預(yù)熱器內(nèi)筒的使用周期，特別是C4、C5內(nèi)筒的使用壽命，與生產(chǎn)工藝、溫度、煤和石灰石等原材料有直接關(guān)聯(lián)。中國干法旋窯生產(chǎn)水泥熟料的快速發(fā)展已有超20年的歷史，生產(chǎn)工藝和人員操作水平已經(jīng)很成熟，能夠滿足預(yù)熱器的正常運(yùn)行。溫度最高的預(yù)熱器C5內(nèi)筒溫度在850~900℃之間，只要避免煤粉在內(nèi)筒壁產(chǎn)生二次燃燒（焚燒無煙煤時(shí)偶爾會(huì)有此現(xiàn)象），這種溫度區(qū)間不會(huì)對(duì)預(yù)熱器內(nèi)筒的運(yùn)行周期產(chǎn)生影響。由于受市場(chǎng)價(jià)格波動(dòng)的影響和區(qū)域的限制，有些水泥廠不得不使用含氯（Cl）、硫（S）較高的煤和石灰石，特別是優(yōu)質(zhì)石灰石日趨減少，有的石灰石氯、硫的含量比常規(guī)高十幾倍，高溫下使用這些煤和石灰石，預(yù)熱器內(nèi)筒加速了氯化腐蝕，使用壽命大大縮短。

隨著人民生活質(zhì)量的提高，環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，為保護(hù)青山綠水，現(xiàn)在和將來，旋窯水泥生產(chǎn)線將逐步作為處置工業(yè)垃圾、生活垃圾和建筑垃圾的主要渠道之一，這些垃圾在高溫下處置時(shí)會(huì)釋放出大量的氯、硫等有害氣體，同時(shí)產(chǎn)生大量的飛灰，嚴(yán)重影響了預(yù)熱器內(nèi)筒的正常使用壽命，這些惡劣工況為預(yù)熱器內(nèi)筒正常運(yùn)行周期、為資源和人力成本的節(jié)約提出了新的課題。

預(yù)熱器內(nèi)筒有分片式和整體式，分片式內(nèi)筒一般采用分片式耐熱鋼內(nèi)筒；也有采用分片式陶瓷掛板內(nèi)筒，分片式陶瓷掛板內(nèi)筒運(yùn)行的穩(wěn)定性還需進(jìn)一步提高，本文暫不探討，本文主要討論分片式耐熱鋼內(nèi)筒和整體式內(nèi)筒。以下就分片式內(nèi)筒在非正常工況下的運(yùn)行和對(duì)策先舉幾個(gè)案例。

2.1 案例1

某公司2007年起焚燒工業(yè)垃圾——電鍍污泥，電鍍污泥中含大量的氯、硫等有害元素，預(yù)熱器C5內(nèi)筒從正常使用兩年縮短為使用10個(gè)月，有時(shí)僅使用7~8個(gè)月。該公司通過優(yōu)化內(nèi)筒結(jié)構(gòu)和調(diào)整耐熱鋼鑄件材質(zhì)，從而使得預(yù)熱器C5內(nèi)筒能夠在焚燒電鍍污泥的工況下正常運(yùn)行18個(gè)月。原先該公司預(yù)熱器C5內(nèi)筒是由四圈的內(nèi)掛式掛板組合而成，即上下掛板是通過兩個(gè)掛鉤聯(lián)接，掛鉤朝向內(nèi)筒內(nèi)，由于焚燒電鍍污泥，在高溫下，氯、硫首先腐蝕掛板的掛鉤，然后腐蝕掛板本體，經(jīng)過8~9個(gè)月的氧化腐蝕，在使用10個(gè)月左右后不得不更換C5內(nèi)筒；電鍍污泥來自不同的工業(yè)企業(yè)，且氯、硫含量不確定，有時(shí)C5內(nèi)筒僅使用7～8個(gè)月就更換了，嚴(yán)重影響生產(chǎn)。鑒于這種工況，該公司從結(jié)構(gòu)上進(jìn)行改進(jìn)，把內(nèi)掛式掛板（掛鉤朝內(nèi)筒方向）改為外掛且掛鉤隱藏式掛板（掛鉤在內(nèi)筒外），改進(jìn)后的掛板頂部呈三角形，掛鉤在掛板上部外側(cè)三角形下（見圖1）。

