内燃机车预热系统

太阳能锅炉预热系统是为锅炉系统提供热水或热能的装置。在大中型锅炉中，锅炉温度很高，省煤器的温度在100℃～200℃之间，及供热回水温度在60℃～90℃之间。使用此系统时，系统对锅炉进行初步预热。自来水进入处理器后，直接进入太阳能系统加热，然后送人省煤器预热，来提高锅炉用水的初始温度，从而达到了节省能源的目的。

水泥的干法工艺发展到今天的预分解窑时代，每条生产线都存在一个预热器（这里包括分解炉一并考虑），预热器是预分解窑不可分割的关键组成。有预热器就回避不了预热器堵塞，差别只是轻重不同而已。预热器的堵塞有各种原因，包括原燃材料的原因、配料不当的原因、操作不当的原因、维护维修的原因、系统设计的原因。但不管是什么原因，其对生产以及安全的影响都是不能忽视的！

预热器安全问题

预热器系统发生堵塞后，如采用压缩空气吹扫、空气炮作业等封闭式运行清堵无法疏通时，就必须止料、停窑进行人工清堵作业。由于堵塞部位的料温、气温通常都在几百度以上，而且堵塞后正压外喷的几率很高，运行中的开孔人工清堵十分危险，应该严格禁止。即使止料后的人工清堵，清堵工具不当或操作使用不当、个人防护不当或相互配合不当、位置选择不当或逃生退路不当、作业程序不当甚至交叉作业，都很容易给清堵人员造成烧伤、烫伤、击伤、摔伤等人身伤害，给现场的设备、设施造成烧损等事故损失。

预热器堵塞原因

预热器的作用就是利用窑尾、分解炉的废气余热对入窑生料进行预热，对烧成系统起提高产质量和节能降耗的作用。为了提高预热的效果和效率，预热器设计为风料逆流，即高温气体与高温生料换热、低温气体与低温生料换热，以实现高温废气热焓的多次释放、低温生料热焓的多次吸收；为了使气体与生料能够充分的换热，设计上采用了多级旋风筒和连接管道，以提高生料在气体中的分散度和换热次数。预热器的如此设计，必然产生了一系列“通道瓶颈”（以下简称瓶颈），诸如旋风筒锥体下部、旋风筒下料管、下料管上的翻板阀，一旦这些瓶颈不能满足生料通过的需求，势必就要发生堵塞。因此，预热器的堵塞按照瓶颈的成因大致可以分为三类：设计瓶颈堵塞、异物瓶颈堵塞、结皮瓶颈堵塞。

1）设计瓶颈堵塞

设计瓶颈，这里不是指由于设计者失误设计小了，而是指由于功能需要必须设计小的部位。在预热器的几何设计时，已经充分考虑了生料的通过能力，而且留有足够大的富裕量，因此在正常生产中是不可能由于设计的几何尺寸不够而发生堵塞的。设计瓶颈堵塞，一定是由于来料过大，而且是不正常的过大。比如，入窑生料喂料秤失控、入窑生料输送斜槽堵塞后开通、预热器风速过低导致的塌料、预热器某些部位存料到一定程度后由于风速变化发生的塌料。但总体来说，设计瓶颈堵塞不是太多，而且查找原因和解决措施也比较容易一些，预热器堵塞主要是异物瓶颈堵塞和结皮瓶颈堵塞。

2）异物瓶颈堵塞

异物瓶颈堵塞，就是在本来就狭窄的瓶颈处又卡上了一些异物，包括翻板阀失灵卡死，进一步减小了瓶颈的通过能力，当通过能力小于通过量时就要发生堵塞。这类异物主要有：垮落的结皮、垮落的耐火材料、垮落的金属部件（比如预热器内筒挂片、翻板阀的翻板等）。其中，耐火材料和金属部件的垮落以及翻板阀的卡死，多数属于检修维护不到位，只要能及时发现和及时修复，大部分是可以避免的；唯有结皮垮落不容易治理，由于运行中可以生成新的结皮，所以无法依靠检修彻底解决，只能通过各种措施减少结皮的生成，没有结皮也就不存在垮落了。

