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马丁空气炮技术创新在水泥厂预热器的应用

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对水泥生产来说预热器停产的成本极高 --- 无论来自生产中断还是重新投产的能耗。以往老式的空气炮解决方案导致人力成本攀升,同时,工人在有潜在风险的环境中从事艰辛工作,士气低落。近来空气炮在工程、安装、装配和设计方面的创新有效的提高了预热器内部物料的流动性,同时提高了预热器维修的安全性。


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空气炮在水泥生产中有多种应用,以解决物料流动问题



空气炮技术创新在水泥厂预热器的应用


水泥生产过程的一个重要部分是散料的持续流动,差的物料流动性会扼制工厂的盈利能力。物料储存系统和工艺料仓中的物料堆积会阻碍物料流动,造成物料流动瓶颈,影响设备性能发挥,降低工艺效率。料流不畅还会增加维护费用,需从核心生产活动中抽出人手进行维护工作。如果堵料问题十分严重,甚至会导致完全停产。

空气炮在解决散料的堵料问题方面有着悠久的应用历史。空气炮又名空气助流器,在水泥生产中有众多应用,从疏通料斗到清理篦冷机中的高温物料,都有用到空气炮。近来空气炮在工程、安装、装配和设计方面的创新有效的提高了预热器内部物料的流动性,同时提高了预热器维修的安全性。。

“当原材料经过输送、粉碎、煅烧、混合和包装过程时,空气炮有助于维持工艺生产流程,”马丁工程技术公司空气炮产品经理解释道:“空气炮通过管道组件将气罐中的高压空气从专用喷嘴中喷出,以清除表面积料,并使其重回工艺系统料流中。”


在预热器中,空气炮清除烟室、下料管壁和其他位置的积垢,以避免堵塞并促进物料自由流动。当作业人员发现有堵料时,将会暂停生产,关停工艺设备以进行人工清堵,工人穿戴防高温个人防护设备,使用空气吹灰枪进行清堵,这项工作公认为是水泥生产中最没人愿意做的工作之一。



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早期空气炮的设计存在几个问题,包括压缩空气消耗量、使用的安全性以及与安装和维护空气炮所需相关的停工时间。直到最近,空气炮仍然依赖于重达数百磅的气罐和朝内向与喷嘴相连的阀门直接喷吹。为了有效的维护空气炮阀体,需要将整个气罐放下来 --- 这浪费很多人工及时间,同时增加了潜在的安全隐患(由于气罐非常重)。

一些较旧型号的空气炮安装的是负喷射阀,这种阀门会由于压力下降而导致误喷射,从而打乱喷射顺序,进一步加重压缩空气系统的负担。

在预热器应用中,通常仍将喷嘴焊接在容器壁上,穿过并突出耐火材料层。磨蚀性高温环境很快会导致喷嘴磨损,在某些应用中,仅3~6个月就需要更换喷嘴。每次更换喷嘴时都需要等其完全冷却。另外,由于拆除和更换喷嘴的空间有限,更换过程可能会导致耐火材料出现微裂缝。此外,普通的管道喷嘴设计会导致物料在管道内堆积,降低空气炮效率,严重时甚至需要更换空气炮。


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某水泥厂的老式的150L带固定管道组件的空气炮



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过去十年见证了空气炮技术的一场革命,马丁工程师们重拾制图板重新设计,从空气进入气罐的那一刻到空气与物料接触,对空气炮进行一番彻底升级改造。空气炮变得更高效、更经济、更安全。”

今天,随着设计和工程技术的进步,人们正在生产结构更紧凑、重量更轻、效率更高、喷暴力更大的空气炮。在制造、安装、服务和技术支持方面,供应商正在加以创新,以期最大限度地提高预热器的产量,减少关停时间和总体运营成本,同时提高安全性。

为了延长使用寿命,在特别容易磨蚀的位置采用了耐高温伸缩式喷嘴,伸入系统中喷射,然后缩回保护管(耐火材料)中。喷嘴本身高性能的质量及减少在高温恶劣环境中暴露的时间,延长了喷嘴寿命。喷嘴设计为由一名工人就可从法兰上轻易将其拆下,作为Y智能喷嘴组件以外的独立部件进行维修更换,无需停产。新型Y形管是预热器的一种长期、永久性附件,可以确保在预热器外部进行所有组件(气罐、阀门、喷嘴等)的安装和维护,不会破坏预热器壁或造成代价高昂的关停。当现场空间比较狭小时,也可采用一种专用连接管作为Y形管的替代品,技术人员可以错开空气炮的位置,使其能够布置于狭窄空间中。这些新型组件共同构建了一个模块化系统,将易用性和可维护性提升到前所有未有的高度。

新的气罐设计容量通常从35L至150L,爆冲力更大。同时,相比以前的设计,耗气量减小了一半。空气炮可以把最高达8.27公斤压力的压缩空气从气罐中喷出,有效面积可达2.10m²。


