分析篦冷机堆雪人的原因与预防策略探究

李洪凡

(华润水泥(南宁)有限公司 广西南宁 530022)

篦冷机是水泥生产的重要设备，篦冷机在运转过程中，堆雪人故障较为常见。以某型号篦冷机为例，该型号篦冷机在运转时，出现频繁、连续性堆雪人事故，每月发生1～2起。堆雪人成型后，废料处理较为困难。解决方案为停止生产，完成检修，最长处理堆雪人时间可达24～36 h，对生产影响较大。堆雪人主要以预防为主，如对操作、配料、机械、人工等进行处理，规避篦冷机在运转中出现的各项问题。

1 篦冷机结构与窑配合位置

作为水泥厂的重要生产设备，篦冷机可以对水泥的熟料进行冷却输送。同时，还可以为关键的回窑炉与分解炉等提供热空气。篦冷机熟料在进入机体后，可以在篦冷机的篦板上铺一定厚度的料层。篦冷机鼓入冷空气，使熟料温度得以下降，在数分钟内熟料温度可由1 400 ℃下降至100 ℃以下，降热效率较高。篦冷机的冷却机制分为“回转式”“振动式”“推动式”3 种，而回转式、振动式已被淘汰，推动式篦冷机可以完成熟料的有效推动。精准控制温度，实现高效冷却。篦冷机在运行时，需要与窑中心线保持匹配。窑筒体深入篦冷机的冷却机内，就可以使熟料精准地落入活动篦板上[1]。以某篦冷机为例，某篦冷机分为4 个进气室，分别采用中、低压风机配比。在篦冷机的篦板上，可各安装盲板，避免出窑的熟料颗粒落入篦床两侧，导致冷却功率降低。为了防止两侧气流过大，篦板可以使用网板配比形式，透气均匀。例如：篦冷机的一室、二室可以使用长条形篦板，而三、四进气室则可以使用圆孔型篦板。

2 “红河”形成原因

分析红河形成的原因，是熟料在篦冷机冷却时，随篦床不断向前推动，熟料覆盖于篦床上。而冷风经过后，熟料就会实现逐步冷却。在原理分析中，不会出现红河问题。但若熟料燃烧不充分，出现黏结现象，就会使阻力变大，透过风量较少。因此，篦冷机的冷却效率下降，出现红河问题。篦冷机红河与气流、气体、阻力系数等密切关联，最显著的案例便是冷风透过熟料层后，因彼此之间的热交换差异，产生化学作用。将高温熟料热量传递给冷风，而冷风自然温度升高，气体体积增大，透过料层的气流速度也会相应增加[2]。以平方差为计算标准，可以得知气体在透过料层阻力后，气体容量随温度增加而减小。反之，当气体穿过温度较低的熟料时，其温度不会有较多的变化，阻力也较低。气量透过越多，熟料的温度越低。熟料在篦冷机内，随着篦板的推动移动。篦冷机的横截面在中端与后端，料层之间的温差依然较大，此部位的熟料冷却效果有差异。熟料在窑内燃烧时，要考虑离心力作用。大部分的熟料会产生离析，如大颗粒会集中于中间，而细小颗粒则集中于两边。当熟料从窑口落至篦床时，大颗粒因离心力作用，自然会集中于一侧，而细小颗粒则散落于另一侧，中间则为过渡部分。过渡部分分界明显，包含中部颗粒。窑体速度较快，且熟料较多时，熟料颗粒集中一侧现象较为明显，会随篦床推动覆盖整个床体。在推动时，层级颗粒配比有所变化，但纵向分析变化差异不大。从篦冷机的进料口至出料口，使细颗粒堆积，冷风透过阻力较大。因此，其料层表面出现“红河”——即高温红色[3]，而内部则呈现黑色。随着后续篦板不断推动，熟料颗粒之间的温差增大，红河现象加剧。

3 篦冷机熟料与操作对“堆雪人”问题影响

3.1 熟料影响

熟料对“堆雪人”影响较大，在分析篦冷机“堆雪人”问题时，与熟料相关的问题特别恶劣。例如：熟料出现混合现象，会导致篦冷机红料较多。操作人员为了达到降温优势，将冷却机马力开足，但窑头环境较差，熟料转化过程问题较多，操作困难。例如：窑内经常出现“塌料”或“慢窑”等问题，这会导致篦冷机的降热效率下降，通风不顺。篦冷机若二次空气入量不足，也会使煤粉缺乏燃烧氧气，使煤粉燃烧不充分。熟料在窑内翻滚，翻滚过程中很容易在表面加入细煤粉，导致熟料在进入篦冷机后，熟料表面温度依然较高，且大多数为无焰燃烧[4]。无焰燃烧是一种特殊的燃烧方式，虽不见火焰，但依然释放出大量热量，风力越强，这种热量释放越高。煤灰表面在熟料联合作用下，液相黏度增加，且不完全燃烧也很容易出现低熔点FeO 生成矿物，黏附于篦板上，导致篦冷机“堆雪人”问题出现。熟料颗粒影响因素较为复杂，与生料的成分及其在窑内的加热情况等因素都有密切关联。在同一时刻，不同操作窑内的熟料颗粒组成也会有较大差异。通常熟料颗粒小于0.5 mm，被称为“熟料粉末”，可以在70%之间变动。熟料粉尘较多，被称为“废砂料”。当废砂料增加时，粉尘的循环增加，不仅会导致能耗变大，还有可能出现篦冷机烧毁、连接螺栓变形、红河等问题。使篦板脱落，当熟料颗粒较大时，料层的阻力较小，也会加速熟料或破碎机锤头与篦条的磨损。因此，理想的熟料颗粒尺寸必须要控制在0～35 mm之间[5]。

