郭紅軍：熟料生產中篦式冷卻機的優(yōu)化改造和操作

8月21日在西安召開的2011中國水泥技術論壇——大西北水泥生產（篦冷機）研討會上，
淄博科邦熱工技術開發(fā)有限公司總經理郭紅軍和與會者分享了熟料生產中篦式冷卻機的優(yōu)化改造和操作經驗。

　   前言

　　熟料冷卻機是水泥熟料生產系統(tǒng)中最關鍵的設備之一。他與預熱器分解爐、回轉窯一起，構成了水泥熟料燒成系統(tǒng)。

　　它是水泥熟料在在窯內完成煅燒后，對熟料質量起著決定性作用的重要工藝環(huán)節(jié)。

　　它的性能優(yōu)劣，還對燒成系統(tǒng)節(jié)能降耗起著決定性的作用。

　　對篦冷機系統(tǒng)操作正確與是否合理，還直接影響到窯內煅燒工況的穩(wěn)定性；影響到分解爐的性能和預熱器的工作的穩(wěn)定性。

　　目前國內正在運行的新型干法熟料生產線，大都超過設計生產能力20%左右，但是，在產量超標的同時，熱耗也在上升。這些生產線真正達到設計熱耗指標的很少。所以高產低耗的不多，高產高耗的工廠不少。

　　縱觀這些生產線的熟料溫度，大都因為產量超標而導致溫度高于65℃+環(huán)境溫度。熟料溫度達在180-200℃的工廠比比皆是。因此導致篦冷機的故障率比較高。

　　根據這種現狀，國內很多水泥廠開展了以降低熟料溫度，提高設備運轉率為目標的篦冷機技術改造。

　　改造的要求

　　根據我們調查，大多數工廠對篦冷機進行改造的主要目的是：

　　1降低熟料的溫度；（提高水泥的質量，降低水泥磨電耗）

　　2提高篦板的壽命，提高運轉率。

　　3提高熟料的易磨性；（降低水泥磨的電耗）

　　4提高熟料的標號；

　　5提高二次風溫；（減少系統(tǒng)的煤耗）

　　在這里，之所以把提高二次風溫的目的放在最后，是因為比較少有工廠以這個目地為主要目標來改造的。很多工廠只要熟料的溫度符合要求，篦板不容易出問題，鎖風裝置不漏風。就認為沒有必要改造的必要了。

　　從這個排序，我們看出，很多工廠對篦冷機作用的認識的深度。包括我后面講的操作要點。

　　按照這個排序，可以看到，篦冷機最主要的兩個作用被忽視了：

　　——穩(wěn)定窯內工況

　　——對系統(tǒng)的節(jié)能降耗作用。

　　我在《新型干法熟料生產系統(tǒng)優(yōu)化升級的技術措施》文章中，列舉了目前正在正常運行的熟料生產線存在的十二個方面的共同現象，其中就有窯頭罩內的二次風溫，大都在 1150℃以下的問題。 (在窯頭罩側面測量 )

　　在這種情況下改造的篦冷機。雖然出料溫度降低下來了，但是很多工廠改造后的二次風溫還是只有 950-1050℃左右。出來的熟料除了溫度低了之外，沒有其他根本性的改善。

　　特別是窯頭和分解爐的用煤量基本沒有減少。

　　所以說，很多篦冷機只注意了對機械設備改造，而沒有進行技術性能優(yōu)化?；蛘呤钦f性能優(yōu)化的不多。[Page]

　　優(yōu)化改造內容

　　由于現在的工廠使用的大多數都是有著“第三代”之稱的具有阻力蓖板和空氣梁供風系統(tǒng)的蓖冷機，或者是在此基礎上改良的一些機型。因此對它的改造方法也基本上相同。但是采用的技術有根本性的差別。目前常用的改造方法有：

