三次风管高温调节阀在操作控制中的故障与对策

　　在新型干法水泥生产线上，窑和分解炉用风量的分配是通过窑尾缩口和三次风管高温调节阀(下面简称“高温阀”)的开度控制来实现的。高温阀是窑系统操作控制的一个重要部件，阀门烧坏了，系统用风就不能实现有效调整，将直接影响窑系统工况的正常与稳定，并影响熟料产质量，因此高温阀必须要有很高的可靠性。但目前高温阀的调节效果不好、使用寿命很短，一直是困扰各水泥企业正常生产的难题。本文就高温阀存在的问题和改进方案做一分析介绍，仅供参考。

　　1  高温阀使用中的问题
　　高温阀通常采用的是蝶阀或闸板阀，其常见故障有：一是阀板变形卡死，二是浇注料剥落磨损，三是阀板断裂损坏。从三次风管的特殊工况和高温阀的工作环境分析，蝶阀由于整个阀板都处在三次风的冲刷中，使用寿命相对比较短；闸板阀的使用寿命长于蝶阀，但其阀板变形卡死断裂损坏的几率比较大，就是采用陶瓷阀板，使用中也会经常产生断裂。目前大部分厂家都采用闸板阀，如果没有出现卡死现象，一般使用寿命在6个月左右。

　　2  高温阀的调节对窑炉系统生产运行的影响
　　三次风作用是平衡窑、炉用风，给分解炉燃料供氧，给分解炉提供流化介质。三次风量和风温控制是否适宜，将直接关系到系统的热工制度和熟料的产质量。

　　(1)当阀板卡死在80°～90°左右，或者阀板烧坏磨损特别严重的时候，由于三次风过大，在进入高温风机风量一定的情况下，二次风就小了。二次风小，相应的窑内燃烧需要的空气量就不足，在喂料量不变和窑头喷煤量不变的情况下，窑内热力强度不够，煤燃烧不完全，烧成温度下降会直接影响熟料质量；另外窑头煤粉燃烧不完全，将出现煤粉后燃烧现象而造成窑尾烟室温度高而增加结皮几率，同样会造成三次风过大的恶性循环。此外，三次风过大二次风过小，熟料是在缺氧的过程中进行反应，势必会引起矿物反应的不正常，熟料容易成黄心料；在一次风量不变的情况下还会引起短焰煅烧，容易冲刷窑皮，对耐火材料造成不利的影响。这种情况下，大部分厂家采用向三次风管里面扔砖头、减小其截面积的措施，但这样的做法又使三次风管里容易积料，随着积料的增多，窑炉用风比例失调，三次风小，窑内风较大，使火焰拉得较长，对三支撑窑来说造成二档轮带后温度较高。由于火焰拉的较长造成窑尾结皮严重，由于三次风小造成炉内燃烧较差，引起温度倒挂。造成预热器系统阻力增大，实际拉风量减少。由于系统阻力增大，篦冷机余风增加带来窑头负压难控制，本该入窑系统的风只好当作废气抽走造成废气温度过高，余风风机负荷较大，篦冷机风机阀门开度较小难发挥其冷却作用。最终导致窑热工制度不稳定，熟料质量也会变差，有时会出现夹心料。

　　(2)相反，如果阀板在开度比较小的时候卡死，三次风就变小，造成二次风过多，降低烧成温度的同时拉长烧成带；同时二次风加大会造成最后一级旋风筒入窑物料被窑尾上来的热气流带入分解炉，在分解炉和旋风筒内造成物料内循环，形成小股塌料。此外，开度较小阀板卡死，风速的增加，加快了阀板的磨损，并导致阀门后面的浇注料和砖墙磨损加快。

