李洪凡

(華潤(rùn)水泥(南寧)有限公司 廣西南寧 530022)

篦冷機(jī)是水泥生產(chǎn)的重要設(shè)備，篦冷機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，堆雪人故障較為常見(jiàn)。以某型號(hào)篦冷機(jī)為例，該型號(hào)篦冷機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，出現(xiàn)頻繁、連續(xù)性堆雪人事故，每月發(fā)生1～2起。堆雪人成型后，廢料處理較為困難。解決方案為停止生產(chǎn)，完成檢修，最長(zhǎng)處理堆雪人時(shí)間可達(dá)24～36 h，對(duì)生產(chǎn)影響較大。堆雪人主要以預(yù)防為主，如對(duì)操作、配料、機(jī)械、人工等進(jìn)行處理，規(guī)避篦冷機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)中出現(xiàn)的各項(xiàng)問(wèn)題。

1 篦冷機(jī)結(jié)構(gòu)與窯配合位置

作為水泥廠的重要生產(chǎn)設(shè)備，篦冷機(jī)可以對(duì)水泥的熟料進(jìn)行冷卻輸送。同時(shí)，還可以為關(guān)鍵的回窯爐與分解爐等提供熱空氣。篦冷機(jī)熟料在進(jìn)入機(jī)體后，可以在篦冷機(jī)的篦板上鋪一定厚度的料層。篦冷機(jī)鼓入冷空氣，使熟料溫度得以下降，在數(shù)分鐘內(nèi)熟料溫度可由1 400 ℃下降至100 ℃以下，降熱效率較高。篦冷機(jī)的冷卻機(jī)制分為“回轉(zhuǎn)式”“振動(dòng)式”“推動(dòng)式”3 種，而回轉(zhuǎn)式、振動(dòng)式已被淘汰，推動(dòng)式篦冷機(jī)可以完成熟料的有效推動(dòng)。精準(zhǔn)控制溫度，實(shí)現(xiàn)高效冷卻。篦冷機(jī)在運(yùn)行時(shí)，需要與窯中心線保持匹配。窯筒體深入篦冷機(jī)的冷卻機(jī)內(nèi)，就可以使熟料精準(zhǔn)地落入活動(dòng)篦板上[1]。以某篦冷機(jī)為例，某篦冷機(jī)分為4 個(gè)進(jìn)氣室，分別采用中、低壓風(fēng)機(jī)配比。在篦冷機(jī)的篦板上，可各安裝盲板，避免出窯的熟料顆粒落入篦床兩側(cè)，導(dǎo)致冷卻功率降低。為了防止兩側(cè)氣流過(guò)大，篦板可以使用網(wǎng)板配比形式，透氣均勻。例如：篦冷機(jī)的一室、二室可以使用長(zhǎng)條形篦板，而三、四進(jìn)氣室則可以使用圓孔型篦板。