預(yù)熱器內(nèi)筒運(yùn)行時(shí)部分料落在掛鉤上面使三角形覆蓋添平，這部分料保護(hù)了掛鉤；頂掛板壁厚由20mm增加至25mm，同時(shí)對(duì)掛板材質(zhì)進(jìn)行優(yōu)化；在ZG40Cr25Ni20Si2材質(zhì)的基礎(chǔ)上，適當(dāng)降低鎳（Ni）的含量，添加了抗腐蝕的鉬（Mo）、鈮（Nb）、鈷（Co）、氮（N）、稀土等金屬元素，材料成本基本與ZG40Cr25Ni20Si2材質(zhì)成本等同。既增加了內(nèi)筒掛板的抗腐蝕性能，同時(shí)又增加了內(nèi)筒掛板的強(qiáng)度，經(jīng)過結(jié)構(gòu)和材質(zhì)的優(yōu)化，該公司的C5內(nèi)筒的運(yùn)行已正常達(dá)18個(gè)月以上。

2.2 案例2

某公司2017年開始焚燒城市垃圾（包括生活垃圾和建筑垃圾），由于氯（Cl）元素的腐蝕和飛砂的沖刷，預(yù)熱器C5內(nèi)筒從正常使用兩年縮短為使用8～10個(gè)月。

2018年初對(duì)C5內(nèi)筒結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)和材質(zhì)優(yōu)化，（1）結(jié)構(gòu)改進(jìn)：不改變?cè)?lián)接方式，將頂掛板的上部與固定座相連的部分從壁厚20mm增厚至25mm （如圖2、3），以增強(qiáng)耐飛料的沖刷；（2）材質(zhì)優(yōu)化：在ZG40Cr25Ni20Si2材質(zhì)的基礎(chǔ)上，增加鉬（Mo）、鈷（Co）、氮（N）等金屬元素。既增加了內(nèi)筒掛板的抗腐蝕性能，同時(shí)也增強(qiáng)了內(nèi)筒掛板的抗沖刷，C5內(nèi)筒已穩(wěn)定地使用12個(gè)月以上。

2.3 案例3

某公司石灰石中的氯元素含量0.18（國外一般控制在＜0.015），氯含量是正常的12倍。原機(jī)C5內(nèi)筒只運(yùn)行5~6個(gè)月，C5內(nèi)筒失效原因是整體變形，經(jīng)腐蝕后磨薄磨穿，且部分掛板脫落。

改進(jìn)措施：

（1）優(yōu)化結(jié)構(gòu)：將頂掛板增加兩道立筋，在頂掛板以下每隔一層掛板加一圈卡環(huán)，共增加三圈固定卡環(huán)，這樣內(nèi)筒在高溫下使用不易整體變形，提高了內(nèi)筒整體強(qiáng)度，并將原來內(nèi)筒掛板內(nèi)掛式改為外掛式結(jié)構(gòu)，工字型掛板的4個(gè)掛耳不易腐蝕、脫落（如圖4）。

（2）優(yōu)化材質(zhì)：添加鉬（Mo）、氮（N）、鈷（Co）等高溫下抗腐蝕且增加強(qiáng)度的元素。目前，該公司C5內(nèi)筒在氯元素嚴(yán)重超標(biāo)的環(huán)境中運(yùn)行狀態(tài)較好，穩(wěn)定運(yùn)行超過18個(gè)月。