　　——對篦冷機進行局部改造。特別是高溫落料端，更換固定篦板、采用風箱式供風、采用充氣梁結構；

　　——增大冷卻風機的風量，重新進行配風；

　　——采用新型結構和材料的篦冷機風室的密封；

　　——采用雙層下料斗密封裝置；

　　——將冷卻機改為新型的篦床冷卻，比如，推動棒推料的篦床，每塊篦板的下面裝有氣流平衡閥，以保證料床的通風冷卻均勻；

　　——將篦床改造成為篦床相對移動的行進式懸擺篦冷機。

　　上述改造的結果都是有效的。但是采用不同技術時，得到的效果是不一樣的。

　　改造后的現狀

　　根據我們的調查了解，很多工廠對改造后的效果都是滿意的。之所以滿意，一是因為出料溫度降低下來了，二是因為漏料少了。至于二次風溫和熟料的質量問題關注的不是很多。

　　做水泥工藝的技術人員都知道，當熟料離開窯口時，它的實際質量還沒有最后確定。因為只有燒成是不夠的，還需要合理的急冷速度和冷卻效果。這樣才能實現實際礦物組成與配料計算的數值最接近；

　　下面是淬冷和平衡冷卻時 C3S的含量

　　從篦冷機的工作原理來看，當熟料淬冷的速率不高，二次風溫不能穩(wěn)定的達到較高的溫度時（ 1150℃），燒成系統(tǒng)熱耗高就已經成定局了。

　　當熟料出口溫度大于設計溫度時，熟料的質量就已經受到了影響。

　　熟料冷卻機，從早期的筒式冷卻機（單筒、多筒）發(fā)展到篦式冷卻，最根本的問題是解決了熟料急冷的問題和提高了熱交換效率。

　　但是，熱交換效率高，不一定急冷效果好。

　　這是因為，急冷是一個局部問題，熱效率是一個整體的問題。我們從下面的示意圖中可以看出來。

　　當前使用的篦式冷卻機，對熟料的冷卻狀態(tài)是不一樣的。也即在篦冷機內，熟料的冷卻速率是不一樣的。同樣出料溫度的冷卻機，熟料的冷卻過程有三種狀態(tài)：

　　狀態(tài)一情況下的熟料緩慢冷卻，在出口處達到了溫度要求。但是二次風溫不高，對降低熱耗的貢獻比較小。對燒劣質煤和無煙煤的作用也有限。而且排放余風溫度高。因此頭排風機的設計風量大；

　　狀態(tài)二情況時的熟料 ，有一部分急冷，但是極冷的速率不大。從急冷到緩冷的轉折點。落在了燃燒用空氣量平衡點的后面，在出口處的熟料達到了溫度要求。二次風溫要比狀態(tài)一高一些，排放空氣溫度比狀態(tài)一要低。因此頭排風機的設計風量可以降低；

　　狀態(tài)三是我們希望的工況。當熟料落入篦冷機后，在很短的篦床距離內迅速實現急冷。急冷的速率很大。二次風溫要比狀態(tài)一和二都高?？梢赃_到 1150--1200℃。在篦床的其余部分冷卻速率與前兩種狀態(tài)一樣的情況下，較短的篦床長度就達到了冷卻效果。因此。系統(tǒng)內燃燒所用的空氣在這一階段最大限度的進行了熱交換。極大的提高了二次風溫。篦床出口處的溫度很低。因此頭排風機的設計風量還可以降低。[Page]

　　如何確定優(yōu)化改造的范圍

　　至于熟料落入篦冷機后，在移動多長的距離之內完成急冷是合理的，可以通過計算得出一個合理的數據。

　　按照一般的篦冷機的冷卻風機配置情況，一臺能力為 2800t/d的冷卻機，其配套風機總風量約為 230000-250000Nm³/h，（表內的數據是一個實際工廠的配套情況。配套風機偏大）

　　一般配套 10臺風機。一般是一室三臺。二室三臺。三室二臺，其余四、五室各一臺。

　　按照實際產量 2900t/d，熱耗 730×4。182kj/kgcl計算，減除一次風和分解爐噴煤管的風量之后，經過窯頭罩的風量應為 120611 Nm³/h。

　　過平衡，這些風量需要前面 7臺冷卻風機的風量才能滿足。而這7臺風機的位置正好在篦冷機的二室之后三室之內。

　　因此，熟料的急冷應該在篦冷機中剛過二室的地方完成是最好的。但在現實中，可能大多數設備沒有做到這一點。這從二次風溫的數值可以看出來。

　　這個位置，同時也是人們常說的篦冷機內壓力的平衡點，既“零點”。零點之前空氣，不管溫度有多么高（即工況氣體量不一樣），都應過窯頭罩 ，然后進了窯內和分解爐內。零點之后的空氣，就可以用來進入煤磨以及被用去進行余熱發(fā)電，然后排出。