2 “紅河”形成原因

分析紅河形成的原因，是熟料在篦冷機(jī)冷卻時(shí)，隨篦床不斷向前推動(dòng)，熟料覆蓋于篦床上。而冷風(fēng)經(jīng)過(guò)后，熟料就會(huì)實(shí)現(xiàn)逐步冷卻。在原理分析中，不會(huì)出現(xiàn)紅河問(wèn)題。但若熟料燃燒不充分，出現(xiàn)黏結(jié)現(xiàn)象，就會(huì)使阻力變大，透過(guò)風(fēng)量較少。因此，篦冷機(jī)的冷卻效率下降，出現(xiàn)紅河問(wèn)題。篦冷機(jī)紅河與氣流、氣體、阻力系數(shù)等密切關(guān)聯(lián)，最顯著的案例便是冷風(fēng)透過(guò)熟料層后，因彼此之間的熱交換差異，產(chǎn)生化學(xué)作用。將高溫熟料熱量傳遞給冷風(fēng)，而冷風(fēng)自然溫度升高，氣體體積增大，透過(guò)料層的氣流速度也會(huì)相應(yīng)增加[2]。以平方差為計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)，可以得知?dú)怏w在透過(guò)料層阻力后，氣體容量隨溫度增加而減小。反之，當(dāng)氣體穿過(guò)溫度較低的熟料時(shí)，其溫度不會(huì)有較多的變化，阻力也較低。氣量透過(guò)越多，熟料的溫度越低。熟料在篦冷機(jī)內(nèi)，隨著篦板的推動(dòng)移動(dòng)。篦冷機(jī)的橫截面在中端與后端，料層之間的溫差依然較大，此部位的熟料冷卻效果有差異。熟料在窯內(nèi)燃燒時(shí)，要考慮離心力作用。大部分的熟料會(huì)產(chǎn)生離析，如大顆粒會(huì)集中于中間，而細(xì)小顆粒則集中于兩邊。當(dāng)熟料從窯口落至篦床時(shí)，大顆粒因離心力作用，自然會(huì)集中于一側(cè)，而細(xì)小顆粒則散落于另一側(cè)，中間則為過(guò)渡部分。過(guò)渡部分分界明顯，包含中部顆粒。窯體速度較快，且熟料較多時(shí)，熟料顆粒集中一側(cè)現(xiàn)象較為明顯，會(huì)隨篦床推動(dòng)覆蓋整個(gè)床體。在推動(dòng)時(shí)，層級(jí)顆粒配比有所變化，但縱向分析變化差異不大。從篦冷機(jī)的進(jìn)料口至出料口，使細(xì)顆粒堆積，冷風(fēng)透過(guò)阻力較大。因此，其料層表面出現(xiàn)“紅河”——即高溫紅色[3]，而內(nèi)部則呈現(xiàn)黑色。隨著后續(xù)篦板不斷推動(dòng)，熟料顆粒之間的溫差增大，紅河現(xiàn)象加劇。

3 篦冷機(jī)熟料與操作對(duì)“堆雪人”問(wèn)題影響

3.1 熟料影響

熟料對(duì)“堆雪人”影響較大，在分析篦冷機(jī)“堆雪人”問(wèn)題時(shí)，與熟料相關(guān)的問(wèn)題特別惡劣。例如：熟料出現(xiàn)混合現(xiàn)象，會(huì)導(dǎo)致篦冷機(jī)紅料較多。操作人員為了達(dá)到降溫優(yōu)勢(shì)，將冷卻機(jī)馬力開(kāi)足，但窯頭環(huán)境較差，熟料轉(zhuǎn)化過(guò)程問(wèn)題較多，操作困難。例如：窯內(nèi)經(jīng)常出現(xiàn)“塌料”或“慢窯”等問(wèn)題，這會(huì)導(dǎo)致篦冷機(jī)的降熱效率下降，通風(fēng)不順。篦冷機(jī)若二次空氣入量不足，也會(huì)使煤粉缺乏燃燒氧氣，使煤粉燃燒不充分。熟料在窯內(nèi)翻滾，翻滾過(guò)程中很容易在表面加入細(xì)煤粉，導(dǎo)致熟料在進(jìn)入篦冷機(jī)后，熟料表面溫度依然較高，且大多數(shù)為無(wú)焰燃燒[4]。無(wú)焰燃燒是一種特殊的燃燒方式，雖不見(jiàn)火焰，但依然釋放出大量熱量，風(fēng)力越強(qiáng)，這種熱量釋放越高。煤灰表面在熟料聯(lián)合作用下，液相黏度增加，且不完全燃燒也很容易出現(xiàn)低熔點(diǎn)FeO 生成礦物，黏附于篦板上，導(dǎo)致篦冷機(jī)“堆雪人”問(wèn)題出現(xiàn)。熟料顆粒影響因素較為復(fù)雜，與生料的成分及其在窯內(nèi)的加熱情況等因素都有密切關(guān)聯(lián)。在同一時(shí)刻，不同操作窯內(nèi)的熟料顆粒組成也會(huì)有較大差異。通常熟料顆粒小于0.5 mm，被稱為“熟料粉末”，可以在70%之間變動(dòng)。熟料粉塵較多，被稱為“廢砂料”。當(dāng)廢砂料增加時(shí)，粉塵的循環(huán)增加，不僅會(huì)導(dǎo)致能耗變大，還有可能出現(xiàn)篦冷機(jī)燒毀、連接螺栓變形、紅河等問(wèn)題。使篦板脫落，當(dāng)熟料顆粒較大時(shí)，料層的阻力較小，也會(huì)加速熟料或破碎機(jī)錘頭與篦條的磨損。因此，理想的熟料顆粒尺寸必須要控制在0～35 mm之間[5]。

