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提高水泥回转窑三次风管耐火砖的使用寿命

添加时间:2017年2月22日  浏览次数:

三次风管是预分解窑熟料烧成系统中重要组成部分,主要作用是连接冷却机与预分解系统的热风通道,它在烧成系统中起到风量、热量和物流的平衡作用,其功能调节在烧成系统高产稳产中起到关键作用。

水泥窑在使用第三代篦冷机时,以5000t/d为例,三次风管直径一般为3.3m,耐火材料内衬厚度为:115mm硅酸钙板为保温层,114mm耐碱砖为工作层,使用寿命能达到2年以上,基本能满足生产需求。但使用第四代篦冷机以后三次风管耐火材料使用周期都达不到设计周期2年,最短时间运行1月就出现三次风管耐火砖垮塌现象。

三次风管

1、三次风管耐火砖垮塌原因分析

第四代篦冷机的特点就是热回收效率高,直接导致入窑二次风温和入管三次风温都较传统窑要高出200℃左右,管内瞬间气流温度最高可达1300℃,由于高温热应力,造成风管内整体砖顶部下沉,停窑后随着冷窑时间的延长,耐火砖下沉现象加重或垮落。从耐火砖热面不难看出,耐火砖工作面受到高温热应力和碱侵蚀的共同作用,表面已经脆化,烧流痕迹已开始深入砖体内部,对砖体内部造成了极大的破坏,系引发砖衬跨落的潜在因素之一。此现象说明风管内高强耐碱砖的配置方案已经不适应配套四代篦冷机使用,应考虑用高荷软和高致密材料予以替代。5000t/d烧成系统三次风管直径为3.3m,耐火材料内衬厚度为:115mm硅酸钙板,114mm耐碱砖。由于窑系统工况是波动的,若三次风温度为1200℃或800℃之间波动。则整环耐碱砖在1200℃的膨胀量为77mm。整环耐碱砖在800℃的膨胀量为:48mm。冷却检修时,耐碱砖收缩,上半环砖会下沉;若重新升温,已经下沉的耐碱砖不会向上升,只有向两旁延伸,每次冷却后升温过程,耐火砖都向两侧延伸整环砖的膨胀量,直到壳体变形,砖垮塌。

2、应对措施

2.1:耐火材料配置及施工优化

(1)耐火材料优化

三次风管内早期配套使用的高强耐碱砖或抗剥落砖已不能满足生产要求,目前三次风管普遍使用硅莫系列耐火砖,其耐高温、抗侵蚀和抗磨损性能好,性价比适中,能够较好的满足生产需要。

浇注料通常使用在膨胀节、拐弯变径处、分解炉进风口和闸阀等耐火砖难以砌筑的部位,随着三次风的温度及其中粉尘浓度的提高,浇注料经常会成为风管内衬使用寿命的软肋。 因此,一方面提倡多用耐火砖,少用浇注料,另一方面,必须寻求性能优良的耐高温高耐磨浇注料来抵抗高温冲刷磨蚀。

耐磨浇注料,应选用刚玉碳化硅耐磨浇注料用在三次风管弯头和风口等部位,该材料具有强度高、抗含尘气流冲刷性、抗硫碱侵蚀性能和热震稳定性良好的优点。

2.2:施工优化

工作层和隔热层总衬厚由通常的 200mm 左右优化为 300mm;根据所用耐火材料膨胀特性设置轴向膨胀量,砖环锁紧;强化硅酸钙板施工质量,减少硅酸钙板间空隙率,特别是拐弯变径等异型区域,保证工作层与风管壳体隔离;膨胀节位置耐火材料全部改砌耐火砖或预制块,以提高抗挤压及耐磨性能,避免膨胀节烧损。

2.3:管内风速及管径设计优化

根据预分解窑通风特性,为了保证粉尘携带能力和管底不积灰,管内风速应在 25m/s 以上。 由于三次风管边壁风速明显低于中心部位,为保证风管底部不积灰,管内风速需要达到 30m/s 左右,以此作为理论设计风速相对更合理。 事实上众多按 18~25m/s 设计的 1000~5000t/d 生产线, 三次风管底部积灰厚度达300~800mm,工况下管道截面积会明显变小 ,实际通过的风速还是接近 30m/s 左右。

管径不一定非要参照设计院或其他厂家的尺寸,根据所需风量和所确定的三次风风速 30m/s, 再考虑既定的内衬厚度,便可确定风管直径。

2.4:三次风阀结构及安装位置优化

很多生产线出现过因三次风阀故障影响窑系统运行的情况,多数都是由于阀板材质、设计结构缺陷和焊接口脱焊造成的阀板膨胀变形或大块浇注料拉裂脱落。 三次风阀材质不但要考虑耐高温性能,还要有一定的耐高温磨蚀性,宜选用 ZG40Gr25Ni20Si2 或Gr25Ni20Si2 材料,阀体结构应整体浇筑成型,尽量减少焊接部位。 阀体尺寸应追求小巧轻便,减少伸入高温热气流中的阀板面积,合理设计利用耐火材料砌体作为“固定阀板”部分。

目前很多生产线都将三次风阀板安装在靠近分解炉的预热器框架内,可以避开高温且设计简洁省事。 该布置方法存在以下缺陷:三次风在入炉前不但因弯头改变风向, 还要受阀板影响而强制改变风速,使靠近分解炉部分的三次风管内耐火材料磨损严重,并对分解炉内三维流场产生一定的影响,严重时还会造成分解炉堵塞。 为此,建议把三次风阀板布置在靠近窑头罩的区域,能够减轻高温含尘气流对管壁的压力,减轻风管内衬损坏,保证分解炉内流场,同时也便于检修维护和操作调整。

关键词:水泥   回转窑   三次风管   耐火砖   
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