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        擋風(fēng)墻在篦冷機中的應(yīng)用

        2022-03-28 07:06:20黃達通劉登強薛俊東
        水泥技術(shù) 2022年2期
        關(guān)鍵詞:風(fēng)室擋風(fēng)墻頭罩

        黃達通,劉登強,薛俊東

        阿爾及利亞ZAHANA 4 500t/d 水泥熟料生產(chǎn)線燒成系統(tǒng)窯頭采用德國IKN 公司的Pendulum 篦冷機,篦冷機配備擋風(fēng)墻用于提高篦冷機系統(tǒng)熱回收效率。本文主要對篦冷機擋風(fēng)墻的結(jié)構(gòu)、工作原理及其使用情況進行介紹,與業(yè)內(nèi)同仁共享。ZAHANA水泥熟料生產(chǎn)線項目基本配置見表1。

        表1 項目基本配置

        1 擋風(fēng)墻結(jié)構(gòu)與工作原理

        篦冷機擋風(fēng)墻可將篦冷機熱回收區(qū)與冷卻區(qū)隔開,防止高溫氣體被窯頭風(fēng)機抽出,有效提高篦冷機熱回收效率,降低篦冷機余熱風(fēng)溫。

        1.1 擋風(fēng)墻結(jié)構(gòu)

        擋風(fēng)墻由方形耐熱鋼管制成,呈多排布置,主管上有22 個φ20mm 的排風(fēng)口,該排風(fēng)口也被稱為Coanda噴嘴。擋風(fēng)墻內(nèi)部結(jié)構(gòu)見圖1,Coanda噴嘴見圖2。擋風(fēng)墻上部是中空軸,懸掛于篦冷機頂部,兩臺冷卻風(fēng)機安裝在中空軸上,可隨軸旋轉(zhuǎn)。風(fēng)機從中空軸的兩側(cè)鼓風(fēng),由Coanda噴嘴排出,用于冷卻擋風(fēng)墻。冷卻風(fēng)機參數(shù)見表2。中空軸兩端各有一個液壓缸驅(qū)動擋風(fēng)墻旋轉(zhuǎn),在與液壓缸相連接的軸上有一個氣動彈簧,由電磁閥控制充、放氣,液壓驅(qū)動機構(gòu)見圖3。擋風(fēng)墻在工作位置時,氣動彈簧會給其一個反向力,有大塊熟料推動擋風(fēng)墻時,易產(chǎn)生角度變化;在擋風(fēng)墻處于升起狀態(tài)時,氣動彈簧會給其一個同向力,以減小液壓系統(tǒng)的負(fù)荷;在擋風(fēng)墻下降的過程中,氣動彈簧會自動放氣以避免液壓系統(tǒng)承受額外負(fù)荷。完成擋風(fēng)墻安裝后,在擋風(fēng)墻外部敷設(shè)耐火澆注料,防止溫度過高損壞內(nèi)部耐熱鋼管道,耐火澆注料及擋風(fēng)墻尺寸見圖2,擋風(fēng)墻外部結(jié)構(gòu)見圖4。中空軸的外套上裝有兩個限位器,用于限定擋風(fēng)墻的工作區(qū)間,角位移傳感器則可以隨時顯示擋風(fēng)墻當(dāng)前的角度。

        圖4 擋風(fēng)墻外部結(jié)構(gòu)

        表2 冷卻風(fēng)機參數(shù)

        圖1 擋風(fēng)墻內(nèi)部結(jié)構(gòu)

        圖2 Coanda噴嘴

        圖3 液壓驅(qū)動機構(gòu)

        1.2 擋風(fēng)墻的安裝位置

        擋風(fēng)墻安裝在篦冷機第36 排篦板上方,位于第4 風(fēng)室(見圖5),該位置是理論上篦冷機熱回收區(qū)與后續(xù)冷卻區(qū)之間的分界線。將擋風(fēng)墻安裝于此處,既能滿足窯系統(tǒng)在滿負(fù)荷生產(chǎn)時所需的風(fēng)量,又不會超過窯系統(tǒng)所需風(fēng)量太多,否則會導(dǎo)致高溫風(fēng)機拉風(fēng)過大,造成熱量損失,且還會引起窯頭罩正壓,窯頭負(fù)壓難以控制。

        圖5 擋風(fēng)墻安裝位置

        1.3 擋風(fēng)墻工作原理

        擋風(fēng)墻操作有手動和自動兩種控制模式。

        1.3.1 手動控制模式

        在手動控制模式下,操作人員可在高、低限位器之間手動操作擋風(fēng)墻。擋風(fēng)墻下降時,氣動彈簧會先排空氣體,此操作既可在現(xiàn)場操作面板上進行,也可以在中控室完成。

        1.3.2 自動控制模式

        在自動控制模式下,擋風(fēng)墻會在升降到偏移位后自動停泵。當(dāng)擋風(fēng)墻板到達偏移位置后,將被氣動彈簧抬起2°~4°,到達工作位。同時,氣動彈簧的壓縮空氣自動關(guān)閉,氣囊內(nèi)保持0.6MPa的壓強。

