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    保持窯筒體冷卻

    2017-06-01 10:44:24陳友德
    水泥技術(shù) 2017年2期
    關(guān)鍵詞:耐火磚窯內(nèi)結(jié)塊

    保持窯筒體冷卻

    水泥熟料在窯內(nèi)煅燒的過程中,火焰、煙氣和熟料、窯料的熱量經(jīng)窯皮和耐火磚傳達(dá)至金屬筒體。隨著金屬筒體的溫度增高,鋼板的許用應(yīng)力逐步下降(見表1)。當(dāng)筒體溫度增至460℃時,鋼板的許用應(yīng)力僅為316℃時的一半。為避免筒體因溫度過高而損壞,預(yù)分解窯系統(tǒng)均設(shè)置紅外線測溫裝置,并配置空氣冷卻。熟料煅燒過程中,為使窯安全運轉(zhuǎn),筒體溫度通??刂圃?70℃以下。

    表1 普通鋼板的許用應(yīng)力

    近年來,工業(yè)化國家逐漸增加代用燃料和低品位原料的應(yīng)用,窯內(nèi)工況波動較大,窯皮長度變化頻繁,且經(jīng)常出現(xiàn)紅窯事故。雖然使用了空氣冷卻,但氣冷對溫度調(diào)節(jié)較慢,很難解決紅窯事故,且消耗電能較高。一種新的用水冷卻窯筒體熱點的裝置(Kiln Cooler Hot Spot Unit,本文稱KCHSU)兩年前在德國投入使用,取得較好效果。簡介如下:

    1 系統(tǒng)裝置

    KCHSU裝置由一套四噴頭的噴霧珠裝置和紅外線測溫裝置組成。通過紅外線測溫裝置測得筒體局部高溫,傳至噴頭將水霧化并噴至紅熱的高溫筒體部位,迅速將該部位的高溫冷卻至合適溫度,從而保持正常生產(chǎn)(圖1)。

    圖1 水冷卻窯筒體熱點噴霧裝置

    2 窯筒體噴水霧冷卻

    窯內(nèi)熟料在煅燒過程中,窯料加熱成熟料。由于生料的成分率值和細(xì)度不一,窯料加熱的溫度和時間不一,窯內(nèi)出現(xiàn)的窯料熔融溫度也不一致,再加上耐火磚的材質(zhì)、磚厚以及結(jié)皮的厚度及其導(dǎo)熱系數(shù)不一致,造成筒體溫度也不一致。為使筒體溫度保持在合適的溫度內(nèi),通常需空氣冷卻。

    在長時間的生產(chǎn)運行中,發(fā)現(xiàn)窯的筒體溫度變化難以控制,尤其是窯徑增大和代用燃料量增多,耐火磚出現(xiàn)的問題越來越嚴(yán)重。其原因是,窯徑增大,筒體的橢圓度增加,相應(yīng)增加了耐火磚所承受的機械應(yīng)力。此外,窯內(nèi)耐火磚砌筑時,耐火磚的材質(zhì)性能和砌筑質(zhì)量也影響著耐火磚的使用壽命。代用燃料量增多,由于燃料的成分、水分及細(xì)度等因素變化,易造成窯內(nèi)煅燒溫度和窯皮的長度及厚度變化頻繁,從而造成筒體溫度變化。上述工況易使輪帶附近筒體和過渡帶、燒成帶內(nèi)的耐火磚產(chǎn)生局部損壞。

    當(dāng)窯內(nèi)耐火磚出現(xiàn)局部損壞時,該部位的窯筒體溫度急速增加,當(dāng)溫度>600℃時,筒體產(chǎn)生高溫紅熱點,風(fēng)冷很難降低其溫度,其結(jié)果是出現(xiàn)非計劃的緊急停窯。更換該部位的耐火磚需要6d或更多的時間,此過程減少了熟料產(chǎn)量,增加了單位熟料的熱耗及維修費用。

    國外一臺4 000t/d級窯緊急停窯的損失費用估算見表2。

    為避免因紅窯而緊急停窯所產(chǎn)生的損失和維修費用,窯筒體需要快速冷卻。當(dāng)紅外線測溫儀發(fā)現(xiàn)筒體溫度局部上升時,為避免該部位筒體過熱停窯,通過向高溫部位筒體噴霧,快速將其降到合適的溫度,同時進(jìn)行操作控制,補掛窯皮并增加該部位窯皮厚度,避免筒體和耐火磚進(jìn)一步損壞,從而保持正常生產(chǎn)。

    和空氣冷卻相比,使用水冷卻的優(yōu)點是冷卻速度快且電耗低。圖2為水霧噴射部位,圖3和圖4為窯筒體水冷和風(fēng)冷電耗對比值。

    圖3和圖4表明,在一臺直徑5m、長度60m的窯筒體上,當(dāng)風(fēng)量為150 000m3/h,動力消耗約2MW時,可以冷卻筒體40K。而同樣的2MW動力消耗,需3.2m3/h的水量。