3.2 操作影响

操作人员自身的技术不足也是关键因素，设计要求生料有明显的断烧温度，但煤粉发热量下降，为了使窑内的热力强度符合要求，要加入更多的煤粉。但煤粉配比若不合理，如施工人员对煤灰燃烧比例认知不充分，配比率较低，会使煤粉的燃烧速度变慢。若比例较高，会导致“长燃烧”，使部分煤粉落入熟料上继续燃烧，带来一系列的不良影响。操作人员使熟料落入篦冷机时，仍保持较高温度，这就使熟料表层存在液相黏度。液相中包含了Al2O3，该含量可使液体的黏度更容易黏结熟料。熟料落入篦冷机后，冷却就黏结一起，若黏结熟料不及时推走，就会形成“堆雪人”[6]。

3.3 全硫含量影响

在入窑生料保持稳定的情况下，熟料率的影响最大。无疑便是煤粉的化学成分，因此煤灰沉降率一般要保持在100%。在配料计算中，要将煤灰掺入剂量内。结合我国煤粉配料成分比对数据，可以了解到已采用的煤质发生较大变化。其发热量由23 126 kJ/kg下降至20 770 kJ/kg，且不同煤粉的煤质情况，大多有一定的差异，波动较大。因此，要使窑内的热工制度有效控制。但含硫量上升，会使其波动加大。例如：进入燃烧窑中熟料燃烧时会形成“硫”，有着催化作用。虽然对早期熟料有一定的强化效果，但后续随着“硫”数量的增加，硫含量比例失衡，就会使液相黏度增加，从而使窑体的预热器结皮概率上升。在篦冷机内部，堆积熟料，形成雪人[7]。

3.4 设备影响

考虑设备影响，篦冷机通常分为复合式三段篦床。以“高温区”“高温中区”为例，在熟料进入篦冷机后，电动机的前五排采用倾斜式的充气篦床，而后六排则采用活动式充气篦床，二者配比能够使熟料达到最高的冷却效率。在最高温区，通过固定式充气梁，能够发挥优势，降低篦床的故障率。熟料在充气式固定梁装置中，虽容易堆积，但通过可调节风量，能够防止雪人与大块熟料球的出现。且文中也提，可在前端安装空气炮，清理过多积料。而中部则可以采用低漏料阻力篦板，收集余料，可以进一步地保证熟料回收、冷却。活动篦床由多个水平面重叠并列的篦板所组成。因此，其分为活动式—固定式—活动式相隔排序，通过彼此配合，推动物料进入冷却室，完成冷却[8]。

3.5 窜生料与煤粉颗粒影响

窜生料是生料中有一部分未完全燃烧的煤粉，因此会出现颗粒离析现象。篦冷机内部氧气密度较大，若受温度影响，未燃烧的煤粉会产生二次燃烧。因此，表面烧熟的熟料颗粒会出现“飞砂料”的问题。通常情况下，篦冷机在降温过程中煤粉的用量与配比是关键。但煤粉配比若失衡，导致未燃烧的煤粉或未燃烧充分的煤粉进入冷却机，就会受高速气流影响与细颗粒“飞沙料”的影响。堆积在蓖冷机的蓖板上。篦冷机冷却温度、含氧量等均会对未燃烧的煤粉颗粒进行反应，甚至会导致未完全燃烧充分的煤粉颗粒发生二次燃烧的现象。细小颗粒无法尽快冷却，而外部熟料已冷却完毕，就会使其内部温度过高，出现黏结。

考虑“飞砂料”形成的原因，无外乎以下几种：首先，如熟料在900～1 250 ℃范围内停留时间极长，这会明显降低物料表面原有的活性，使已烧熟的物料进入高温带时产生颗粒凝结；其次，便是配料不当，或液相黏度、物料表面张力较低，在蓖冷机操作过程中，风量配比失衡，也是导致出现“飞砂料”的首要问题；最后，便是熟料出现生烧、欠烧等，同样会出现“飞砂料”的问题。

4 篦冷机“堆雪人”预防策略

4.1 控制熟料颗粒、液相

控制熟料颗粒与对应液相，如使用全新的生产方法，对熟料颗粒进行筛选。当温度升高时，要考虑熟料颗粒是否形成浮动料层。在同样生产成分下，要对窑速进行调节。若喷煤管使用不当，会使细熟料增多。要结合熟料在窑内的颗粒情况，让相同条件下熟料中的液相与温度密切关联。在熟料窑内燃烧时，温度达1 300 ℃后，熟料就会出现液相。后续温度升高，液相也会加剧。只有到达恒定温度后，液相速度才会减缓。适当的液相量能够实现高质量燃烧，形成“完美”熟料。但过高的液相量，只会使熟料互相黏结[9]。因此，温度控制标准要以熟料颗粒粒径为参考。

