回转窑主电机长期超负荷运行的原因和解决
刘天振
（淮海中联水泥有限公司 淮海水泥厂， 江苏 徐州）
淮海中联水泥有限公司2#窑是由南京凯盛水泥设计院设计，2005年3月投产的5000t/d熟料生产线，该线自投产运行以来回转窑主电机经常超负荷运行，给回转窑稳定安全运行带来很大隐患。从2007年3月起通过研究分析对回转窑系统进行优化调整，目前主电机电流已稳定控制在800—900A 之间，主电机电流合格率达99.1%以上，为窑系统稳定安全运行提供料必要条件，使熟料产、质量明显提高，2008年窑共生产熟料153万吨，三次创造自2005年投产以来回转窑连续运行51天、57天、63天的记录。熟料28天强度上升. 下面介绍我公司在控制主电机电流方面所采取地措施和方法，供有同样情况地单位参考。
一、烧成系统主机设备情况 表1
二、主电机超负荷运行期间现象和原因分析
2#回转窑自2005年3月投产以来，主电机电流有70%时间超负荷运行，由南京凯盛水泥设计院同时期其他5000t/d熟料生产线也有同样问题出现。起初我们认为可能是设计原因，计划改造主电机将原由630KW 改造为730KW 以保证窑运行，并没有进行全方位分析，经常出现主电机滑环打火严重。2006年因窑主电
机过流烧坏停机更换2次。2007年3月在停窑检修期间，进窑发现窑皮在28m 左右、0—9m 厚度约300mm. 9—28m 厚度约400mm 最后处可达500mm 。在主窑皮后面有大量Φ100-150mm 生料球存在。实际测量窑内物料填充率达20%。
回转窑传动所消耗功率包括：克服窑本体运动时消耗功率N1；托轮、挡轮轴承的摩擦阻力消耗功率N2；托轮与轮带表面摩擦所消耗功率N3；传动装置的传动效率η。
N2、N3在设计安装空载试车时已经验证，克服窑本体运动时消耗功率N1一般占窑功率70—75%。克服窑本体运动时消耗功率主要取决于窑本体重量P ，窑本体重量P 包括：窑内物料重量P1、窑皮负荷P2、耐火砖负荷P3、窑筒体本身自重P4。
P=P1+P2+P3+P4 P1=FLr
式中 F--- 物料弓形截面积m2
L----筒体段节长度m r----物料平均比重kg/m3
从以上公式可以得出：P3主要受耐火材料种类影响一般变化不大，
窑筒体本身自重P4是不变的，窑本体重量P 中存在经常变动的只有P1和P2 。P1重量与窑内物料弓形截面积F 成正比，F 越大窑内物料填充率越大。窑的填充率等于窑内物料在窑内横截面上弓形面积与窑截面积之比，以百分数表示%。P2与窑皮长度和厚度以及致密度成正比。
根据现场测量以及上述推论发现窑皮偏长、偏厚增加窑本体负荷P2；因窑皮偏厚在窑速不变情况下造成窑内物料填充率比正常（表2）明显上升高达20%左右。由于物料填充率上升增加了物料在窑内重量P1，使得在克服窑本体运动时消耗功率N1的增加。
生产中发现窑前火力不集中，火焰偏长，由于窑皮较厚在主窑皮后面很容易有大量Φ100-150mm 生料球；根据公式2发现
物料在正常情况下通过窑内所用时间： t = 11.4L/n.Di.S 式中t---运动时间min
L---烧成带窑长度m n----窑转速r/min Di---窑衬内径m S---窑斜度°
在投料量360t/h、窑皮厚度200mm 时物料在烧成带停留时间： t=11.4*28/3.8*3.96*2.0=10.61min
在投料量360t/h、窑皮厚度400mm 时物料在烧成带停留时间： t=11.4*28/3.8*3.56*2.0=11.80min
物料在窑停留时间与窑皮内径、窑速、窑斜度成反比，与窑长成正比。在窑速、窑斜度不变情况下，由于窑皮增厚使得窑衬内径变小，物料在窑内停留时间比正常增加1.2min 。