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空气炮的位置经过精心布置,按特定顺序喷射,以达到最佳效果。


阀门组件是空气炮的核心,需要定期检查和不定期维修/更换。为免于拆卸气罐和在狭小空间布置,工程师们设计了将阀门布置在喷嘴的另一侧的新型空气炮。仅需一名工人可从预热器外部轻松检修空气炮。

为防止由于压力骤降而导致意外喷射,新型正压喷射阀需要由电磁阀控制的压缩空气炮脉冲信号驱动才能喷射。电磁阀可布置在离高温区域有200英尺外的安全地带,可与工厂的中控室相连。操作员可通过远程监控和调整喷射顺序达到最佳效果。空气炮也可以手动操作。



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使物料达到1315°C 的高温需要巨大的能量,关停生产所需冷却预热器、进行检修和重新将窑加热相当高的温度。避免关停并对这些系统进行安全检修的功能是设计新设备的基本优先事项。

马丁工程技术公司是利用厂用压缩空气进行低压喷爆以改善散料处理的最初发明者。马丁公司最近将一项新专利技术商业化,利用该技术在安装空气炮时无需暂停生产过程。受过专门培训的技术人员可将空气炮设备安装在分解炉、预热器、熟料冷却器和其他高温场所,同时保证生产持续不间断。

专用独特设计钻芯开孔钻具能钻出所需的精确角度以及精准直径的孔。在预热器壁上安全开孔后,插入一个隔热阀,以隔热和防止气流反流。随后,训练有素的技术人员在不关停和不停止工艺生产的情况下连接Y形管组件。


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训练有素的技术人员在生产过程中进行钻芯开孔


这项技术大大减少了采用传统安装方法导致的昂贵关停费用。传统安装方法要求暂停高温工艺过程,以便开孔和安装空气炮。



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印度西北部某水泥厂的预热器烟室及窑进料口处有大量结皮堵料,人工难以清除。如不进行清堵,堆积物会堵塞管道,导致必须停产才能清堵。为此,水泥厂管理者最初安装了10个150L和300L的大型空气炮,每个重达数百磅只能用起重机搬运。每个空气炮都与直管组件相连,扇形喷嘴埋入耐火材料中。操作人员发现,大型容量气罐导致工厂的压缩空气系统负担过重,而堵料问题并未完全解决。结果,操作人员被迫继续人工清堵,工人身穿防护服在恶劣的环境中进行清理,同时工厂损失宝贵的生产时间。此外,由于磨蚀性高热环境,空气炮扇形喷嘴很快会失效。更换喷嘴需持证工人进入预热器狭小空间,导致关停产时间过长,频繁更换喷嘴会破坏耐火材料。管理者寻求一种更安全、更有持续性的解决方案,能有效清除堵料。

马丁工程印度公司受邀研究这个问题并提出解决方案。技术人员拆除了大而重的气罐,安装了八个70L马丁火龙空气炮、六个固定喷嘴和两个可伸缩喷嘴。采用创新的钻芯开孔技术,在进行钻孔并将Y形管组件焊接到烟室壁上,整个过程,预热器仍保持运行。


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两台70L空气炮配备固定式Y型智能喷嘴,底部的空气炮装有可伸缩喷嘴


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配有可伸缩喷嘴的单个空气炮,解决堵点问题,延长设备寿命


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电磁线圈阀盒远离高温和危险区域,便于检修


“火龙空气炮采用了混合阀概念,只用一条气路向气罐注入气体并触发阀门,能以较少的压缩空气消耗产生较大喷爆力。储气罐装在一个固定式的Y形管组件上,配有一个外向阀,便于维护。”助流业务负责人说。法兰将喷嘴固定在组件内,使更换和维护成为一个人的工作,没有系统关停时间。可伸缩喷嘴采用360°喷头,喷射后可缩回,保护其免受磨损和极端温度的影响。

经过六个月的运营,工人和管理人员对效果非常满意。“更高效的小容量气罐将压缩空气系统的负担减轻了大约50%,使工厂能轻松向所有新空气炮供气。“喷嘴的寿命也有所延长,喷嘴维护和更换所需工时更少,且不用关停生产。”

该水泥厂随后订购了21套空气炮和喷嘴,用于水泥厂的其他位置,还订购了5个额外的喷嘴,用于现有空气炮改造。


维护的安全性和简易性提高了工厂的生产效率,较低的人工成本和增加的正常运行时间实现了极好的投资回报。



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对水泥生产来说预热器停工将在生产和能源消耗方面付出高昂成本。以往老式的空气炮解决方案导致人力成本攀升,工人在有潜在风险的环境中从事艰辛工作,士气低落。现在,利用现代空气炮技术,运营商能实施长期战略,提高安全性、减少关停时间、提升效率并降低整体运营成本。

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阀门在喷嘴的另一侧确保仅需一名工人即可安全进行设备维修,无需关停


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