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