3）结皮瓶颈堵塞

结皮瓶颈堵塞，指本来可以满足来料通过的瓶颈部位，由于各种原因在瓶颈处形成结皮并逐渐增厚，导致瓶颈的通过能力进一步减小，当通过能力减小到小于来料能力后发生涌堵结拱直至堵死。大部分容易堵塞的预热器，多数是因为这个原因，也是最难治理的一个原因，下面就重点谈谈这个问题。烧成系统的结皮是物料在设备或管道内壁上逐步分层粘挂，形成疏松多孔的层状覆盖物。系统结皮在预热器的各个部位都可能发生，另外也多发在窑尾烟室、上升烟道、分解炉等部位，这些部位的结皮虽然不至于堵塞到通不过来料，但会使该部位的有效截面缩小、通风阻力增大，进而影响到系统通风、影响到煤粉燃烧，由此形成的还原气氛及未燃尽煤粉，将促进预热器各处（包括各瓶颈）的结皮以及结皮的垮落，应是不可忽视的间接原因。

导致结皮的原因主要有：

1）原燃材料中碱、氯、硫对结皮的影响。关于结皮的原因，国内外都在探讨中。一般认为结皮的发生与所用的原、燃料成分及系统温度变化有关。碱，主要来源于黏土质原料及泥灰质石灰岩，小部分来自燃料。黏土原料常常含有部分分散的钾长石、钠长石、白云母等，碱含量为3.5%～5%。硫，主要由燃料以及铁质原料、黏土质原料带入，如果采用废渣配料，其硫含量可能比较高，需要关注和控制。在煅烧过程中，易与碱形成R₂SO₄，降低生料的最低共熔点、增大液相粘度，而且与C₂S形成固溶体，不利于C₃S的形成。氯，主要由黏土质原料以及燃料带入，它在生料中的含量一般为0.01%～0.1%，在窑内氯化物与碱反应，形成氯化碱（RCl）。需要提醒的是，如果采用废渣、特别是电石渣配料，其氯离子含量可能很高，需要给予关注和控制。碱、氯、硫对结皮的影响，可从生料、熟料与结皮料化学成分的对比中明显反映出来。建筑材料学研究院，对四平预分解窑生料、熟料及结皮料的化学分析表明，结皮料中的碱、氯、硫含量比当时生料、熟料中这些成分的含量要高得多。尤其是SO₃比生料、熟料中的含量高28倍以上。

结皮料中的碱、氯、硫含量，为什么比生料、熟料中的含量高出这么多？

生料和燃料带入烧成系统中的碱、氯、硫的化合物，在系统一定高温下逐步挥发呈气体状态，挥发的顺序依次是碱的氢氧化物、碱的氯化物、碱的硫酸盐。物料在1450℃的烧成带，氯盐几乎全部挥发，硫、碱的挥发率则与在高温带的停留时间及物料的物理形状有关，未经挥发的硫、碱化合物则固溶在熟料中被熟料带出窑外。这些固溶于熟料中的硫、碱，又与窑内气体一起被带回到预热器内，与悬浮状态下的生料粉进行热交换，并大部分冷凝在生料颗粒表面上（少量随废气排出预热器）。特别是K₂O，在预热器中的冷凝率高达81%～97%，Na₂O的冷凝率则要低一些；冷凝的碱、氯、硫再次随生料回到窑中，如此在烧成系统内往复循环，并逐步积累加大。随着系统内挥发物浓度的提高，随废气排出及熟料带出的碱、氯、硫增多，直至达到进入量与排出量的平衡，系统内挥发物的浓度达到最大值。系统内挥发物的最大值，尽管与其挥发性和挥发条件有关，但要远远高于进入生料或出去熟料中的含量。当这些挥发出来的碱、氯、硫化合物，在温度稍低的生料颗粒上冷凝时，它们也会在温度更低的边壁上冷凝，而这些边壁上的冷凝物是无法随生料入窑的、只能逐渐加厚形成结皮。

2）温度变化对结皮的影响。

主要是温度超高对系统的影响，结皮堵塞多数与系统烧高有关。对预热器内的低熔点矿物，一般在650℃～800℃就可出现液相，当系统温度超过900℃以后，系统内已经出现较多液相，堵塞的概率随即增加。造成这种现象的因素较多，多数是因为窑头和或分解炉的煤粉量难以控制，甚至出现跑煤现象；入窑生料的不稳、甚至断料，喂煤又没有及时撤下来也会导致烧高；特别在升温投料初期，一般给煤量偏大，加料前又要先加风、煤，一旦加料未能及时跟上，必然导致系统烧高、还可能导致长焰后烧，所以投料初期成为预热器堵塞的危险期。