回转窑运行期间蓖冷机三段经常发现约Φ150mm 熟料大块，大块中部全部为欠烧料，这种熟料多半强度较低。从大块熟料结构分析，这种大块不是在篦冷机内形成的。这种料球是因为在窑上过度带提前出现低温共溶物，造成大球料在烧成带正常停留时间内无法将其烧透所致，这与我们恰好在主窑皮后面有大量Φ100-150mm 生料球现象吻合。在运行期间我们曾多次标定三次风量在104000m3/h左右（参考值），根据上述情况分析初步判断为窑内用风量与三次风量不匹配所致。造成窑内用风偏大使得高温带延长，物料带起高度提高以及窑内大块存在都会增加窑负荷使窑主电机电流上升。
三、采取措施
基于上述分析判断，我们将问题锁定在降低窑皮厚度、长度，以及合理匹配窑炉用风，调整窑头喷煤管风量、内外风比例。
针对窑皮偏厚、偏长情况，我们利用2007年3月检修更换窑内耐火砖时机，从新定位窑头喷煤管位置：
1、将中心光点位置由原来在窑内48—50m 左右改为55—56m ，中心光点偏料由原来1000mm 改为700mm 。（如下示意图）
煤管中心延长线与窑交会处位置示意图
D ---
B 点为煤管中心延长线与窑交会处位置
C 点为煤管在窑口位置
窑为顺时针旋转
D 剖面图
A --- A 剖面图
2、煤管热态进窑位置由原来200mm 改为100mm 。
3、为了挂好换砖后第1次窑皮，我们制定投料48小时操作方案。（表3）
4、考虑到窑速对窑内物料填充率影响，我们将窑速与投料量对应关系在原来基础上提高0.1rpm. （表4）
解决窑内大块问题，首先要改善窑内低温长焰，提高窑前温度加快窑内煤粉燃烧速度，使窑前温度集中，真正实现薄料快烧目的。我们采取以下措施： 1、将三次风闸板开度由原来40%开大到47%；三次风量由104000m3/h左右提高到110000m3/h（参考值）
2、将煤管外风由75%关至50%，内风100%不变，使原有火焰适当缩短。
3、提高一次风压力由原来20kpa 提高到22kpa ，提高煤管出口一次风速使喷出的煤粉吸入高温二次风速度加快。
四、方案优化实施后效果
按照上述方案实施后，窑内状况逐渐好转。窑皮厚度便薄，窑前火焰热力强度集中。（表5）
方案实施前后工艺状况对比 表5
根据上述状况对比，证实了我们判断思路和处理措施正确，为进一步优化方案在2007年7月检修时，将方案做了进一步调整。具体是:
1、将中心光点位置由原来在窑内55m 左右改为60m ，中心光点偏料由原来700mm 改为500mm 。
2、煤管热态进窑位置由原来100mm 改为50mm.
3、将三次风闸板开度由原来47%开大到52%；三次风量由110000Nm 3/h左右提高到115000---118000Nm 3/h（参考值）
通过优化工艺状况2#窑主电机超流和窑皮过厚现象得到明显改变，每年减
少因窑主电机过流烧坏停机2次，减少故障停机时间20h, 减产设备维修损失约6万元(不包括停窑减产损失），增加熟料产量约5000t 。熟料28天强度2008年比2007年同比增加0.9Mpa ，比2006年以前同比增加1.23 Mpa。为水泥磨台时产量提高和节约成本提供条件。
五、结束语
回转窑超负荷现象有多方面因素，有设备、电器、操作工艺等。只要通过综合判断分析，找出问题主要原因所在，可以得到解决或改善。对于工艺方面不正常现象是可以通过优化操作方案得以解决的，我公司2#回转窑从2007年8月以来窑主电机长期超负荷现象已不再出现，在没有因窑主电机烧坏停窑事故发生。窑皮状况明显改善，窑皮厚度、长度以及平整度都控制在正常范围，熟料结粒均齐，篦冷机再无熟料大块欠烧料出现，熟料强度提高。
参考文献：陈全德，中国建材工业出版社 2004 《新型干法水泥技术原理与应用》 作者：刘天振
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工作地址：淮海中联水泥有限公司 淮海水泥厂 地址：江苏徐州北郊 邮编：221168
