李洪凡

(華潤水泥(南寧)有限公司 廣西南寧 530022)

篦冷機是水泥生產(chǎn)的重要設備，篦冷機在運轉(zhuǎn)過程中，堆雪人故障較為常見。以某型號篦冷機為例，該型號篦冷機在運轉(zhuǎn)時，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，最長處理堆雪人時間可達24～36 h，對生產(chǎn)影響較大。堆雪人主要以預防為主，如對操作、配料、機械、人工等進行處理，規(guī)避篦冷機在運轉(zhuǎn)中出現(xiàn)的各項問題。

1 篦冷機結(jié)構(gòu)與窯配合位置

作為水泥廠的重要生產(chǎn)設備，篦冷機可以對水泥的熟料進行冷卻輸送。同時，還可以為關(guān)鍵的回窯爐與分解爐等提供熱空氣。篦冷機熟料在進入機體后，可以在篦冷機的篦板上鋪一定厚度的料層。篦冷機鼓入冷空氣，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。篦冷機的冷卻機制分為“回轉(zhuǎn)式”“振動式”“推動式”3 種，而回轉(zhuǎn)式、振動式已被淘汰，推動式篦冷機可以完成熟料的有效推動。精準控制溫度，實現(xiàn)高效冷卻。篦冷機在運行時，需要與窯中心線保持匹配。窯筒體深入篦冷機的冷卻機內(nèi)，就可以使熟料精準地落入活動篦板上[1]。以某篦冷機為例，某篦冷機分為4 個進氣室，分別采用中、低壓風機配比。在篦冷機的篦板上，可各安裝盲板，避免出窯的熟料顆粒落入篦床兩側(cè)，導致冷卻功率降低。為了防止兩側(cè)氣流過大，篦板可以使用網(wǎng)板配比形式，透氣均勻。例如：篦冷機的一室、二室可以使用長條形篦板，而三、四進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，是熟料在篦冷機冷卻時，隨篦床不斷向前推動，熟料覆蓋于篦床上。而冷風經(jīng)過后，熟料就會實現(xiàn)逐步冷卻。在原理分析中，不會出現(xiàn)紅河問題。但若熟料燃燒不充分，出現(xiàn)黏結(jié)現(xiàn)象，就會使阻力變大，透過風量較少。因此，篦冷機的冷卻效率下降，出現(xiàn)紅河問題。篦冷機紅河與氣流、氣體、阻力系數(shù)等密切關(guān)聯(lián)，最顯著的案例便是冷風透過熟料層后，因彼此之間的熱交換差異，產(chǎn)生化學作用。將高溫熟料熱量傳遞給冷風，而冷風自然溫度升高，氣體體積增大，透過料層的氣流速度也會相應增加[2]。以平方差為計算標準，可以得知氣體在透過料層阻力后，氣體容量隨溫度增加而減小。反之，當氣體穿過溫度較低的熟料時，其溫度不會有較多的變化，阻力也較低。氣量透過越多，熟料的溫度越低。熟料在篦冷機內(nèi)，隨著篦板的推動移動。篦冷機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，要考慮離心力作用。大部分的熟料會產(chǎn)生離析，如大顆粒會集中于中間，而細小顆粒則集中于兩邊。當熟料從窯口落至篦床時，大顆粒因離心力作用，自然會集中于一側(cè)，而細小顆粒則散落于另一側(cè)，中間則為過渡部分。過渡部分分界明顯，包含中部顆粒。窯體速度較快，且熟料較多時，熟料顆粒集中一側(cè)現(xiàn)象較為明顯，會隨篦床推動覆蓋整個床體。在推動時，層級顆粒配比有所變化，但縱向分析變化差異不大。從篦冷機的進料口至出料口，使細顆粒堆積，冷風透過阻力較大。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，熟料顆粒之間的溫差增大，紅河現(xiàn)象加劇。