        在氣動彈簧完全驅(qū)動狀態(tài)下,若擋風(fēng)墻仍無法到達工作位置,則將通過中空軸角位移傳感器發(fā)出信號,使氣動彈簧泄壓,并以液壓方式上升到高限位置,重新進入自動控制模式。隨后擋風(fēng)墻再次下降到偏移位,氣動彈簧再次充氣,使擋風(fēng)墻定位到工作位。如果擋風(fēng)墻重復(fù)上述操作三次后,仍不能到達工作位,則需檢查氣動彈簧的壓強是否足夠(0.6MPa),檢查液壓系統(tǒng)是否存在管路漏油。

        當(dāng)角位移傳感器或氣動系統(tǒng)出現(xiàn)故障時,必須將擋風(fēng)墻提升到上部限位并關(guān)閉自動模式。若電源發(fā)生故障時,應(yīng)急電源應(yīng)能確保擋風(fēng)墻冷卻風(fēng)機的運行。

        1.3.3 大塊物料處理

        當(dāng)有大塊物料時,高于熟料冷卻篦床平面的大塊物料碰撞到擋風(fēng)墻后,擋風(fēng)墻會因受壓而被稍微抬起,引起角度變化,角位移傳感器檢測到角度變化后,擋風(fēng)墻會自動提升。擋風(fēng)墻在重新回到工作位置前,會在上限位保持一段時間(設(shè)定180s),保持的時間可以通過控制面板調(diào)節(jié)。

        若在復(fù)位過程中,擋風(fēng)墻在一段時間內(nèi)不能到達偏移位置,則判定為“被未完全通過的熟料塊阻擋”,擋風(fēng)墻會再次被抬起。若以上操作重復(fù)三次仍不能達到偏移位置時,擋風(fēng)墻將保持在最高位置。出現(xiàn)這種情況后,需人工到現(xiàn)場檢查大塊物料是否已經(jīng)通過,并適當(dāng)調(diào)節(jié)擋風(fēng)墻在上部限位的保持時間,然后重新啟動自動控制模式。擋風(fēng)墻的參數(shù)設(shè)置見表3,擋風(fēng)墻的工作位置見圖6,擋風(fēng)墻大塊物料處理過程見圖7。

        圖6 擋風(fēng)墻的工作位置

        圖7 擋風(fēng)墻大塊物料處理過程

        表3 擋風(fēng)墻的參數(shù)設(shè)置

        2 擋風(fēng)墻的使用情況

        2.1 擋風(fēng)墻的投運條件

        在回轉(zhuǎn)窯點火升溫階段和投料初期,不建議使用擋風(fēng)墻,擋風(fēng)墻應(yīng)處于上限位,中空軸兩側(cè)的冷卻風(fēng)機需開啟。當(dāng)窯系統(tǒng)運行穩(wěn)定后,擋風(fēng)墻方可投入使用,但需做好投運前的準(zhǔn)備工作。

        回轉(zhuǎn)窯喂料量與篦冷機風(fēng)量的對應(yīng)關(guān)系見表4。當(dāng)喂料量達280t/h 時,篦冷機風(fēng)量已達到裝機總風(fēng)量的90%,需關(guān)掉自動控制窯頭罩負(fù)壓的PID回路,適當(dāng)加大高溫風(fēng)機轉(zhuǎn)速,將窯頭負(fù)壓提高到-150Pa,開啟擋風(fēng)墻。

        表4 回轉(zhuǎn)窯喂料量與篦冷機風(fēng)量的對應(yīng)關(guān)系

        2.2 擋風(fēng)墻使用過程中出現(xiàn)的問題及解決辦法

        在擋風(fēng)墻使用過程中,有以下兩個常見問題:一是擋風(fēng)墻投入初期,窯頭容易形成正壓;二是回轉(zhuǎn)窯突然止料時,窯頭負(fù)壓不好控制。窯頭微負(fù)壓由高溫風(fēng)機控制,由窯頭排風(fēng)機平衡,只有在保證窯內(nèi)通風(fēng)的情況下,才能用窯頭的一次風(fēng)機自動調(diào)節(jié)窯頭負(fù)壓。如果在沒有保證窯內(nèi)通風(fēng)的情況下,強行用窯頭風(fēng)機來保證窯頭罩負(fù)壓,則會造成窯頭罩內(nèi)溫度過高,窯頭罩的使用壽命大大縮減,窯頭罩頂部的澆注料很快被燒掉,同時,也會使窯內(nèi)形成還原氣氛,極易出現(xiàn)黃心熟料。