4.2 重新规划篦冷机、回转窑相对位置

回转窑设备位置进行规划，如在篦冷机安装时，要保证篦冷机的中心线（纵向）以及回转窑中心线（纵向）布置合理。规避布置差异，要选择合理间距。窑口伸出篦冷机前壁达10～20 mm，稳定窑内热工制度。

4.3 稳定燃烧窑内温度

要尽量控制燃烧窑内的温度，避免出现长燃烧现象。窑内的火焰与熟料的烧结等有关联，若出现“急烧”问题，需要将喷煤管移至窑内，降低窑口的熟料温度，可以避免熟料在长燃烧或急烧问题下出现“无焰燃烧”问题[10]。

4.4 “四要素”预防堆雪人现象

预防“堆雪人”处理，包含操作要素、配料要素、机制要素、人工要素四要素。

例如：操作要素是要对冷却风量进行调控，严格控制，避免其温度过高。理想温度应控制在1 350～1 400℃之间，若发现有潜在的“堆雪人”现象，应将一风室、二风室风量调小，或暂停一风室、二风室的风量供给。若雪人已经生成，需要将此动作反复几次，雪人便会因热伤冷缩原理开裂、崩塌。尽量避免“长火焰燃烧”，使窑头与窑体的火焰温度均衡。

配料要素应满足生产要求，调整入窑的生料成分。例如：出现“堆雪人”的最主要原因是熟料之间黏结现象。要在保持生料饱和度的基础上，提高SM，降低IM，满足煤料量在不同温度下的变化需求。还可以额外使用高硅配料，从物料入手，防止出现“堆雪人”现象。

在机械因素中，篦冷机前段可以额外加设“空气炮”设备。如果出现不可控“堆雪人”的现象，可启用空气炮将雪人打碎。同时，检查各个风室的密闭情况，防止篦冷机在工作时风室出现漏风、冷却风量不足等问题，将“堆雪人”概率降至最低。

人工因素是强化人员的工作质量，在日常工作中加强巡检模式。若发现潜在问题，必须及时报告处理。人员对于雪人的操作在初期通常通过水压喷射、打穿、桶料棒打碎等。在篦冷机安装时，就要留好对应孔门与操作空间。如果一旦出现篦冷机“堆雪人”问题，就可以迅速地打开孔门，对雪人进行打碎处理[11]。

4.5 工序解决“堆雪人”措施

考虑“堆雪人”“红河”问题，二者并非单独存在，而是互相影响。“红河”若未能有效解决，会导致“堆雪人”问题严重，因此，要改善操作模式。例如：为了保障熟料的颗粒均匀，要提高熟料入窑料的分解率，改良传统篦冷机的操作模式，尽可能提高冷风传输效率。传统的窑体在燃烧时，煤料在其中的过渡、分解时间较长，很容易使煤料之间互相黏结，形成“堆雪人”问题，导致“红河”现象出现。可以提高物料的分解率，可以通过预热器、三次风管等。逐步强化其分解性能，保障换热率，减少散热损失。

采用侧吹风技术。例如：侧吹风技术是篦冷机两侧出现吹风孔，使用风压较高的风机对熟料细颗粒层进行喷吹，使细颗粒层被吹动。料层松动，透风阻力自然下降，冷风可迅速透过料层，降低温度。在侧吹风操作时，要注意高温熟料与篦板之间要有冷风层进行铺垫，避免篦板出现过热损坏。同时，篦板下层因熟料松动，使熟料的冷却更有透风性、效率更强，延长篦板的使用时间。篦板的篦面较为特殊，熟料在推动时，篦面若出现损坏，就会使料层堆积，从而使其密度发生变化，阻力降低。因此，要采用不同的篦面交替使用，还可规避篦板长时间使用而出现的磨损问题。加强风室密封，采取可控气流通风篦板。例如：我国目前使用的篦板虽注意通风性，但与传统的篦板相比，透风率依然有待完善。当务之急，需要通过更新篦板，降低篦板出现的熟料“累积”问题。避免篦板高温熟料过热，出现损坏。采用可控通风篦板，能够消除“红河”问题，避免“堆雪人”问题出现。在二次、三次温度控制中，这种新型的可控气流通封篦板能够降低“堆雪人”故障，使冷风量效率提高至85%以上。

5 结语

综上所述，对于篦冷机“堆雪人”应以预防为主，处理为辅。因此，在生产过程中，篦冷机的“堆雪人”需要投入关注度，保证生料配比合理、操作水平提高，使企业拥有高经济效益。篦冷机“堆雪人”是每个水泥生产企业都会遇到的问题，无需惊慌。相关人员要从原材料、配方、设备等方面分析，每个水泥生产企业“堆雪人”的原因各不相同。要结合企业的实际情况，多考虑雪人产生的危害性，随后结合厂内的实际措施进行规避，使企业恢复正常生产。