    3 噴水存在的問題及解決途徑

    當(dāng)筒體進(jìn)行水霧冷卻時,存在的問題是,若噴向金屬筒體水量過多,則筒體溫度下降過快,增加筒體自身的機械應(yīng)力,易使筒體產(chǎn)生局部應(yīng)力而損壞;若水量不足,則筒體溫度下降過慢,筒體溫度過高,也易使筒體變形損壞。窯筒體冷卻至設(shè)定的溫度,需快速穩(wěn)定的冷卻,冷卻水系統(tǒng)需要如下技術(shù)支持。

    表24 000t/d生產(chǎn)線非計劃緊急停窯損失

    圖2 窯筒體噴水霧位置

    圖3 窯筒體風(fēng)冷卻時風(fēng)量和動力消耗

    (1)設(shè)置精確可靠的溫度監(jiān)視裝置,對易紅窯的筒體部位進(jìn)行連續(xù)溫度監(jiān)測。

    (2)噴水裝置所噴出的水霧必須到達(dá)窯筒體表面,且能完全揮發(fā)。

    (3)控制系統(tǒng)應(yīng)做到測試溫度與噴水量能自動調(diào)節(jié),確保窯筒體溫度達(dá)到所需控制的溫度。

    圖4 窯筒體水冷卻時水量和動力消耗

    圖5 窯筒體隨溫度的變化

    (4)生產(chǎn)系統(tǒng)可連續(xù)自動檢測,確保窯的安全操作,避免窯筒體損壞。

    KCHSU裝置的紅外線測試溫度范圍為120~1 000℃。當(dāng)測得的溫度過高時,通過調(diào)節(jié)水量來控制筒體表面溫度。在噴口部位,噴吹壓縮空氣,防止粉塵堵塞噴口,影響水霧形狀。系統(tǒng)的4個噴射裝置可以調(diào)節(jié)移動至合適的位置,做到在最短的時間內(nèi)通過噴霧對筒體溫度進(jìn)行調(diào)控。

    KCHSU裝置安裝的固定架長度為10m,裝置上設(shè)置4個可以移動的噴嘴,每個噴嘴的移動距離為2.6m,確保易紅窯部位10m長的筒體得以冷卻。

    回轉(zhuǎn)窯在運行過程中,影響窯筒體溫度的各種因素是變化的,往往是大面積筒體溫度正常,而局部筒體產(chǎn)生高溫,連續(xù)冷卻則效率低。風(fēng)冷受風(fēng)機開停的影響,必須連續(xù)對筒體進(jìn)行冷卻,耗電量高。而水可隨時開停,且噴水量易于調(diào)控,再加上4個移動噴嘴可分別開啟,對窯筒體進(jìn)行局部冷卻十分方便,且能較快地將高溫部位的筒體降至低溫,使之和周邊筒體溫度一致。

    局部冷卻能減少筒體溫度過高產(chǎn)生的機械應(yīng)力,但冷卻過程中冷卻速率過快也會對筒體產(chǎn)生機械應(yīng)力?,F(xiàn)場的實踐和計算顯示,當(dāng)筒體溫度<600℃時,冷卻溫度控制在每分鐘2℃以內(nèi)降低1℃,對金屬筒體的微細(xì)結(jié)構(gòu)不會產(chǎn)生負(fù)面影響(圖5)。

    水冷系統(tǒng)的另一優(yōu)點是能耗低,最大功率需約50W。噴水量低,操作費用也低,能使筒體溫度長期保持在控制溫度內(nèi),有利于延長耐火磚的使用壽命。

    使用KCHSU裝置兩年的經(jīng)驗顯示,窯的運行時間可延長數(shù)周或數(shù)月。其原因是窯在運行時,通過噴水霧降低筒體溫度,使溫度達(dá)到設(shè)定的控制值。同時進(jìn)行修補和穩(wěn)定窯皮,從而延長了運行時間,有利于計劃停窯的耐火磚備料及其有關(guān)的準(zhǔn)備工作。

    4 水中含有石灰對噴霧的影響

    噴水冷卻的水中含有石灰,是否會產(chǎn)生問題,文中作了如下回答。

    (1)石灰在生銹的筒體上產(chǎn)生白色長條是否影響熱傳遞:經(jīng)驗顯示,筒體上石灰層的厚度從未達(dá)到臨界的厚度,其原因是,窯在運行時筒體表面處于十分干燥的工況,在石灰層達(dá)到臨界厚度前已碎裂。

    (2)白色條狀石灰層是否影響紅外線掃描的讀數(shù):石灰石的發(fā)射率為0.95,較鐵銹的筒體發(fā)射率0.69高得多,對窯的紅外掃描不會產(chǎn)生影響。

    (3)石灰是否在噴嘴或系統(tǒng)管道閥門產(chǎn)生結(jié)塊:水中含石灰是會產(chǎn)生結(jié)塊,系統(tǒng)可通過連續(xù)檢測和監(jiān)測水壓或流量以避免結(jié)塊,在運行的幾個月中,至今未發(fā)現(xiàn)結(jié)塊。此外,當(dāng)出現(xiàn)堵塞和結(jié)塊事故前兆時,系統(tǒng)將發(fā)出信息,指出故障,維修人員在幾分鐘內(nèi)即可完成對閥和噴嘴的清洗,避免結(jié)塊。

    陳友德編譯自

    No.9/2016 International Cement Review

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