        2.2.1 擋風(fēng)墻啟動過程中易出現(xiàn)窯頭罩正壓

        即使提前增加高溫風(fēng)機轉(zhuǎn)速和窯頭負(fù)壓,也不能完全避免出現(xiàn)窯頭罩正壓的情況。當(dāng)窯頭罩出現(xiàn)正壓時,首先應(yīng)迅速減小第3 風(fēng)室F6 風(fēng)機開度,然后減小第2風(fēng)室F5風(fēng)機開度,最后調(diào)整第4風(fēng)室F7風(fēng)機。因為擋風(fēng)墻位于第4風(fēng)室第36排篦板上方,對應(yīng)的是F7風(fēng)機,但該風(fēng)室大部分風(fēng)量由窯頭風(fēng)機排出,所以調(diào)節(jié)F7 風(fēng)機風(fēng)量變化不明顯。因第3 風(fēng)室F6 風(fēng)機風(fēng)量大,調(diào)節(jié)后風(fēng)量下降快,能使窯頭罩快速產(chǎn)生負(fù)壓,所以先調(diào)節(jié)第3 風(fēng)室風(fēng)量,再細調(diào)第2~4風(fēng)室的風(fēng)量,逐步把總風(fēng)量分配到第2~4 風(fēng)室風(fēng)機上。在調(diào)節(jié)過程中應(yīng)始終觀察窯尾氧含量的變化,保證窯尾氧含量不低于2.5%。因為需要用第1風(fēng)室的風(fēng)壓控制篦床的速度,所以對第1風(fēng)室的風(fēng)機不作調(diào)整。

        最好在回轉(zhuǎn)窯喂料量達90%后使用擋風(fēng)墻,如在低喂料量時使用,則會造成高溫風(fēng)機相對拉風(fēng)過大,“料少風(fēng)多”會導(dǎo)致預(yù)熱器系統(tǒng)不穩(wěn)定。擋風(fēng)墻第一次啟動成功后,隨著回轉(zhuǎn)窯喂料量的增加,高溫風(fēng)機轉(zhuǎn)速也會相應(yīng)增加,而篦冷機增加的風(fēng)量主要在第4風(fēng)室之后,即可逐步用窯頭排風(fēng)機控制窯頭負(fù)壓。

        擋風(fēng)墻投入使用后,離料床的高度只有200mm,雖然仍可通過窯頭排風(fēng)機來控制窯頭負(fù)壓,但實際控制效果會下降很多。

        2.2.2 突然止料時,窯頭正壓難以控制

        窯操作系統(tǒng)配置有安全聯(lián)鎖,若觸發(fā)了窯止料聯(lián)鎖條件,窯速會自動下降到0.5r/min,篦冷機風(fēng)量會自動降至喂料量為0t時的風(fēng)量,分解爐會自動止火,窯尾排風(fēng)機和高溫風(fēng)機也會自動降速。為避免窯系統(tǒng)突然止料后,高溫風(fēng)機降速,篦冷機風(fēng)量降低相對滯后造成的影響,我們將擋風(fēng)墻的提升同窯的止料進行了聯(lián)鎖,即,在窯止料條件觸發(fā)的同時,擋風(fēng)墻會自動升起,并保持在最高位。這樣即可有效解決突然止料時,窯頭正壓難以控制的問題。

        3 擋風(fēng)墻應(yīng)用效果

        使用擋風(fēng)墻后,窯系統(tǒng)二、三次風(fēng)溫有了較大提升,熱回收效率提高,熱耗降低,篦冷機余熱風(fēng)溫也隨之下降。擋風(fēng)墻使用前后的參數(shù)對比見表5。

        表5 擋風(fēng)墻使用前后的參數(shù)對比

        (1)節(jié)省燃料效果明顯。由于二、三次風(fēng)溫的提高,窯頭及分解爐天然氣使用量明顯減少,每年可節(jié)省天然氣3 875 598m3。隨著篦冷機出口溫度的下降,窯頭熱交換器冷卻風(fēng)機的轉(zhuǎn)速由40Hz 下降到35Hz,窯頭風(fēng)機功率也由原來的178~181kW小幅波動下降到177kW 穩(wěn)定運行。從月統(tǒng)計用電量比較,使用擋風(fēng)墻后,節(jié)電效果并不明顯。

        (2)擋風(fēng)墻投入使用前,窯頭罩負(fù)壓的波動在-110~-20Pa 之間,投入使用后,擋風(fēng)墻窯頭罩負(fù)壓波動范圍變小,基本穩(wěn)定在-55~-45Pa。

        (3)篦冷機內(nèi)飛砂減少,可見度有所提高。

        (4)擋風(fēng)墻的使用,證明了窯頭負(fù)壓的形成是由高溫風(fēng)機風(fēng)量的調(diào)節(jié)控制來實現(xiàn)的。只要窯內(nèi)出現(xiàn)結(jié)圈,窯尾縮口出現(xiàn)結(jié)皮增厚,或是分解爐下縮口結(jié)皮增厚,即可明顯看出窯頭負(fù)壓有所下降,窯內(nèi)通風(fēng)不良,需及時清理窯尾煙室、分解爐縮口等易結(jié)皮且不易發(fā)現(xiàn)的部位。

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