有些企业，为了缩短故障停窑时间，习惯于止料留火抢修，由于故障处理的不确定性，往往在时间上一拖再拖，最终导致留火时间过长；特别在处理预热器系统故障时，还要保证预热器有足够的负压、拉风偏大，往往导致预热器烧高。预热器系统烧高、加之留火期间的煤灰富集，都会导致某些部位的液相量增加，为结皮堵塞埋下了祸根。当然，较长时间的系统燃烧温度低也会导致预热器堵塞。当系统生料量大或给煤量小时，生料分解吸热将造成分解炉内温度低于正常值、导致煤粉的不完全燃烧，未燃烬的煤粉被转移到预热器系统继续燃烧，导致预热器系统局部高温引起结皮堵塞。不完全燃烧还会形成还原气氛，能促进有害成分的挥发，也是导致结皮堵塞的一个原因。碱、氯、硫等物质在系统中运动时，随着所处部位温度的不同，物相及物理化学性质亦发生变化，它们在高温区受热挥发，随烟气被带往窑后的烟道、分解炉、预热器系统，并凝聚在生料颗粒表面上，即改变了生料表面的化学成分、并降低了共熔温度。

被凝聚有碱氯硫化合物的生料表面，在较高温度下（如1 000℃以上）部分熔化、产生液相、生成部分低熔点化合物。含有部分液相的生料颗粒，特别是悬浮于烟气中的这种颗粒，与温度较低的设备或管道内壁接触时，便粘结在器壁上形成结皮。如果碱氯硫的含量少、温度低，出现的液相很少，粘挂速度低于冲刷速度，就不至于形成结皮；如果其含量较高、温度较高、液相多而粘，就会使生料粉层层粘挂、愈结愈厚。尤其在正对气流的器壁交叉或缩口处，由于涡流的存在增加了接触次数、减小了冲刷力度，更容易形成结皮。一般的结皮为层状多孔、疏松易碎，但在较高温度下、受热时间较长，也会变得坚硬。

3）预热器结皮堵塞的具体原因。

在实际生产中，导致预热器结皮、堵塞的具体原因很多：

①物料中碱、氯、硫含量过高。挥发性组分在系统内循环富积，在高温下挥发又到低温区凝聚，导致预热器结皮、料流不畅、直至堵塞。

②生料成分波动。若有时生料易烧性变得太好，又没来得及减煤，就很容易将生料烧熔，从而引起结皮、堵塞；若生料中易挥发的成分含量增加，也易引起结皮、堵塞。

③喂料不均匀。若喂料量时多时少，喂煤量跟不上及时的调整，系统温度波动较大，也易将物料烧高粘堵。

④喂煤不稳定。喂煤计量系统下料不稳，即喂煤不均匀，从而易造成系统煅烧匹配失调，也易造成预热器系统粘堵。

⑤燃烧火焰不当。若窑内火焰过长，将火拉到后面烧，易造成窑尾温度过高，物料过热易熔，从而导致预分解系统堵塞。

⑥煤粉燃烧不完全。煤粉燃烧不完全，会被热气流带到上一级设备内继续燃烧，产生局部高温熔融，从而引起结皮、堵塞。

⑦窑尾、预热器漏风，包括外漏和内漏。外漏风主要是改变了漏风处的温度场分布，增大了局部温差，为液相冷凝创造了机会；内漏风主要是改变了系统的物料场分布、增大了物料的内循环，同时导致高温废气的短路、局部温度升高，内循环和高温都会导致液相量的增加，给结皮堵塞创造了机会。