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回转窑主电机长期超负荷运行的原因和解决
刘天振
（淮海中联水泥有限公司 淮海水泥厂， 江苏 徐州）
淮海中联水泥有限公司2#窑是由南京凯盛水泥设计院设计，2005年3月投产的5000t/d熟料生产线，该线自投产运行以来回转窑主电机经常超负荷运行，给回转窑稳定安全运行带来很大隐患。从2007年3月起通过研究分析对回转窑系统进行优化调整，目前主电机电流已稳定控制在800—900A 之间，主电机电流合格率达99.1%以上，为窑系统稳定安全运行提供料必要条件，使熟料产、质量明显提高，2008年窑共生产熟料153万吨，三次创造自2005年投产以来回转窑连续运行51天、57天、63天的记录。熟料28天强度上升. 下面介绍我公司在控制主电机电流方面所采取地措施和方法，供有同样情况地单位参考。
一、烧成系统主机设备情况 表1
二、主电机超负荷运行期间现象和原因分析
2#回转窑自2005年3月投产以来，主电机电流有70%时间超负荷运行，由南京凯盛水泥设计院同时期其他5000t/d熟料生产线也有同样问题出现。起初我们认为可能是设计原因，计划改造主电机将原由630KW 改造为730KW 以保证窑运行，并没有进行全方位分析，经常出现主电机滑环打火严重。2006年因窑主电
机过流烧坏停机更换2次。2007年3月在停窑检修期间，进窑发现窑皮在28m 左右、0—9m 厚度约300mm. 9—28m 厚度约400mm 最后处可达500mm 。在主窑皮后面有大量Φ100-150mm 生料球存在。实际测量窑内物料填充率达20%。
回转窑传动所消耗功率包括：克服窑本体运动时消耗功率N1；托轮、挡轮轴承的摩擦阻力消耗功率N2；托轮与轮带表面摩擦所消耗功率N3；传动装置的传动效率η。
N2、N3在设计安装空载试车时已经验证，克服窑本体运动时消耗功率N1一般占窑功率70—75%。克服窑本体运动时消耗功率主要取决于窑本体重量P ，窑本体重量P 包括：窑内物料重量P1、窑皮负荷P2、耐火砖负荷P3、窑筒体本身自重P4。
P=P1+P2+P3+P4 P1=FLr
式中 F--- 物料弓形截面积m2
L----筒体段节长度m r----物料平均比重kg/m3
从以上公式可以得出：P3主要受耐火材料种类影响一般变化不大，
窑筒体本身自重P4是不变的，窑本体重量P 中存在经常变动的只有P1和P2 。P1重量与窑内物料弓形截面积F 成正比，F 越大窑内物料填充率越大。窑的填充率等于窑内物料在窑内横截面上弓形面积与窑截面积之比，以百分数表示%。P2与窑皮长度和厚度以及致密度成正比。
根据现场测量以及上述推论发现窑皮偏长、偏厚增加窑本体负荷P2；因窑皮偏厚在窑速不变情况下造成窑内物料填充率比正常（表2）明显上升高达20%左右。由于物料填充率上升增加了物料在窑内重量P1，使得在克服窑本体运动时消耗功率N1的增加。
生产中发现窑前火力不集中，火焰偏长，由于窑皮较厚在主窑皮后面很容易有大量Φ100-150mm 生料球；根据公式2发现
物料在正常情况下通过窑内所用时间： t = 11.4L/n.Di.S 式中t---运动时间min
L---烧成带窑长度m n----窑转速r/min Di---窑衬内径m S---窑斜度°
在投料量360t/h、窑皮厚度200mm 时物料在烧成带停留时间： t=11.4*28/3.8*3.96*2.0=10.61min
在投料量360t/h、窑皮厚度400mm 时物料在烧成带停留时间： t=11.4*28/3.8*3.56*2.0=11.80min
物料在窑停留时间与窑皮内径、窑速、窑斜度成反比，与窑长成正比。在窑速、窑斜度不变情况下，由于窑皮增厚使得窑衬内径变小，物料在窑内停留时间比正常增加1.2min 。
