新型干法窑中控操作要点及常见故障处理.doc

新型干法窑中控操作要点及常见故障处理

作者:李新华 赵志兴 1 狄东仁 2单位::1 广州市嘉华南方水泥有限公司 (510435) 2 天津水泥工业设计研究 (300400) [2001-12-4]
关键字:新型干法-中控操作-故障处理
摘要:新型干法水泥工艺与传统的湿法、干法、半干法水泥生产有着截然不同的概念，它工艺过程复杂，系统环节多，连续性强，许多工序联合操作，相互影响，相互制约。故而要求中控操作人员必须掌握好新型干法工艺过程的特点，立足全局，科学操作和优化操作。笔者根据长期实际操作经验，抛砖引玉，以利于操作水平的共同提高。
新型干法水泥厂的生产过程，就是以悬浮预热和窑外分解技术内核心，以新型的烘干粉磨及原燃料均化工艺及装备，采用以计算机控制为代表的自动化过程控制手段，实现高效、优质、低耗的水泥生产过程。与传统的湿法、干法、半干法水泥生产相比，其工艺过程比较复杂，系统环节多，连续性强。许多工序联合操作，相互影响，相互制约。生产过程本身要求具有高度的稳定性，设备运转的可靠性和参数调节控制的及时性。这就需要中控室的操作人员必须很好掌握新型干法工艺过程的特点，了解其工作原理和各种工艺热工过程的特性，同时具有机械、电气、自动化过程控制等方面的基本知识，这是提高中控室操作水平的基础。
一、中控室操作的一般原则：
新型干法窑系统操作的一般原则，就是根据工厂外部条件变化，适时调整各工艺系统参数，最大限度地保持系统“均衡稳定”的运转，不断提高设备运转率。
“均衡稳定”是事物发展过程中的一个相对静止状态，它是有条件和暂时的。在实际生产过程中，由于各种主、客观因素的变化干扰，难免打破原存的平衡稳定状态，这都需要操作人员予以适当调整，恢复或达到新条件下的新的均衡稳定状态，因此运用各种调节手段来保持或恢复生产的均衡稳定，是控制室操作员的主要任务。
就全厂生产而言，应以保证烧成系统均衡稳定生产为中心，调整其它子项系统的操作。就烧成系统本身，应是以保持优化的合理煅烧制度为主，力求较充分地发挥窑的煅烧能力，根据原燃料条件及设备状况适时调整各项参数，在保证熟料质量的前提下，最大限度地提高窑的运转率。
在烧成中控室的具体操作中坚持“抓两头，保重点，求稳定，创全优”这12字诀。所谓“抓两头”，就是要重点抓好窑尾预热器系统和窑头熟料烧成两大环节，前后兼顾、协调运转；所谓“保重点”，就是要重点保证系统喂煤、喂料设备的安全正常运行，为熟料烧成的“动平衡”创造条件；所谓“求稳定”，就是在参数调节过程中，适时适量，小调渐调，以及时的调整克服大的波动，维持热工制度的基本稳定。所谓“创全优”，就是要通过一段时间的操作，认真总结，结合现场热工标定等测试工作，总结出适合本厂实际的系统操作参数，即优化参数，使窑的操作最佳化，取得优质、高产、低耗、长期安全稳定文明生产的全面优良成绩。
二、新型干法窑主要的工艺操作参数：
新型干法窑的烧成工艺过程中需要控制的参数比较多，一般在60～65个，过程控制也比较复杂，从国内已投产的厂生产操作来看，大都以人工给定操作参数为主，辅以单参数调节回路自动控制，即使是采用计算机集中控制或集散型控制的2000t/d以上规模的厂,由于尚未有比较切合实际的数学模型,计算机很难实现全过程的自动控制。虽然电机的开停（即开关量）控制可采用PLC程序控制，但是过程控制参数（即调节量）仍是人工键入效定值。待系统稳定运转后可投入数条单参数调节回路进行自动控制。