　　這個零點的實際位置，還會因為操作者的操作不斷變化著。當這 7臺風機不能全開時，這個點的位置就在向篦冷機的出料端移動著。

　　所以對篦冷機的改造首先應該從熟料落料的位置開始，到“零點”的位置之間的這部分的結構為重點來進行。

　　高溫落料端固定床的優(yōu)化措施

　　對篦冷機的優(yōu)化改造，大都注意了高溫落料端的改造。常用的方法有：

　　——-將這一部分的篦板按照“行”排列組合在一起，形成幾個獨立的行單元。對篦板分組采用充氣梁供風。特別是在考慮了落料的離析現象后，細料端的風機壓力都高一些，以求得冷卻效果一致；

　　——-將篦板下面的風室，按照“列”排列組合后，采用多臺參數不同的風機供風。同時按照不同的列排列的位置，采用流量控制閥分列供風；

　　——將這一部分的篦板按照“行”排列組合在一起，形成幾個獨立的行單元。對篦板分組采用充氣梁供風，同時，增加“脈動流量”控制閥，在行的方向上，形成控制流。也即大家所說的，控制流篦冷機；

　　---將篦板按照“列”排列組合后，并采用兩段式結構，兩端中采用不同結構的篦板，采用多臺參數不同的風機供風。同時按照不同的“列”的位置，采用“脈動流量”控制閥分列供風；形成叢向控制流的工況。這種結構可以最有效的產生急冷，并且控制“紅河”的產生；

　　——自從出現了篦板下面安裝空氣平衡閥的技術之后，有些篦冷機將高溫落料端的篦板下面也安裝了平衡閥。并將其組合成一個風室，有一臺風機供風。依靠平衡閥保證每塊篦板上的通風量是與熟料的冷卻效果匹配的。這種結構，一般只需一臺風機。

　　不管哪種結構基本都會產生一些好的作用。但是，有一些結構，由于人們對它的理解和認識還不夠，包括設計者也沒有吃透，因此導致效果不明顯。例如：控制流就是這種情況；

　　以前的時候人們都對固定床的角度非常關注，但是隨著篦板結構的不斷變化，這個角度的概念也變化了。原來的篦板安裝完后，其表面形成的角度就是要求的角度。后來有的結構，篦板在安裝的時候都是水平安裝的。其表面連線形成了一個角度。這兩個角度一般選擇150。這種形成角度不同的結構，在使用中沒有發(fā)現有明顯的差別。但是從原理上來講應該是有差別的。僅僅是沒有出現直接對照的實例。

　　根據我們對實際情況的分析，嚴格來說，不同結構的篦板使用后，它的設計角度是不一樣的。

　　還有的篦冷機，根本就沒有設置單獨的落料端裝置。前后都是一樣的。在落料的位置就是一般的篦板再加活動篦板。結果不但沒有出現堆雪人的情況，而且冷卻效果與其他的一般的冷卻機也沒有大的差別。

　　由此看來，該段的篦板結構大有文章可做。

　　國外有的公司，在將這一段的篦板重新設計后。同時也采用篦板分”列”分量供風的方式，并配合著調節(jié)閥一起使用。結果實現了二次風溫達到1150—1200℃的效果。

　　但是，我們在與國外某公司合作的時候發(fā)現，在單獨使用這種結構的時候多次出現過效果不穩(wěn)定的現象 ——-二次風溫提不起來，很難達到 1100℃、熟料的強度低于以前的平均標號、頻繁出現堆雪人的現象。這說明這種技術尚有需完善之處