2.4 案例4

摩洛哥SETTAT水泥廠將廢輪胎作為主燃料，硫含量很高；預(yù)熱器內(nèi)筒特別是C4、C5內(nèi)筒原使用ZG40Cr25Ni20Si2材質(zhì)3~4個(gè)月就已腐蝕磨穿，必須更換內(nèi)筒掛板，后分別采用ZG40Cr28Ni16、ZG40Cr25Ni12材質(zhì)，內(nèi)筒使用壽命也只有5~6個(gè)月，最終將耐熱鋼的鎳含量進(jìn)一步降低，同時(shí)添加鉬（Mo）、鈷（Co）、氮（N）、稀土等元素，以增加抗腐蝕性能、細(xì)化晶粒和內(nèi)筒強(qiáng)度，現(xiàn)使用周期穩(wěn)定運(yùn)行24個(gè)月。

從以上案例可以看出原材料中氯、硫嚴(yán)重超標(biāo)時(shí)，對(duì)預(yù)熱器內(nèi)筒的正常運(yùn)行破壞性極大，對(duì)內(nèi)筒結(jié)構(gòu)進(jìn)行改良、材質(zhì)進(jìn)行優(yōu)化后，實(shí)踐證明是可以適應(yīng)預(yù)熱器內(nèi)筒的正常運(yùn)行的。

（1）直掛式預(yù)熱器掛板須將兩個(gè)連接掛鉤設(shè)置在內(nèi)筒外，即從內(nèi)掛式改為外掛式；設(shè)計(jì)時(shí)采用隱藏式掛鉤，工字型掛板的4個(gè)掛卡設(shè)計(jì)時(shí)也同樣，安裝后4個(gè)掛卡在內(nèi)筒外，以便內(nèi)筒運(yùn)行不直接氧化腐蝕沖刷掛鉤（掛耳）。

（2）根據(jù)實(shí)際工況，內(nèi)筒設(shè)置2~3圈固定卡環(huán)，以防高溫下因氧化腐蝕耐熱鋼內(nèi)筒強(qiáng)度下降整體變形，而影響工藝。

（3）對(duì)于預(yù)熱器內(nèi)筒運(yùn)行時(shí)旋風(fēng)滯留時(shí)間較長部位適當(dāng)增加厚度。

（4）建議立筋布置在外側(cè)，以增加頂掛板的強(qiáng)度，防止頂掛板變形導(dǎo)致下掛板變形更大。

（5）適當(dāng)增加掛板之間的熱膨脹間隙，以防因內(nèi)筒變形，掛板之間相互擠壓而開裂和脫落，安裝時(shí)須調(diào)整好掛板之間的間隙。

（6）根據(jù)每條生產(chǎn)線的實(shí)際工況，采用上述相應(yīng)的措施。

氯含量高，系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，容易富集在內(nèi)筒上，造成結(jié)皮、粘堵整體變形、嚴(yán)重腐蝕，磨損，甚至磨穿內(nèi)筒掛板；硫含量高，在高溫下與鎳元素形成硫鎳化合物，內(nèi)筒掛板腐蝕時(shí)間加快，極易產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)腐蝕變薄變形。

鉬（Mo）高溫下具有一定的抗氯、硫的腐蝕性能，鉬（Mo）在合金中能夠細(xì)化金屬的晶粒，耐熱鋼中添加適量鉬（Mo）既耐氯、硫的腐蝕，又增加耐熱鋼的強(qiáng)度；合金中適量的鈮（Nb）在高溫下的抗腐蝕性能較強(qiáng)；合金中的適量鈷（Co）在高溫下增加內(nèi)筒的強(qiáng)度；合金中適量的氮（N）在高溫下起到以氮代鎳的作用，耐高溫作用明顯；稀土在合金中極大減少耐熱鋼的熱脆性，高溫下有效提高耐熱鋼的物理和機(jī)械性能。

（1）氯含量高，硫含量不超標(biāo)時(shí)，在原材質(zhì)的基礎(chǔ)上添加適量的鉬（Mo）、鈷（Co）、氮（N）等元素，有效抗氯腐蝕，增加強(qiáng)度和耐磨性能。