3 篦冷機熟料與操作對“堆雪人”問題影響

3.1 熟料影響

熟料對“堆雪人”影響較大，在分析篦冷機“堆雪人”問題時，與熟料相關(guān)的問題特別惡劣。例如：熟料出現(xiàn)混合現(xiàn)象，會導致篦冷機紅料較多。操作人員為了達到降溫優(yōu)勢，將冷卻機馬力開足，但窯頭環(huán)境較差，熟料轉(zhuǎn)化過程問題較多，操作困難。例如：窯內(nèi)經(jīng)常出現(xiàn)“塌料”或“慢窯”等問題，這會導致篦冷機的降熱效率下降，通風不順。篦冷機若二次空氣入量不足，也會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，翻滾過程中很容易在表面加入細煤粉，導致熟料在進入篦冷機后，熟料表面溫度依然較高，且大多數(shù)為無焰燃燒[4]。無焰燃燒是一種特殊的燃燒方式，雖不見火焰，但依然釋放出大量熱量，風力越強，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FeO 生成礦物，黏附于篦板上，導致篦冷機“堆雪人”問題出現(xiàn)。熟料顆粒影響因素較為復雜，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)。在同一時刻，不同操作窯內(nèi)的熟料顆粒組成也會有較大差異。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。熟料粉塵較多，被稱為“廢砂料”。當廢砂料增加時，粉塵的循環(huán)增加，不僅會導致能耗變大，還有可能出現(xiàn)篦冷機燒毀、連接螺栓變形、紅河等問題。使篦板脫落，當熟料顆粒較大時，料層的阻力較小，也會加速熟料或破碎機錘頭與篦條的磨損。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，設計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，如施工人員對煤灰燃燒比例認知不充分，配比率較低，會使煤粉的燃燒速度變慢。若比例較高，會導致“長燃燒”，使部分煤粉落入熟料上繼續(xù)燃燒，帶來一系列的不良影響。操作人員使熟料落入篦冷機時，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。熟料落入篦冷機后，冷卻就黏結(jié)一起，若黏結(jié)熟料不及時推走，就會形成“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。無疑便是煤粉的化學成分，因此煤灰沉降率一般要保持在100%。在配料計算中，要將煤灰摻入劑量內(nèi)。結(jié)合我國煤粉配料成分比對數(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，會使其波動加大。例如：進入燃燒窯中熟料燃燒時會形成“硫”，有著催化作用。雖然對早期熟料有一定的強化效果，但后續(xù)隨著“硫”數(shù)量的增加，硫含量比例失衡，就會使液相黏度增加，從而使窯體的預熱器結(jié)皮概率上升。在篦冷機內(nèi)部，堆積熟料，形成雪人[7]。

3.4 設備影響

考慮設備影響，篦冷機通常分為復合式三段篦床。以“高溫區(qū)”“高溫中區(qū)”為例，在熟料進入篦冷機后，電動機的前五排采用傾斜式的充氣篦床，而后六排則采用活動式充氣篦床，二者配比能夠使熟料達到最高的冷卻效率。在最高溫區(qū)，通過固定式充氣梁，能夠發(fā)揮優(yōu)勢，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，但通過可調(diào)節(jié)風量，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，可以進一步地保證熟料回收、冷卻。活動篦床由多個水平面重疊并列的篦板所組成。因此，其分為活動式—固定式—活動式相隔排序，通過彼此配合，推動物料進入冷卻室，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，因此會出現(xiàn)顆粒離析現(xiàn)象。篦冷機內(nèi)部氧氣密度較大，若受溫度影響，未燃燒的煤粉會產(chǎn)生二次燃燒。因此，表面燒熟的熟料顆粒會出現(xiàn)“飛砂料”的問題。通常情況下，篦冷機在降溫過程中煤粉的用量與配比是關(guān)鍵。但煤粉配比若失衡，導致未燃燒的煤粉或未燃燒充分的煤粉進入冷卻機，就會受高速氣流影響與細顆?！帮w沙料”的影響。堆積在蓖冷機的蓖板上。篦冷機冷卻溫度、含氧量等均會對未燃燒的煤粉顆粒進行反應，甚至會導致未完全燃燒充分的煤粉顆粒發(fā)生二次燃燒的現(xiàn)象。細小顆粒無法盡快冷卻，而外部熟料已冷卻完畢，就會使其內(nèi)部溫度過高，出現(xiàn)黏結(jié)。

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

4 篦冷機“堆雪人”預防策略

4.1 控制熟料顆粒、液相

控制熟料顆粒與對應液相，如使用全新的生產(chǎn)方法，對熟料顆粒進行篩選。當溫度升高時，要考慮熟料顆粒是否形成浮動料層。在同樣生產(chǎn)成分下，要對窯速進行調(diào)節(jié)。若噴煤管使用不當，會使細熟料增多。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，溫度達1 300 ℃后，熟料就會出現(xiàn)液相。后續(xù)溫度升高，液相也會加劇。只有到達恒定溫度后，液相速度才會減緩。適當?shù)囊合嗔磕軌驅(qū)崿F(xiàn)高質(zhì)量燃燒，形成“完美”熟料。但過高的液相量，只會使熟料互相黏結(jié)[9]。因此，溫度控制標準要以熟料顆粒粒徑為參考。