回转窑运行期间蓖冷机三段经常发现约Φ150mm 熟料大块，大块中部全部为欠烧料，这种熟料多半强度较低。从大块熟料结构分析，这种大块不是在篦冷机内形成的。这种料球是因为在窑上过度带提前出现低温共溶物，造成大球料在烧成带正常停留时间内无法将其烧透所致，这与我们恰好在主窑皮后面有大量Φ100-150mm 生料球现象吻合。在运行期间我们曾多次标定三次风量在104000m3/h左右（参考值），根据上述情况分析初步判断为窑内用风量与三次风量不匹配所致。造成窑内用风偏大使得高温带延长，物料带起高度提高以及窑内大块存在都会增加窑负荷使窑主电机电流上升。
三、采取措施
基于上述分析判断，我们将问题锁定在降低窑皮厚度、长度，以及合理匹配窑炉用风，调整窑头喷煤管风量、内外风比例。
针对窑皮偏厚、偏长情况，我们利用2007年3月检修更换窑内耐火砖时机，从新定位窑头喷煤管位置：
1、将中心光点位置由原来在窑内48—50m 左右改为55—56m ，中心光点偏料由原来1000mm 改为700mm 。（如下示意图）
煤管中心延长线与窑交会处位置示意图
D ---
B 点为煤管中心延长线与窑交会处位置
C 点为煤管在窑口位置
窑为顺时针旋转
D 剖面图
A --- A 剖面图
2、煤管热态进窑位置由原来200mm 改为100mm 。
3、为了挂好换砖后第1次窑皮，我们制定投料48小时操作方案。（表3）
4、考虑到窑速对窑内物料填充率影响，我们将窑速与投料量对应关系在原来基础上提高0.1rpm. （表4）
解决窑内大块问题，首先要改善窑内低温长焰，提高窑前温度加快窑内煤粉燃烧速度，使窑前温度集中，真正实现薄料快烧目的。我们采取以下措施： 1、将三次风闸板开度由原来40%开大到47%；三次风量由104000m3/h左右提高到110000m3/h（参考值）
2、将煤管外风由75%关至50%，内风100%不变，使原有火焰适当缩短。
3、提高一次风压力由原来20kpa 提高到22kpa ，提高煤管出口一次风速使喷出的煤粉吸入高温二次风速度加快。
四、方案优化实施后效果
按照上述方案实施后，窑内状况逐渐好转。窑皮厚度便薄，窑前火焰热力强度集中。（表5）
方案实施前后工艺状况对比 表5
根据上述状况对比，证实了我们判断思路和处理措施正确，为进一步优化方案在2007年7月检修时，将方案做了进一步调整。具体是:
1、将中心光点位置由原来在窑内55m 左右改为60m ，中心光点偏料由原来700mm 改为500mm 。
2、煤管热态进窑位置由原来100mm 改为50mm.
3、将三次风闸板开度由原来47%开大到52%；三次风量由110000Nm 3/h左右提高到115000---118000Nm 3/h（参考值）
通过优化工艺状况2#窑主电机超流和窑皮过厚现象得到明显改变，每年减
少因窑主电机过流烧坏停机2次，减少故障停机时间20h, 减产设备维修损失约6万元(不包括停窑减产损失），增加熟料产量约5000t 。熟料28天强度2008年比2007年同比增加0.9Mpa ，比2006年以前同比增加1.23 Mpa。为水泥磨台时产量提高和节约成本提供条件。
五、结束语
回转窑超负荷现象有多方面因素，有设备、电器、操作工艺等。只要通过综合判断分析，找出问题主要原因所在，可以得到解决或改善。对于工艺方面不正常现象是可以通过优化操作方案得以解决的，我公司2#回转窑从2007年8月以来窑主电机长期超负荷现象已不再出现，在没有因窑主电机烧坏停窑事故发生。窑皮状况明显改善，窑皮厚度、长度以及平整度都控制在正常范围，熟料结粒均齐，篦冷机再无熟料大块欠烧料出现，熟料强度提高。
参考文献：陈全德，中国建材工业出版社 2004 《新型干法水泥技术原理与应用》 作者：刘天振
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