3.2 操作影響

操作人員自身的技術(shù)不足也是關(guān)鍵因素，設(shè)計(jì)要求生料有明顯的斷燒溫度，但煤粉發(fā)熱量下降，為了使窯內(nèi)的熱力強(qiáng)度符合要求，要加入更多的煤粉。但煤粉配比若不合理，如施工人員對(duì)煤灰燃燒比例認(rèn)知不充分，配比率較低，會(huì)使煤粉的燃燒速度變慢。若比例較高，會(huì)導(dǎo)致“長(zhǎng)燃燒”，使部分煤粉落入熟料上繼續(xù)燃燒，帶來(lái)一系列的不良影響。操作人員使熟料落入篦冷機(jī)時(shí)，仍保持較高溫度，這就使熟料表層存在液相黏度。液相中包含了Al2O3，該含量可使液體的黏度更容易黏結(jié)熟料。熟料落入篦冷機(jī)后，冷卻就黏結(jié)一起，若黏結(jié)熟料不及時(shí)推走，就會(huì)形成“堆雪人”[6]。

3.3 全硫含量影響

在入窯生料保持穩(wěn)定的情況下，熟料率的影響最大。無(wú)疑便是煤粉的化學(xué)成分，因此煤灰沉降率一般要保持在100%。在配料計(jì)算中，要將煤灰摻入劑量?jī)?nèi)。結(jié)合我國(guó)煤粉配料成分比對(duì)數(shù)據(jù)，可以了解到已采用的煤質(zhì)發(fā)生較大變化。其發(fā)熱量由23 126 kJ/kg下降至20 770 kJ/kg，且不同煤粉的煤質(zhì)情況，大多有一定的差異，波動(dòng)較大。因此，要使窯內(nèi)的熱工制度有效控制。但含硫量上升，會(huì)使其波動(dòng)加大。例如：進(jìn)入燃燒窯中熟料燃燒時(shí)會(huì)形成“硫”，有著催化作用。雖然對(duì)早期熟料有一定的強(qiáng)化效果，但后續(xù)隨著“硫”數(shù)量的增加，硫含量比例失衡，就會(huì)使液相黏度增加，從而使窯體的預(yù)熱器結(jié)皮概率上升。在篦冷機(jī)內(nèi)部，堆積熟料，形成雪人[7]。

3.4 設(shè)備影響

考慮設(shè)備影響，篦冷機(jī)通常分為復(fù)合式三段篦床。以“高溫區(qū)”“高溫中區(qū)”為例，在熟料進(jìn)入篦冷機(jī)后，電動(dòng)機(jī)的前五排采用傾斜式的充氣篦床，而后六排則采用活動(dòng)式充氣篦床，二者配比能夠使熟料達(dá)到最高的冷卻效率。在最高溫區(qū)，通過(guò)固定式充氣梁，能夠發(fā)揮優(yōu)勢(shì)，降低篦床的故障率。熟料在充氣式固定梁裝置中，雖容易堆積，但通過(guò)可調(diào)節(jié)風(fēng)量，能夠防止雪人與大塊熟料球的出現(xiàn)。且文中也提，可在前端安裝空氣炮，清理過(guò)多積料。而中部則可以采用低漏料阻力篦板，收集余料，可以進(jìn)一步地保證熟料回收、冷卻。活動(dòng)篦床由多個(gè)水平面重疊并列的篦板所組成。因此，其分為活動(dòng)式—固定式—活動(dòng)式相隔排序，通過(guò)彼此配合，推動(dòng)物料進(jìn)入冷卻室，完成冷卻[8]。