在这些工艺参数中，有小部分属于通过人工或计算机设定可直接操作控制的参数，我们称之为操作变量或自变量，而大部分则属于由于人工调节后随之改变的过程变量或称之为因变量，操作变量可由人工或计算机主动直接改变，过程变量由适时地显示出调节后的结果，二者之间也具有互为因果的关系。烧成系统主要的操作变量及其作用见表1。
另外，入窑生料及煤粉的化学成分对烧成而言也属自变量，它们的变化会引起操作参数一系列的变化，但它们不由窑操作员控制。当出现原燃料成分不符合要求波动时，应及时向有关部门提出意见。
中控室中的显示参数大都是过程变量，其测点设置各厂也不尽相同，一般的主要过程变量参数及其作用见表2。
随着工业自动化水平的不断提高，尤其是采用计算机过程控制技术的发展，使得过程参数大量进入计算机检测、分析，近几年投产的大中型厂，已很少见到仪表控制，但在1000t/d以下规模的厂，由于投资和工厂技术人员素质的限制，仍较多采用仪表
1000t/d烧成系统中控室主要操作变量表   表1
序号
项   目
单位
参  数
备   注
1
投料量
t/h
70~75
风煤料平衡
2
窑速
r/min
3.0±0.2
3
窑头喂煤量
t/h
2.2±0.3
4
窑尾喂煤量
t/h
3.3±0.3
5
高温风机转速
r/min
950~1020
控制系统拉风
6
高温风机入口阀门开度
%
80~90
7
篦冷机篦速
次/min
4~8
控制料厚
8
窑头一次风机转速
r/min
830~870
火焰形状和长度及控制火点位置
9
喷煤管内外风阀开度
%
50:80
10
喷煤管位置
cm
0~70
11
三次风阀门开度
%
40~60
调节系统平衡保证煅烧需要
12
窑头排风机入口阀门开度
%
50~85
13
窑尾排风机入口阀门开度
%
70~85
14
篦冷机冷却风机入口阀门开度
%
70~90
15
高温风机入口冷风阀门开度
%
0~80
保护作用
16
窑头电收尘入口冷风阀门开度
%
0~80
17
窑尾电收尘入口冷风阀门开度
%
0~80
控制。无论何种方式均离不开操作人员的干预，这就要求操作人员充分利用控制室内的各种仪表装置或计算机，重点观察系统中各过程变量的发展趋势，加强预见性控制，正确分析、灵活掌握调整方法，保证系统优质、高效、低耗地生产。
三、正常操作下过程变量的控制：
所谓正常操作，是指窑系统经点火投料挂窑皮后阶段后已达正常额定投料量，到出现较大故障而必须转入停窑操作这一时期，正常操作的主要任务就是运用风、煤、料及窑速等操作变量的调节，保持合理的热工制度，使下述过程变量基本稳定：
①窑主传动负荷
正常喂料量下，窑主传动负荷是衡量窑运行正常与否的主要参数，正常的窑功率曲线应粗细均匀。无尖峰、毛刺，随窑速度变化而改变，在稳定的煅烧条件下，如投料量和窑速未变而窑负荷曲线变细、变粗，出现尖峰或下滑，均表明窑工况有变化，
需调整喂煤量或系统风量，如曲线持续下滑，则需高度监视窑内来料，必要时需减料减窑速，防止跑生料。
②入窑物料温度及最末级旋风筒出口温度
正常操作中，入窑物料温度一般在820～850℃左右，出最末级旋风筒温度为850℃±
1000t/d烧成系统中控室主要过程变量表  表2
序号
项   目
单位
参  数
备   注
1
窑尾温度
℃
1000±50
控制窑内煅烧壮况
2
窑主传动负荷
kw
18~30
3
窑尾负压
Pa
-200±100
系统拉风量的适宜程度
4
窑头罩负压
Pa
-25±15
5
预热器出口温度
℃
340±50
6
预热器出口负压
 kPa
4.1±0.3
7
高温风机入口温度
℃
340±20
8
高温风机出口O2含量
%
4～5
9
高温风机电流
A