（2）硫含量高，氯含量不超標(biāo)時(shí)，降低耐熱鋼中的鎳含量，并添加適量鉬（Mo）、鈷（Co）、氮（N）、稀土等元素有效抗硫腐蝕，增加強(qiáng)度。

（3）氯、硫含量均較高時(shí)，降低耐熱鋼中的鎳含量同時(shí)添加適量的鉬（Mo）、鈮（Nb）、鈷（Co）、氮（N）、稀土等有效抗高溫、抗氯、硫腐蝕，增加強(qiáng)度和耐磨性能。

（4）鉬（Mo）、鈷（Co）的添加含量一定要適量，含量低不起作用；含量高，高溫下因強(qiáng)度過高掛板易開裂，故根據(jù)實(shí)際工況而確定添加量；鈮（Nb）一般在1.2%～1.8%為宜，N一般在0.2%～0.28%之間；稀土一般在2%左右。

為確保干法旋窯水泥熟料生產(chǎn)線預(yù)熱器內(nèi)筒的正常運(yùn)行，需要對(duì)原材料的煤、石灰石的氯、硫等有害元素進(jìn)行檢測(cè)，非正常工況，依據(jù)實(shí)際情況選用合適的內(nèi)筒結(jié)構(gòu)和耐熱鋼材質(zhì)以做到一廠一策、一線一策。

除以上分片式耐熱鋼掛板的內(nèi)筒方案外，還可采用整體內(nèi)筒結(jié)構(gòu)。預(yù)熱器內(nèi)筒正常運(yùn)行的有害元素，除氯、硫外還有其它若干有害元素，由于分片式掛板內(nèi)筒留有熱膨脹間隙，實(shí)際工況與理論設(shè)計(jì)有一定的誤差，故分片式內(nèi)筒掛板運(yùn)行時(shí)普遍存在漏風(fēng)現(xiàn)象，部分能源浪費(fèi)。采用整體內(nèi)筒結(jié)構(gòu)可以彌補(bǔ)分片式內(nèi)筒的不足，而且能有效地延長內(nèi)筒的運(yùn)行壽命。

（1）整體內(nèi)筒確保與理論設(shè)計(jì)內(nèi)筒的直徑和高度一致，以滿足水泥廠熟料生產(chǎn)的工藝要求。

（2）整體內(nèi)筒的壁厚可為150mm，包括內(nèi)外澆注料和中間不銹鋼板的厚度（見圖5），中間用10~120mmSUS310S的不銹鋼板制成的弧形掛板，弧形掛板的寬度依內(nèi)筒的直徑而定，一般為27~30塊/圈為宜，弧形掛板的寬度在400～500mm之間，長度與內(nèi)筒的理論高度一致，采用一掛式，弧形掛板從邊緣頂部至80~100mm處位置設(shè)置安裝連接孔，以便掛板安裝，弧形掛板兩側(cè)設(shè)置凹凸臺(tái)階，以便弧形掛板兩側(cè)鑲嵌連接。

圖5 整體內(nèi)筒

弧形掛板內(nèi)側(cè)、外側(cè)分別焊SUS310S的錨固件，在內(nèi)筒的法蘭上，根據(jù)弧形掛板和連接孔的數(shù)量，分別焊上支撐連接板，將弧形掛板和支撐連接板通過護(hù)套和螺栓連接。螺栓需采用沉頭帶銷螺栓或扒釘螺栓，這種連接方式，中間掛板運(yùn)行不移位、穩(wěn)定性和牢固性較好，弧形掛板左右相連時(shí)留5~6mm間隙，選用與弧形掛板相等的焊條焊滿焊牢，滿焊率100%，弧形掛板兩側(cè)采用連續(xù)凹凸形狀鑲嵌式連接方式，可有效防止若干次熱脹冷縮后焊縫開裂，弧形掛板中間設(shè)4~6排腰形伸縮長孔，并縱向錯(cuò)開，如此，既留有伸縮間隙，又便于弧形掛板與澆注料很好地粘合，使弧形掛板與澆注料一起熱脹冷縮。內(nèi)筒由弧形掛板組成的鑲嵌對(duì)接無縫整內(nèi)筒，內(nèi)筒法蘭上部、弧形掛板的內(nèi)外側(cè)均焊接錨固件。

