KilnLoq探頭在水泥生產(chǎn)過程中的應(yīng)用

簡(jiǎn)介
丹麥FLSmidth Airloq公司的Karsten Brink Floor在本文中強(qiáng)調(diào)了可靠的氣體分析的重要性，并介紹了最近推出的KilnLoq探頭。
氣體分析在水泥生產(chǎn)過程中分兩個(gè)不同的工段進(jìn)行。最初是在窯進(jìn)口端和預(yù)熱器出口之間的工段進(jìn)行的過程氣體分析。第二項(xiàng)分析是亦稱為“連續(xù)廢氣監(jiān)測(cè)”（CEM）的煙道排氣分析。到最近為止，對(duì)水泥行業(yè)而言，過程氣分析是唯一能帶來生產(chǎn)成本效益的氣體分析。煙道排氣監(jiān)測(cè)作業(yè)經(jīng)常僅是為滿足本地有關(guān)當(dāng)局法定要求而已。水泥行業(yè)的看法是，過程氣體分析能給水泥生產(chǎn)過程提供聯(lián)機(jī)信息，而排放氣體分析僅是有限數(shù)量的氣體組成的最終含量的記錄。
在當(dāng)今競(jìng)爭(zhēng)越來越激烈的市場(chǎng)角逐中，水泥廠更需要可靠的氣體分析。水泥作業(yè)線生產(chǎn)率的上升，主要是石油焦炭和廢物等替代燃料的普及是激發(fā)這項(xiàng)需要的原因。這種情況導(dǎo)致了一些水泥生產(chǎn)商開始理解過程氣分析與排放氣體分析之間的關(guān)系。因此，現(xiàn)代水泥工業(yè)中的佼佼者都配備能執(zhí)行以下任務(wù)的設(shè)備：
●窯進(jìn)口端氣體分析；
●煅燒爐氣體分析；
●預(yù)熱器排氣分析；
●煙道氣體分析；
●排放報(bào)告；
●以爭(zhēng)CO2量來評(píng)估水泥生產(chǎn)作業(yè)；
●生產(chǎn)/排放評(píng)估與計(jì)算；
●氣體分析作業(yè)的凈成本收益；
必須對(duì)氣體分析數(shù)據(jù)進(jìn)行的匯報(bào)、記帳及評(píng)估使得作業(yè)更復(fù)雜。排放報(bào)告本身并非新任務(wù)，但一般而言全球各地的大部分報(bào)告現(xiàn)在要求更具體化；比如需要符合本地法規(guī)要求，要就其提供細(xì)節(jié)的氣體組分的數(shù)量更多。按照WBCSD協(xié)約引進(jìn)的凈CO2量計(jì)算體制，是一種能計(jì)算來自所有水泥生產(chǎn)作業(yè)的溫室氣體的CO2排放總量的參照方法。此方法是可對(duì)各作業(yè)方法的變化及改進(jìn)進(jìn)行比較的工具，并能提供稱作“年協(xié)作綠色／持續(xù)性報(bào)告”的數(shù)據(jù)。對(duì)許多投資者來說，這些因素是一座現(xiàn)代水泥廠的應(yīng)具備的一些關(guān)鍵績(jī)效指標(biāo)。因此它對(duì)一個(gè)水泥生產(chǎn)商來講有著重大的經(jīng)濟(jì)意義。其重要性從各大型跨國(guó)水泥生產(chǎn)商的網(wǎng)頁上可見一斑。排放氣體分析的結(jié)果并不一定容易通過過程模擬裝置等過程專家培訓(xùn)站的使用來變換成有益的操作方法。所以，對(duì)煙道氣分析的重要性減輕了，而且操作方法與排放值之間的相互作用也予以了校正及優(yōu)化。