66~71
10
C5出口负压
Pa
1200±100
11
C5出口温度
℃
860±10
入窑物料分解率高低和分解炉内煤粉燃烧和CaCO3分解反应的平衡程度
12
C5下料温度
℃
850±10
13
分解炉出口温度
℃
880±20
14
分解炉出口负压
Pa
900±100
15
入炉三次风温
℃
710±50
16
入炉三次风负压
Pa
750±
17
入窑物料分解率
%
85~95
18
各级预热器锥体负压
Pa

反映预热器的工作状态
19
一室篦下压力
Pa
4500±500
反映料层厚度指标
20
二室篦下压力
Pa
3600±500
21
一、二室篦板温度
℃
<80
22
增湿塔入口温度
℃
310±30
电收尘正常工作指标
23
窑头电收尘入口温度
℃
150±30
24
窑尾电收尘入口温度

120±30
25
窑胴体温度
℃
<250
反映窑皮状况及烧成带位置
26
煤粉仓温度
℃
<65
安全指标
5℃，这两个过程变量反应了入窑物料分解率高低和分解炉内煤粉燃烧和CaCO3
分解反应的平衡程度，通常用分解炉出口或最末一级旋风筒出口温度自动调节窑尾喂煤量来实现预热器分解炉系统的稳定。

③出预热器C1级温度和高温风机出口O2含量。
正常操作中出预热器的系统温度应为320～350℃(五级预热器)或350～380℃(四级预热器)，高温风机出口O2含量一般在4～5%左右，这两个参数直接反应了系统的拉风量的适宜程度。两者偏高或偏低可预示系统拉风偏大或偏小，需调整高温风机阀门开度或转速。
④入炉三次风温与冷却机一室篦下压力
正常条件下入分解炉三次风温一般在700℃以上，窑规模愈大，入炉三次风温愈高，篦冷机一室压力一般在4.2～4.5Kpa（对富勒型厚料层冷却机），一般通过调整篦床速度来稳定冷却机料层厚度，提高入窑二次风温和入炉三次风温。
⑤窑头罩负压
正常条件下窑头呈微负压，一般在-25±15Pa，如其增大或减小，则需调整窑头收尘风机阀门开度，如其波动增大，曲线变宽，则需综合窑功率及窑头喂煤情况加以调整。
实际上在窑正常操作条件下，诸参数均已基本稳定在一定范围内，操作人员要多看参数记录曲线，看其发展趋势和波动范围，只有这样才能提前发现故障隐患。一般条件下应优先考虑调整喂煤量和用风量，每次调整在1～2％之间，以保持热工制度的动平衡。
具体如何调控各项操作变量，因各厂设备、工艺及其它条件不同，不可一概而论，许多厂的操作员在总结操作经验时均提出过各种口决或原则条款，在此不再赘述。
四、非正常条件下的操作及故障处理：
（一）点火投料
新型干法窑的点火投料是中控操作的重要阶段，应注意以下几点：
①做好系统检查。在点火前按操作规程顺序检查系统的密闭情况，并进行空载联动试车，确认系统各部位处于正常状态。
②控制升温速率。升温阶段一般根据窑尾温度控制系统的点火升温速率<2℃/分，对换砖的窑应按烘干曲线烘干衬料后再按正常速率升温。
③投料时要注意风、煤、料的平衡：一般情况下，投料时系统拉风应为正常风量的70～80％，投料以70％开始，窑尾加煤量根据C5出口温度控制，窑头煤量则根据窑尾温度控制，密切注意预热器系统负压变化，加强吹扫，防止堵塞，待入窑物料温度及窑功率曲线开始上升时，即可加料。每次加料一般为额定料量的3～5％，同时要注意窑速与投料量的对应关系，先提窑速再加料。一般投料后40~50分钟料入冷却机，在其后的8小时内逐步加料至额定投料量，系统拉风则应控制在出C1出口温度380～420℃之间，且宜大不宜小。