3.5 竄生料與煤粉顆粒影響

竄生料是生料中有一部分未完全燃燒的煤粉，因此會(huì)出現(xiàn)顆粒離析現(xiàn)象。篦冷機(jī)內(nèi)部氧氣密度較大，若受溫度影響，未燃燒的煤粉會(huì)產(chǎn)生二次燃燒。因此，表面燒熟的熟料顆粒會(huì)出現(xiàn)“飛砂料”的問(wèn)題。通常情況下，篦冷機(jī)在降溫過(guò)程中煤粉的用量與配比是關(guān)鍵。但煤粉配比若失衡，導(dǎo)致未燃燒的煤粉或未燃燒充分的煤粉進(jìn)入冷卻機(jī)，就會(huì)受高速氣流影響與細(xì)顆?！帮w沙料”的影響。堆積在蓖冷機(jī)的蓖板上。篦冷機(jī)冷卻溫度、含氧量等均會(huì)對(duì)未燃燒的煤粉顆粒進(jìn)行反應(yīng)，甚至?xí)?dǎo)致未完全燃燒充分的煤粉顆粒發(fā)生二次燃燒的現(xiàn)象。細(xì)小顆粒無(wú)法盡快冷卻，而外部熟料已冷卻完畢，就會(huì)使其內(nèi)部溫度過(guò)高，出現(xiàn)黏結(jié)。

考慮“飛砂料”形成的原因，無(wú)外乎以下幾種：首先，如熟料在900～1 250 ℃范圍內(nèi)停留時(shí)間極長(zhǎng)，這會(huì)明顯降低物料表面原有的活性，使已燒熟的物料進(jìn)入高溫帶時(shí)產(chǎn)生顆粒凝結(jié)；其次，便是配料不當(dāng)，或液相黏度、物料表面張力較低，在蓖冷機(jī)操作過(guò)程中，風(fēng)量配比失衡，也是導(dǎo)致出現(xiàn)“飛砂料”的首要問(wèn)題；最后，便是熟料出現(xiàn)生燒、欠燒等，同樣會(huì)出現(xiàn)“飛砂料”的問(wèn)題。

4 篦冷機(jī)“堆雪人”預(yù)防策略

4.1 控制熟料顆粒、液相

控制熟料顆粒與對(duì)應(yīng)液相，如使用全新的生產(chǎn)方法，對(duì)熟料顆粒進(jìn)行篩選。當(dāng)溫度升高時(shí)，要考慮熟料顆粒是否形成浮動(dòng)料層。在同樣生產(chǎn)成分下，要對(duì)窯速進(jìn)行調(diào)節(jié)。若噴煤管使用不當(dāng)，會(huì)使細(xì)熟料增多。要結(jié)合熟料在窯內(nèi)的顆粒情況，讓相同條件下熟料中的液相與溫度密切關(guān)聯(lián)。在熟料窯內(nèi)燃燒時(shí)，溫度達(dá)1 300 ℃后，熟料就會(huì)出現(xiàn)液相。后續(xù)溫度升高，液相也會(huì)加劇。只有到達(dá)恒定溫度后，液相速度才會(huì)減緩。適當(dāng)?shù)囊合嗔磕軌驅(qū)崿F(xiàn)高質(zhì)量燃燒，形成“完美”熟料。但過(guò)高的液相量，只會(huì)使熟料互相黏結(jié)[9]。因此，溫度控制標(biāo)準(zhǔn)要以熟料顆粒粒徑為參考。