圖1.用于過程分析的KilnLoq探頭
過程條件
直到最近為止，水泥工業(yè)一般認(rèn)為氣體分析及其收效不大，尤其是高溫窯進(jìn)口端氣體分析。原因是經(jīng)常發(fā)生的設(shè)備可靠性問題。嚴(yán)竣的過程條件和變化多端的環(huán)境是一般困難的起因。常規(guī)式氣體分析設(shè)備的復(fù)雜程度還為測(cè)控系統(tǒng)的人員帶來棘手的操作及維修問題。維修人員和窯爐過程操作人員均認(rèn)為不可靠的儀器會(huì)牽制設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間，故此經(jīng)常放棄使用氣體分析設(shè)備。用戶們不相信氣體分析系統(tǒng)值得使用。由FLSmidth Airloq公司進(jìn)行的一項(xiàng)調(diào)查表明，在全球范圍內(nèi)過半的在運(yùn)轉(zhuǎn)中的干法水泥窯沒有一個(gè)操作正常的窯進(jìn)口端氣體分析系統(tǒng)。這種系統(tǒng)大部分僅是為滿足窯爐供應(yīng)商的要求安裝而已。
分析系統(tǒng)故障
以下是高溫窯進(jìn)口端氣體分析系統(tǒng)的典型故障原因：
●探頭取樣口被原材料堵塞
●探頭內(nèi)部取樣管被原材料堵塞
●探頭過濾器被原材料堵塞
●探頭彎曲
●氣體取樣泵及調(diào)節(jié)設(shè)備被污染
●氣體分析裝置被污染
●缺乏主動(dòng)性維修計(jì)劃
●缺乏零備件
●缺乏培訓(xùn)以及對(duì)過程與氣體分析作業(yè)之間的相互作用的理解


圖2.維修簡(jiǎn)單,不需進(jìn)行任何拆卸,可從尾管的入口進(jìn)行
故障原因可劃分兩種：與設(shè)備或與使用者有關(guān)。任何用于窯爐的氣體分析設(shè)備必須能應(yīng)付由腐蝕性高及礦物活性高的過程氣產(chǎn)生的極端條件（包括溫度、灰塵、原材料荷載、污染等條件）。用戶們也有一定的責(zé)任：保護(hù)他們對(duì)分析設(shè)備的投資，并最大限度地利用分析結(jié)果以最低的排放量來有效地生產(chǎn)水泥。FLSmidth Airloq公司對(duì)使用一種計(jì)算工具來評(píng)估運(yùn)營(yíng)窯進(jìn)口端氣體分析的成本效益并突出長(zhǎng)期運(yùn)營(yíng)這些裝置的優(yōu)勢(shì)的工作擁有經(jīng)驗(yàn)。一般而言，一套尖端的高溫氣體分析系統(tǒng)的投資回收期為200天以下。迄今仍沒有氣體分析裝置供應(yīng)商能成功開發(fā)出一種不需維修的系統(tǒng)。運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù)最佳的系統(tǒng)是一個(gè)既能解決設(shè)備問題，又能協(xié)助顧客履行有關(guān)義務(wù)的解決方案。該公司針對(duì)窯進(jìn)口端氣體分析問題的一般起因進(jìn)行的研究表明，任何分析系統(tǒng)的最終運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù)，也即是指設(shè)備的成功，取決于設(shè)備的三種質(zhì)量。
●有助于理解和維修的簡(jiǎn)單的分析設(shè)置設(shè)計(jì)和操作。如能簡(jiǎn)化氣體分析裝置，則可解決顧客面臨的許多困難
●設(shè)備的牢固性是能應(yīng)付瞬息即變的過程條件和解決對(duì)探頭和氣體樣品不利的灰塵荷載的強(qiáng)有力因素
●對(duì)設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù)有利的氣體分析裝置可靠性。此可靠性可能會(huì)是自發(fā)性，從而帶來更高的設(shè)備可靠性。
　
最新的技術(shù)
一旦確定了上述三個(gè)設(shè)備要求后，F(xiàn)LSmidth Airloq公司開始研制一種適用于窯進(jìn)口端的新型探頭。該設(shè)計(jì)考慮了實(shí)用性以及在全球各地操作氣體分析設(shè)備的人員的平均能力。選擇了空氣炮或空氣泡設(shè)計(jì)，這是因?yàn)槠浣Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、牢固、可靠。如窯進(jìn)口端氣體分析裝置能使用空氣炮，則可滿足上述三個(gè)設(shè)備需求。
　
結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單
一支空氣炮是由一個(gè)空氣接收器、一個(gè)氣閥和一條管組成。空氣炮的作用是清除在窯內(nèi)和預(yù)熱器系統(tǒng)內(nèi)積累的灰塵和物料。空氣炮的效率甚高。新型探頭名為KilnLoq，其結(jié)構(gòu)類似空氣炮，象“一條管”。為了確保其單管式結(jié)構(gòu)能收集分析所需的氣體樣品，在管內(nèi)截面設(shè)置了一個(gè)同軸過濾器，從而可沿著一條管抽取氣樣。此種獨(dú)特的設(shè)計(jì)在等待專利發(fā)給見（圖3）。