⑧预热器系统衬料剥落。失去衬料的筒体直接与外界及带有物料的热气流接触，由于内外温差增大，物料极易在此处聚集。

⑨翻板阀动作不灵活。导致生料下料不均匀和造成系统内部短路漏风，产生局部高温熔融，从而引起结皮、堵塞。

⑩系统通风不良。系统通风不良、燃烧不好，容易造成还原气氛，与结皮互相促进、形成恶性循环。

预热器清堵原则

1、果断处理预热器堵塞

前面将预热器的堵塞分为“设计瓶颈堵塞、异物瓶颈堵塞、结皮瓶颈堵塞”三类，对于前两种堵塞只要查出原因、采取相应的改进或避免措施，一般是不难解决的；难题在于无法根治的第三种堵塞，要分三个层次解决，首先要避免形成结皮的原因；二是发现结皮后就要及时清理防止其增厚；三是一旦发现有堵塞迹象，要果断地止料处理。这里反复强调“果断”二字，果断、果断、一定要果断！不管是哪一种堵塞，一旦发生是必须要处理的，而且处理的越早越好；在发现和处理预热器堵塞上，要树立“宁可信其有不可信其无、宁可错杀一千绝不放过一个”的思想。因为堵塞的料量集聚很快、处理的时间与集聚的料量成正比，根据集聚的料量不同，处理时间短则十几分钟、长则几十小时；而如果判断错了，不就是重新投一次料吗，十几分钟也就够了。孰轻孰重，十分了然！

2、预热器清堵的四原则

（1）先封闭后开放的原则。主要是在封闭状态下动用空气炮处理，如果空气炮无效再考虑其他措施；

（2）先疏通后捅堵的原则。首先疏通下部通道，为涌堵的物料找到去向，为后续清堵打下基础；

（3）先原因后结果的原则。这里的原因指造成堵塞的直接原因，指卡堵的异物或结皮的根部，往往也是疏通下部的必要；

（4）先容易后难题的原则。当堵塞的集聚料较多、甚至烧结结块时，难以一捅就通，首先要清理靠近通道的物料和容易清除的边际料。

3、预热器清堵的具体措施

（1）按清理的及时性和动作的大小权衡，首先强调的是及时，由及时的小动作逐步向随后的大动作升级。如果堵塞处于空气炮可以触及的部位，要首先考虑使用空气炮处理，这种方式属于“中医”式处理，不需要改变预热器的封闭状态和破坏外部壳体，来得及时、方便；对一些容易堵塞、又没有空气炮的部位，要考虑在事后尽早加装一些空气炮，以备今后使用。如果空气炮处理没有取得效果，就要动用“外科手术”了，或者打开已有的各种孔门人工清理、或者根据需要开一些临时孔口人工清理；对于一些容易堵塞又缺乏必要的清理孔门的部位，可以在事后尽早补开一些孔门，以方便今后的使用和恢复封闭状态。

（2）按照堵塞和疏通的起始点权衡，首先要把造成堵塞的异物处理掉，同时考虑先把堵塞的下部疏通好。堵塞集聚的生料都在异物的上方，在下部疏通以前集聚在上部的生料没有去向，想一次性贯通很难；当然，在清除异物及疏通下部有困难时，也可采用外排式清堵，但这对安全和环保都是不利的，需要采取必要的防护措施。

（3）具体的人工清理方法还有很多，但都各有利弊，需要根据现场情况综合考虑。比如，利用捅料棒处理、利用高压风管处理、利用水炮处理、利用高压水枪处理、利用火炮处理等。但事实上由于高压水枪作用范围有限、水量小效果有限、而且移动不太方便，一般不予采用；由于火炮（雷管、炸药）处理很不安全，属于不得使用范畴。较常用的清理方法主要是前三种，但清理效果与安全性负相关，往往是根据清理的难易程度交叉混合使用。①利用捅料棒捅堵，这是最安全的方式，但由于堵塞的集聚料疏松、粘软，捅料棒从上往下一捅一个眼，一抽又涌住了，往往作用不大；②利用高压风管捅堵，由于出口风具有扩散力和冷却料温的作用，捅堵效果要好一些，而且有可能穿透聚集料层实现下部的优先疏通；③如果清堵比较及时、聚集料温度尚高，可以利用水遇高温料急剧蒸发产生的爆炸力清堵，往往可以获得明显的清堵效果。必须注意，有效果的水炮爆炸力都很强，有可能发生向外喷料和涌料现象，在操作方法上一定要注意安全；最好不用水管直接插入料中放水炮，否则水量不好控制，也难以保证打开后的水源能彻底关死，一是可能断续爆炸，很不安全；二是浇水过多伤及到耐火材料。 2100433B