④强化篦冷机操作，尽快提高二次风温和入炉三次风温。通过调整篦速和各室风机风量延长物料在冷却机内的滞留时间，提高热回收率，快速提高燃烧空气温度，尽快稳定窑的煅烧状况。
（二）故障停车
故障停车有二类，机电故障停车和工艺故障停车，但二者又不能截然分开，如处理不及时或处理不当有可能引起连锁反应，波及整个系统。
无论何种故障引起停车，中控室都应及时与现场联系查明原因，首先保证人身及机电设备安全，并及时止料、止煤，根据事故的类型及排除故障所需时间确定下一步操作步骤。
（三）几种常见工艺故障的判断和处理
下面将几种工艺常见故障的判断和处理列出，供大家参考。
1．预热器分解炉堵塞：
现象：
①锥体压力突然显示为零；
②同时入口与下一级出口温度急升；
③如C5堵，烟室、分解炉及C5出口温度急升。
原因判断：
①煅烧温度过高造成结皮；
②内部结皮塌料高温物料来不及排出而堵塞在缩口处；
③拉风量不足，排风不流畅或拉风变化引起平台积料塌落；
④预热器内部耐火材料或内茼脱落掉卡在锥体部位；
⑤翻板阀失灵；
⑥漏风严重引起结块；
⑦煤粉燃烧不好，C5内仍有煤粉继续燃烧；
⑧生料喂料波动过大。
处理措施：在发现锥体压力逐渐变小时，就应及时进行吹扫和加强捅堵，同时减料和调整操作参数。当锥体压力为零时，应立刻止料停窑处理。
2．烟室结皮
现象：
①顶部缩口部位结皮：烟室负压降低，三次风分解炉出口负压增大，且负压波动很大。
②底部结皮：三次风、分解炉出口及烟室负压同时增大。 窑尾密封圈外部伴随有正压现象。
原因判断：
①温度过高；
②窑内通风不良；
③火焰长，火点后移；
④煤质差，硫含量高，煤粉燃烧不好；
⑤生料成份波动大，KH忽高忽低；
⑥生料中有害成份（硫、碱）高；
⑦烟室斜坡耐火材料磨损不平整，造成拉料；
⑧窑尾密封不严，掺入冷风。
处理措施：
①窑运转时，要定时清理烟室结皮，可用空气炮清除，效果较为理想，如果结皮严重，空气炮难以起作用时，从壁孔人工清除，特别严重时，只能停窑清理。
②在操作中应严格执行要求的操作参数，三班统一操作，稳定热工制度，防止还原气氛出现，确保煤粉完全燃烧。当生料和煤粉波动较大时，更要特别注意必要时，可适当降低产量。
3．窑内结大蛋
现象：
①窑尾温度降低，负压增高且波动大；
②三次风、分解炉出口负压增大；
③窑功率高，且波动幅度大；
④C5和分解炉出口温度低；
⑤在茼体外面可听到有振动声响；
⑥窑内通风不良，窑头火焰粗短，窑头时有正压。
原因判断：
①配料不当，SM低IM低，液相量大，液相粘度低；
②生料均化不理想，入窑生料化学成分波动大,导致用煤量不易稳定,热工制度不稳,此时易造成窑皮粘结与脱落,烧成带窑皮不易保持平整牢固,均易造成结大蛋；
③喂料量不稳定；
④煤粉燃烧不完全,煤粉到窑后烧,煤灰不均匀掺入物料；
⑤火焰过长,火头后移,窑后局部高温；
⑥分解炉温度过高,使入窑物料提前出现液相；
⑦煤灰份高，细度粗；⑧原料中有害成份（碱、氯）高。
处理措施：
①发现窑内有蛋后,应适当增加窑内拉风.顺畅火焰.保证煤粉燃烧完全.并减料慢窑.让大蛋“爬”上窑皮进入烧成带,用短时大火把大蛋烧散或烧小,以免进入篦冷机发生堵塞，同时要注意大蛋碰坏喷煤管；
②若已进入篦冷机,应及时止料,停窑,将大蛋停在低温区,人工打碎。
4．窑后结圈
现象：
①火焰短粗，窑前温度升高，火焰伸不进窑内；
②窑尾温度降低，三次风和窑尾负压明显上升；
③窑头负压降低，并频繁出现正压；
④窑功率增加，波动大；
⑤来料波动大，一般烧成带料减少；
⑥严重时窑尾蜜蜂圈漏料。
原因判断：
①生料化学成分影响；
a.生料中N偏低，使煅烧中液相量增多粘度大而易富集在窑尾； ?