圖3.使用了無阻障空氣炮的KilnLoq探頭結(jié)構(gòu)圖
鑒于窯進(jìn)口端氣體分析的性質(zhì)，KilnLoq探頭的管長(zhǎng)達(dá)2.5m，比一支空氣炮的管更長(zhǎng)。由于鋼的機(jī)械性能有限，不適宜用于窯進(jìn)口端的工作條件，因此需要使用一個(gè)冷卻裝置。對(duì)所有可行的冷卻介質(zhì)進(jìn)行的研究表明，因?yàn)槭褂煤脱b填簡(jiǎn)單而且處理最安全，水是雖佳的介質(zhì)。為了防止產(chǎn)生一個(gè)冷環(huán)境并防止在探頭內(nèi)產(chǎn)生冷凝，其中心取樣管用電力加熱到180℃。因?yàn)閾碛幸粋€(gè)全流量開關(guān)冷卻系統(tǒng)和一個(gè)由pt 100（鉑電阻）傳感器控制的電加熱氣樣管，所以此種設(shè)計(jì)被鑒定為達(dá)到預(yù)期的簡(jiǎn)單水平。

圖4.可進(jìn)行動(dòng)力清洗的KilnLoq探頭結(jié)構(gòu)圖
牢固度
空氣炮的管身或管嘴是以能夠應(yīng)付高溫及腐蝕性環(huán)境的特殊合金制造。為了確保擁有可靠的機(jī)械基礎(chǔ)，KilnLoq探頭也使用了同樣的制材；其牢固度比其前身強(qiáng)八倍。比如與使用180℃油進(jìn)行冷卻的完全相同的探頭系統(tǒng)相比，其牢固度高20％。對(duì)探頭進(jìn)行清洗可排除任何積累的物料，從而確保氣體取樣順利無阻。只要單管式系統(tǒng)內(nèi)的壓力不降低，這種直長(zhǎng)的單體管設(shè)計(jì)不會(huì)發(fā)生堵塞。
　
可靠性
水泥過程經(jīng)驗(yàn)與能夠提高運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù)的新的主動(dòng)性措施的混合應(yīng)用達(dá)到了可靠指標(biāo)，從而確保窯進(jìn)口端氣體分析系統(tǒng)更可靠。在發(fā)生任何操作困難時(shí)，可使用一個(gè)抽取設(shè)備將探頭移到一個(gè)安全的位置。該系統(tǒng)擁有主動(dòng)性和檢測(cè)出在探頭周圍或內(nèi)部產(chǎn)生的物料積累的功能，并能自動(dòng)排除這些積累物料。由于其單管式結(jié)構(gòu)，因此可在一分鐘之內(nèi)對(duì)管的一端到氣體取樣進(jìn)口端的整個(gè)長(zhǎng)度進(jìn)行全長(zhǎng)檢查（不須 進(jìn)行任何拆卸作業(yè)）。這項(xiàng)工作對(duì)大部分探頭裝置來說須費(fèi)時(shí)好幾個(gè)小時(shí)。
　
總結(jié)
使用了設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、牢固及可靠的KilnLoq探頭操作簡(jiǎn)易，猶如操作空氣炮。此型裝置將運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù)提高到窯進(jìn)口端過程氣體分析從未達(dá)到的水平。由于過程氣體分析的運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù)高（>95％）并能提供可靠穩(wěn)定的數(shù)據(jù)，因此可使窯爐操作取得全面的收益。除此之外，還有減排放、提高熟料質(zhì)量的優(yōu)勢(shì)。KilnLoq探頭得出的結(jié)果高達(dá)10-15kcal/kg探頭的嶄新技術(shù)使其成為在競(jìng)爭(zhēng)激烈的市場(chǎng)角逐中任何一家水泥廠的必備工具。