4.2 重新規(guī)劃篦冷機(jī)、回轉(zhuǎn)窯相對(duì)位置

回轉(zhuǎn)窯設(shè)備位置進(jìn)行規(guī)劃，如在篦冷機(jī)安裝時(shí)，要保證篦冷機(jī)的中心線（縱向）以及回轉(zhuǎn)窯中心線（縱向）布置合理。規(guī)避布置差異，要選擇合理間距。窯口伸出篦冷機(jī)前壁達(dá)10～20 mm，穩(wěn)定窯內(nèi)熱工制度。

4.3 穩(wěn)定燃燒窯內(nèi)溫度

要盡量控制燃燒窯內(nèi)的溫度，避免出現(xiàn)長(zhǎng)燃燒現(xiàn)象。窯內(nèi)的火焰與熟料的燒結(jié)等有關(guān)聯(lián)，若出現(xiàn)“急燒”問(wèn)題，需要將噴煤管移至窯內(nèi)，降低窯口的熟料溫度，可以避免熟料在長(zhǎng)燃燒或急燒問(wèn)題下出現(xiàn)“無(wú)焰燃燒”問(wèn)題[10]。

4.4 “四要素”預(yù)防堆雪人現(xiàn)象

預(yù)防“堆雪人”處理，包含操作要素、配料要素、機(jī)制要素、人工要素四要素。

例如：操作要素是要對(duì)冷卻風(fēng)量進(jìn)行調(diào)控，嚴(yán)格控制，避免其溫度過(guò)高。理想溫度應(yīng)控制在1 350～1 400℃之間，若發(fā)現(xiàn)有潛在的“堆雪人”現(xiàn)象，應(yīng)將一風(fēng)室、二風(fēng)室風(fēng)量調(diào)小，或暫停一風(fēng)室、二風(fēng)室的風(fēng)量供給。若雪人已經(jīng)生成，需要將此動(dòng)作反復(fù)幾次，雪人便會(huì)因熱傷冷縮原理開(kāi)裂、崩塌。盡量避免“長(zhǎng)火焰燃燒”，使窯頭與窯體的火焰溫度均衡。

配料要素應(yīng)滿足生產(chǎn)要求，調(diào)整入窯的生料成分。例如：出現(xiàn)“堆雪人”的最主要原因是熟料之間黏結(jié)現(xiàn)象。要在保持生料飽和度的基礎(chǔ)上，提高SM，降低IM，滿足煤料量在不同溫度下的變化需求。還可以額外使用高硅配料，從物料入手，防止出現(xiàn)“堆雪人”現(xiàn)象。

在機(jī)械因素中，篦冷機(jī)前段可以額外加設(shè)“空氣炮”設(shè)備。如果出現(xiàn)不可控“堆雪人”的現(xiàn)象，可啟用空氣炮將雪人打碎。同時(shí)，檢查各個(gè)風(fēng)室的密閉情況，防止篦冷機(jī)在工作時(shí)風(fēng)室出現(xiàn)漏風(fēng)、冷卻風(fēng)量不足等問(wèn)題，將“堆雪人”概率降至最低。

人工因素是強(qiáng)化人員的工作質(zhì)量，在日常工作中加強(qiáng)巡檢模式。若發(fā)現(xiàn)潛在問(wèn)題，必須及時(shí)報(bào)告處理。人員對(duì)于雪人的操作在初期通常通過(guò)水壓噴射、打穿、桶料棒打碎等。在篦冷機(jī)安裝時(shí)，就要留好對(duì)應(yīng)孔門與操作空間。如果一旦出現(xiàn)篦冷機(jī)“堆雪人”問(wèn)題，就可以迅速地打開(kāi)孔門，對(duì)雪人進(jìn)行打碎處理[11]。