將弧形掛板外、內(nèi)側(cè)分別留出60~80mm空間制模板內(nèi)筒內(nèi)側(cè)空間比外側(cè)適當(dāng)大10～20mm，模板采用碳鋼結(jié)構(gòu)，模板左右、上下采用法蘭腰子孔螺栓連接，模板高度400～500mm，制模板時(shí)由下而上，每隔2~3圈模板打澆注料并振實(shí)，然后鋪上一層陶瓷纖維紙，再制2~3圈模板打澆注料并振實(shí)，再鋪一層陶瓷纖維紙，以此類推，直至將法蘭上部和支撐連接板、弧形掛板內(nèi)外側(cè)澆注料全覆蓋，陶瓷纖維紙既耐高溫，又留有熱膨脹的間隙。澆注料選用耐高溫1500℃、防腐、耐磨、防爆、抗結(jié)皮澆注料，待澆注料灌漿24h粘固后，拆除模板，檢查澆注料有無缺肉、爆裂等情況，否則用含膠泥的澆注料修補(bǔ)，然后內(nèi)筒緩慢升溫，烘干澆注料，烘干時(shí)間最好不低于72h，大修時(shí)可用莫來石澆注料修補(bǔ)。

采用整體內(nèi)筒，有效解決高溫下各種復(fù)雜的工業(yè)、生活、建筑垃圾以及各種有害元素較高的石灰石對(duì)內(nèi)筒的長期氧化、腐蝕、磨損，解決了分片式掛板的漏風(fēng)現(xiàn)象，節(jié)約了能源，預(yù)熱器內(nèi)筒運(yùn)行時(shí)換熱效果好，不需要大的拉風(fēng)。這種整體內(nèi)筒使用壽命長，是分片式內(nèi)筒使用壽命的3~4倍，經(jīng)一些水泥廠使用后，實(shí)際每噸熟料節(jié)能0.25~0.4kWh電，節(jié)能降本效果顯著。缺點(diǎn)是更換較繁瑣。

整體式內(nèi)筒采用澆注料與鋼板結(jié)合的方法，重量會(huì)大大增加，相同直徑、高度的條件下，整體式內(nèi)筒重量大概是分片內(nèi)筒的3倍左右，同時(shí)很難通過內(nèi)筒掛板結(jié)構(gòu)改良來徹底解決澆注料和鋼板熱膨脹不同步的問題，現(xiàn)場(chǎng)砌筑澆注料亦無法保證砌筑質(zhì)量，系統(tǒng)運(yùn)行后容易導(dǎo)致開裂脫落。不同直徑、長度的內(nèi)筒，都需要定制，不能形成標(biāo)準(zhǔn)化系列化，安裝、拆除和更換都非常麻煩，很難大規(guī)模推廣。

綜上所述，隨著國內(nèi)外建材機(jī)械裝備的發(fā)展，無論采用分片式耐熱鋼的內(nèi)筒還是采用整體式內(nèi)筒是能夠解決非正常工況下預(yù)熱器內(nèi)筒正常運(yùn)行的難題，根據(jù)每條生產(chǎn)線的實(shí)際工況采用以上不同的方法加以解決。

作者：瞿楷

來源：《中國中材國際工程股份有限公司（南京）》

微信公眾號(hào)：備件網(wǎng)（關(guān)注查詢更多資訊）

（本文來源網(wǎng)絡(luò)，若涉及版權(quán)問題，請(qǐng)作者來電或來函聯(lián)系！）