4.2 重新規(guī)劃篦冷機、回轉(zhuǎn)窯相對位置

回轉(zhuǎn)窯設備位置進行規(guī)劃，如在篦冷機安裝時，要保證篦冷機的中心線（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。窯口伸出篦冷機前壁達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，可以避免熟料在長燃燒或急燒問題下出現(xiàn)“無焰燃燒”問題[10]。

4.4 “四要素”預防堆雪人現(xiàn)象

預防“堆雪人”處理，包含操作要素、配料要素、機制要素、人工要素四要素。

例如：操作要素是要對冷卻風量進行調(diào)控，嚴格控制，避免其溫度過高。理想溫度應控制在1 350～1 400℃之間，若發(fā)現(xiàn)有潛在的“堆雪人”現(xiàn)象，應將一風室、二風室風量調(diào)小，或暫停一風室、二風室的風量供給。若雪人已經(jīng)生成，需要將此動作反復幾次，雪人便會因熱傷冷縮原理開裂、崩塌。盡量避免“長火焰燃燒”，使窯頭與窯體的火焰溫度均衡。

配料要素應滿足生產(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。

在機械因素中，篦冷機前段可以額外加設“空氣炮”設備。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，檢查各個風室的密閉情況，防止篦冷機在工作時風室出現(xiàn)漏風、冷卻風量不足等問題，將“堆雪人”概率降至最低。

人工因素是強化人員的工作質(zhì)量，在日常工作中加強巡檢模式。若發(fā)現(xiàn)潛在問題，必須及時報告處理。人員對于雪人的操作在初期通常通過水壓噴射、打穿、桶料棒打碎等。在篦冷機安裝時，就要留好對應孔門與操作空間。如果一旦出現(xiàn)篦冷機“堆雪人”問題，就可以迅速地打開孔門，對雪人進行打碎處理[11]。

4.5 工序解決“堆雪人”措施

考慮“堆雪人”“紅河”問題，二者并非單獨存在，而是互相影響?！凹t河”若未能有效解決，會導致“堆雪人”問題嚴重，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)篦冷機的操作模式，盡可能提高冷風傳輸效率。傳統(tǒng)的窯體在燃燒時，煤料在其中的過渡、分解時間較長，很容易使煤料之間互相黏結(jié)，形成“堆雪人”問題，導致“紅河”現(xiàn)象出現(xiàn)。可以提高物料的分解率，可以通過預熱器、三次風管等。逐步強化其分解性能，保障換熱率，減少散熱損失。

采用側(cè)吹風技術(shù)。例如：側(cè)吹風技術(shù)是篦冷機兩側(cè)出現(xiàn)吹風孔，使用風壓較高的風機對熟料細顆粒層進行噴吹，使細顆粒層被吹動。料層松動，透風阻力自然下降，冷風可迅速透過料層，降低溫度。在側(cè)吹風操作時，要注意高溫熟料與篦板之間要有冷風層進行鋪墊，避免篦板出現(xiàn)過熱損壞。同時，篦板下層因熟料松動，使熟料的冷卻更有透風性、效率更強，延長篦板的使用時間。篦板的篦面較為特殊，熟料在推動時，篦面若出現(xiàn)損壞，就會使料層堆積，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)避篦板長時間使用而出現(xiàn)的磨損問題。加強風室密封，采取可控氣流通風篦板。例如：我國目前使用的篦板雖注意通風性，但與傳統(tǒng)的篦板相比，透風率依然有待完善。當務之急，需要通過更新篦板，降低篦板出現(xiàn)的熟料“累積”問題。避免篦板高溫熟料過熱，出現(xiàn)損壞。采用可控通風篦板，能夠消除“紅河”問題，避免“堆雪人”問題出現(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，使冷風量效率提高至85%以上。

5 結(jié)語

綜上所述，對于篦冷機“堆雪人”應以預防為主，處理為輔。因此，在生產(chǎn)過程中，篦冷機的“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)濟效益。篦冷機“堆雪人”是每個水泥生產(chǎn)企業(yè)都會遇到的問題，無需驚慌。相關(guān)人員要從原材料、配方、設備等方面分析，每個水泥生產(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)的實際措施進行規(guī)避，使企業(yè)恢復正常生產(chǎn)。