4.5 工序解決“堆雪人”措施

考慮“堆雪人”“紅河”問(wèn)題，二者并非單獨(dú)存在，而是互相影響?！凹t河”若未能有效解決，會(huì)導(dǎo)致“堆雪人”問(wèn)題嚴(yán)重，因此，要改善操作模式。例如：為了保障熟料的顆粒均勻，要提高熟料入窯料的分解率，改良傳統(tǒng)篦冷機(jī)的操作模式，盡可能提高冷風(fēng)傳輸效率。傳統(tǒng)的窯體在燃燒時(shí)，煤料在其中的過(guò)渡、分解時(shí)間較長(zhǎng)，很容易使煤料之間互相黏結(jié)，形成“堆雪人”問(wèn)題，導(dǎo)致“紅河”現(xiàn)象出現(xiàn)。可以提高物料的分解率，可以通過(guò)預(yù)熱器、三次風(fēng)管等。逐步強(qiáng)化其分解性能，保障換熱率，減少散熱損失。

采用側(cè)吹風(fēng)技術(shù)。例如：側(cè)吹風(fēng)技術(shù)是篦冷機(jī)兩側(cè)出現(xiàn)吹風(fēng)孔，使用風(fēng)壓較高的風(fēng)機(jī)對(duì)熟料細(xì)顆粒層進(jìn)行噴吹，使細(xì)顆粒層被吹動(dòng)。料層松動(dòng)，透風(fēng)阻力自然下降，冷風(fēng)可迅速透過(guò)料層，降低溫度。在側(cè)吹風(fēng)操作時(shí)，要注意高溫熟料與篦板之間要有冷風(fēng)層進(jìn)行鋪墊，避免篦板出現(xiàn)過(guò)熱損壞。同時(shí)，篦板下層因熟料松動(dòng)，使熟料的冷卻更有透風(fēng)性、效率更強(qiáng)，延長(zhǎng)篦板的使用時(shí)間。篦板的篦面較為特殊，熟料在推動(dòng)時(shí)，篦面若出現(xiàn)損壞，就會(huì)使料層堆積，從而使其密度發(fā)生變化，阻力降低。因此，要采用不同的篦面交替使用，還可規(guī)避篦板長(zhǎng)時(shí)間使用而出現(xiàn)的磨損問(wèn)題。加強(qiáng)風(fēng)室密封，采取可控氣流通風(fēng)篦板。例如：我國(guó)目前使用的篦板雖注意通風(fēng)性，但與傳統(tǒng)的篦板相比，透風(fēng)率依然有待完善。當(dāng)務(wù)之急，需要通過(guò)更新篦板，降低篦板出現(xiàn)的熟料“累積”問(wèn)題。避免篦板高溫熟料過(guò)熱，出現(xiàn)損壞。采用可控通風(fēng)篦板，能夠消除“紅河”問(wèn)題，避免“堆雪人”問(wèn)題出現(xiàn)。在二次、三次溫度控制中，這種新型的可控氣流通封篦板能夠降低“堆雪人”故障，使冷風(fēng)量效率提高至85%以上。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，對(duì)于篦冷機(jī)“堆雪人”應(yīng)以預(yù)防為主，處理為輔。因此，在生產(chǎn)過(guò)程中，篦冷機(jī)的“堆雪人”需要投入關(guān)注度，保證生料配比合理、操作水平提高，使企業(yè)擁有高經(jīng)濟(jì)效益。篦冷機(jī)“堆雪人”是每個(gè)水泥生產(chǎn)企業(yè)都會(huì)遇到的問(wèn)題，無(wú)需驚慌。相關(guān)人員要從原材料、配方、設(shè)備等方面分析，每個(gè)水泥生產(chǎn)企業(yè)“堆雪人”的原因各不相同。要結(jié)合企業(yè)的實(shí)際情況，多考慮雪人產(chǎn)生的危害性，隨后結(jié)合廠內(nèi)的實(shí)際措施進(jìn)行規(guī)避，使企業(yè)恢復(fù)正常生產(chǎn)。