　　同時還說明了，二次風溫高不一定就是急冷效果好。但是急冷效果好的裝置，二次風溫一定會高。

　　因此，我認為，一個合理的高溫落料端的結構，應該具有以下的功能：

　　1在高溫落料端的固定床的篦板配風上，首先要根據粗、細料對風量的影響作用，在進風管加調節(jié)閥控制風量分配。同時增加脈動流量控制閥，脈動供風，加強熟料的急冷，消除堆雪人的現象；

　　2 在高溫落料端的固定床的風機應該按照落料的離析現象，分別配備風機參數；

　　3 物料在這一段的冷卻過程中，由于是依靠堆積角度的變化來移動的，因此應該采用幾種結構的篦板，使物料出現翻滾現象，以加速冷卻；

　　4高溫落料端的篦床不能太窄，因為這一段的篦床是沒有動力的，在同樣的產量時，這部分料層會太厚，雖然二次風溫會因此而提高，但是影響熟料急冷的速率。容易產生堆雪人現象，并使熟料的急冷效果受影響。

　　現在，大多數技術人員都有了共識：在高溫段的篦床上，從左到右的每列篦板的通風量應該是不一樣的。這種不一樣的風量應該是變化的，不應該是一成不變的。這種配風原則，可以有效的解決“紅河”現象?？梢越鉀Q“堆雪人”現象。同時容易實現熟料的急冷。

　　針對以上要求，淄博科邦公司開發(fā)了系列技術，并申請了專利

　　《縱向控制流固定床》               201020654829.0

　　《組合式急冷篦板》                  201120080954.X

　　《急冷篦板》                           201120080794.9[Page]

　　其他部分的優(yōu)化

　　對于高溫落料端后面篦床優(yōu)化改造，現在大家有不同的意見。有很多單位，把改造的的重點放在了討論采用第三代充氣梁還是第四代推動棒的問題上。而有些制造單位也把宣傳的重點放在了結構上，這多少使大家造成了一些重心的偏離。當然，一個好的結構是誰都喜歡的。關鍵是這些結構對最主要目標的作用大小，以及投資多少，這才是在一定情況下選取的依據。

　　由于現在使用的第三代充氣梁蓖冷機，在全面考慮長度、寬度方向的料層阻力(料層厚度、顆粒組成)和料溫的分布規(guī)律后，比較合理的劃分冷卻區(qū)域。并根據冷卻工藝、產量、料層和溫度分布，有針對性地配以可以調節(jié)的冷卻風，使其在較小的區(qū)域內空氣分布均勻，冷風與熟料之間充分地進行熱交換，精確控制各冷卻區(qū)域的用風量，最終達到高效冷卻，獲得高的熱回收效率。有利于消除了堆“雪人”及“紅河”現象對蓖冷機的毀壞，設備運轉率提高、節(jié)能效果顯著。

　　因此，對活動篦床這些部分的優(yōu)化改造（一般是一室以后的），應以，重新選擇篦板的結構、重新配風，加強密封和鎖風為重點。

　　如果想一勞永逸，可以采用將這一部分改為第四代代推動棒式的結構。因為推動棒式的結構，篦板只負責冷卻，而物料向前移動全由推動棒來完成。再加上篦板上面一直有一部分冷卻好的熟料來對篦板的表面進行保護，因此，篦板的溫度比較低，而且不容易損壞。而其他的結構，篦板都會出現直接與高溫熟料接觸，并且被熟料顆?？ㄗ〉默F象。因此，時間久了，均會有磨損現象；

　　采用推動棒結構，不但可以省去了風室密封，省去鎖風裝置，更主要的是提高了熟料均勻冷卻，均勻通風的效果。解決了篦板磨損、篦板脫落和漏料的重要問題。

　　第二種方案，已經被很多工廠認為是優(yōu)選的方案。因為這省去了風室的動態(tài)密封和漏料鎖風的設備；也減小了拉鏈機的負荷。當然，在篦板的結構上，再進行一下優(yōu)化就會更加完美了。

　　對于傳動系統(tǒng)的改造，我認為，如果原來就是機械傳動的，就沒有必要改動了，可以繼續(xù)使用。因為不管哪種傳動方式。移動篦床的導向裝置都是可以使用的。而且都是直線運動。就是推動棒式的，也可以通過簡單的改造，將原來斜向上的運動，變?yōu)樗揭苿印?/FONT>