b.入窑生料化学均匀性差，造成窑热工制度容易波动，引起后结圈；
c.煅烧过程中，生料中有害挥发性组分在系统中循环富集，从而使液相出现温度降低，同时也使液相量增加，造成结圈。
②煤的影响：
a.煤灰中Ai2O3较高，当煤灰集中沉落到烧成带末端的物料上会使使液相出现温度大大降低,液相增加，液相发粘，往往易结圈。
b.煤灰降落量主要与煤灰中灰份含量和煤粉细度有关，煤灰份大、煤粉粗，煤灰沉降量就大。当煤粉粗、灰分高、水份大时，燃烧速度变慢，火焰拉长，高温带后移，窑皮拉长易结后圈。
③操作和热工制度的影响：
a. 用煤过多，产生还原气氛，物料中三价铁还原为二价亚铁，易形成低熔点矿物，使液相早出现易结圈；
b. 一、二次风配合不当，火焰过长，使物料预烧很好，液相出现早，也易结圈；
c. 窑喂料过多，操作参数不合理导致热工制度不稳定，窑速波动大，也易结圈；
d. 喷煤管长时间不前后移动，后部窑皮生长快，也易结圈。
处理措施：
①冷烧法:适当降低二次风量或加大煤管内风开度，使火焰回缩，同时减料，在不影响快转下保持操作不动，直到圈烧掉。
②热烧法: 适当增大二次风量或减小煤管内风开度，拉长火焰，适当加大窑头喂煤量，在低窑速下烧4h。若4h仍不掉，则改用冷烧。
③冷热交替法:先减料或止料（视圈程度），移动煤管，提高结圈处温度，烧4~6h，再移动煤管，降低结圈处温度，再烧4~6h，反复处理。同时加大排风，适当减少用煤，如结圈严重，则要降低窑速，甚至停窑烧圈。
④在结圈出现初期，每个班在0~700mm 范围内进出喷煤管各一次。
5．跑生料
现象：
①看火电视中显示窑头起砂、昏暗，甚至无图像；
②三次风温急剧升高；
③窑系统阻力增大，负压升高；
④篦冷机篦下压力下降；
⑤窑功率急剧下降；
⑥窑头煤粉有“爆燃”现象。
原因判断：
①生料KH、N高，难烧；
②窑头出现瞬间断煤；
③窑有后结圈；
④喂料量过大；
⑤分解率偏低，预烧不好；
⑥煤不完全燃烧。
处理措施：
①起砂时应及时减料降窑速，慢慢烧起；
②提高入窑分解率，同时加强窑内通风；
③跑生严重时应止料停窑，但不止窑头煤，每3~5分钟翻窑1/2，直至重新投料。
6．红窑
现象：胴体扫描仪显示温度偏高，夜间可发现胴体出现暗红或深红，白天则发现红窑处胴体有“爆皮”现象，用扫把扫该处可燃烧。
原因判断：一般是窑衬太薄或脱落，火焰形状不正常，跨窑皮等原因造成。
处理措施：红窑应分为两种情况区别对待：
①一是窑筒体所出现的红斑为暗红，并出现在有窑皮的区域时，这种情况一般为窑皮跨落所致，这种情况，不需停窑，但必须作一些调整，如改变火焰的形状，避免温度最高点位于红窑区域，适当加快窑速，并将窑胴体冷却风机集中对准红窑位置吹，使窑胴体温度尽快降低，如窑内温度较高，还应适当减少窑头喂煤量，降低煅烧温度。总之，要采取一切必要的措施将窑皮补挂好，使窑胴体的红斑消除。
②二是红斑为亮红，或红斑出现在没有窑皮的区域，这种红窑一般是由于窑衬脱落引起。这种情况必须停窑。但如果立即将窑主传动停止，将会使红斑保持较长的时间，因此，正确的停窑方法是先止煤停烧，并让窑主传动慢转一定时间，同时将窑胴体冷却机集中对准红窑位置吹，使窑胴体温度尽快下降。待红斑由亮红转为暗红时，再转由辅助传动翻窑，并做好红窑位置的标记，为窑检修做好准备。
③红窑，可以通过红外扫描温度曲线观察到并能准确判断它的位置，具体的红窑程度还需到现场去观察和落实。一般来说，窑胴体红外扫描的温度与位置的曲线的峰值大于350℃时，应多加注意。尽量控制胴体温度在350℃以下。
防止红窑关键在于保护窑皮，保护窑皮从操作的角度说，要掌握合理的操作参数，稳定热工制度，加强煅烧控制，避免烧大火、烧顶火，严禁烧流及跑生料。入窑生料成分从难烧料向易烧料转变时，当煤粉由于转堆原因热值由低变高时，要及时调整有关参数，适当减少喂煤量，避免窑内温度过高，保证热工制度的稳定过渡，另外要尽量减少开停窑的次数，因开停窑对窑皮和衬料的损伤很大，保证窑长期稳定地运转，这将会使窑耐火材料的寿命大大提高。
7．篦冷机堆雪人
现象：
①一室篦下压力增大；
②出篦冷机熟料温度升高，甚至出现“红河”现象；
③窑口及系统负压增大。
原因判断：
①窑头火焰集中，出窑熟料温度高，有过烧现象；
②生料KH、N偏低，液相量偏多。
处理措施：
①在篦冷机前部加装空气炮，定时放炮清扫；
②尽量控制细长火焰煅烧，避免窑头火焰集中，形成急烧；
③将煤管移至窑内，降低出窑熟料温度。