　　3  高温阀故障原因分析和针对性改进方案
　　(1)高温阀阀板一般采用在0Cr2520高温钢板焊上钩钉，再打上浇注料制成。因考虑节省成本，钢板大部分都比较薄。在调试期间和运行时，三次风会出现瞬间高温(≥1200℃)，0Cr2520高温钢在超过极限温度后机械性能降低到极点而导致阀板出现变形并产生卡死，使阀门无法进行正常调节；同时由于阀板的变形，引起阀板上的浇注料开始产生剥落，从而又加快了阀板的磨损速度。为了克服此现象，可考虑用0Cr2520高温钢制作成网格状阀板结构，然后加上浇注料，使阀板浇注料前后成为一体，增加了阀板的机械强度。

　　(2)在窑系统正常运行时，三次风速度达20～30 m/s，在三次风的作用下阀板会出现不断的激烈的来回晃动，导致浇注料容易松动掉落，严重时使阀板产生变形断裂。这可采取在主阀板受力背面设置副阀板支撑(图1)，使主阀板在高速三次风气流的冲击下不会产生激烈震动和浇注料的松动掉落；其次副阀板的设置减小了主阀板被冲刷的面积，可以增加阀板的开启度，阀板伸入风管的长度降低，减少了烟气的冲刷磨损，也有利于阀板使用周期的延长。副阀板可采用刚玉或碳化硅为骨料和粉料，用纯铝酸钙水泥为结合剂，加入适量耐热不锈钢纤维，外掺添加剂配制浇注而成，具有高强耐磨性能。

　　(3)刚开窑时，高温阀开度一般为40%～50%；窑正常运行后阀板的开度一般在70%左右，即有30%的阀板要长期受到高含尘(且多为具高磨蚀性的颗粒熟料粉尘)三次风的高速冲刷，磨损速度很快，加上高温引起的氧化作用，更加速了阀板的磨损速度。设置副阀板，可以在检修高温阀前，根据记录正常使用的阀板开度和阀板的实际磨损状况等相关数据，计算并调整副阀板的高度，使主阀板开度提高到最大的幅度，以减少阀板的磨损，延长阀板的使用寿命。

　　(4)阀板的使用寿命，与浇注料的选择和浇注方法有着很密切的关系。因为三次风的风速过大且含尘量大，对阀板冲刷磨损作用大，加上三次风内含有的氯、碱等有害成分的侵蚀作用，因此容易引起阀板浇注料的疏松和剥落。因此高温阀应该采用密实度高、强度大、有足够耐腐蚀和耐磨性能的浇注料，才能使阀板在800～1200℃高温下承受严重的碱腐蚀和大量细颗粒熟料的高速冲刷作用。目前选择以刚玉、碳化硅为基体，添加钢纤维、防爆纤维的低水泥浇注是最合适的。因刚玉硬度大、熔点高、化学性质稳定，对酸、碱都有良好的抵抗性；碳化硅同样具有硬度大、熔点高的特点；再加上正确的浇注养护烘烤方法，就可确保浇注料的质量，从而大大提高阀板的使用寿命。

　　(5)解决浇注料剥落的问题，是延长阀板使用寿命的关键。平时一般都是在阀板上焊上钩钉，然后直接打上浇注料。但因浇注料与阀板之间存在着热膨胀系数的差异，使得浇注料出现裂痕、剥落，因此，除了以上所提到的改变阀板结构，还必须在阀板上做特殊处理，消除阀板上热膨胀所产生的应力。在阀板上包上一层特殊材料，它在1500℃内是不会炭化的，可以有效吸收阀板在高温中产生的应力，这样阀板和浇注料就不会产生裂痕和剥落，有效延长阀板的使用寿命。

　　4  结束语
　　以上改造措施在福建漳平某水泥线高温阀上实施，获得了很好的效果。一条5000 t/d生产线的国产高温阀的价格都在50万左右，使用寿命在6～8个月，有的甚至3个月左右，加上损坏后还要往三次风管投耐火砖，综合成本损失很大。采用上述措施对高温阀进行技术处理和改进，可成倍地提高该阀的使用周期，降低故障率，既提高了窑系统的生产效率和熟料产质量，还对降低能源消耗、降低成本有着重要作用，并能确保生产线的长周期稳定高效运行。