各種水泥熟料冷卻機的技術(shù)改造方案

進入到本世紀以來，隨著新型干法水泥生產(chǎn)線的不斷建設(shè)，對那些生產(chǎn)技術(shù)落后、能耗高、污染嚴重的回轉(zhuǎn)窯企業(yè)進行提產(chǎn)降耗技術(shù)改造的步伐也在加快。對這些生產(chǎn)線進行技術(shù)改造的方案是根據(jù)不同工廠的自然條件和生產(chǎn)技術(shù)條件，對燒成系統(tǒng)進行個性化設(shè)計，主要內(nèi)容是改造原有窯尾系統(tǒng)為預熱分解系統(tǒng)，改造回轉(zhuǎn)窯的傳動裝置提高轉(zhuǎn)速，改造回轉(zhuǎn)窯窯頭和窯尾的密封裝置，增加窯頭罩至預分解系統(tǒng)的三次風管，改造熟料的冷卻系統(tǒng)，此外還需對煤粉制備、計量、窯頭窯尾燃燒系統(tǒng)，以及廢氣處理系統(tǒng)進行相應的技術(shù)改造，大幅度提高回轉(zhuǎn)窯的產(chǎn)量，降低熱耗。  

回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)線的技術(shù)改造是個系統(tǒng)工程，技改效果的優(yōu)劣直接取決于燒成系統(tǒng)的各個方面的設(shè)計是否先進可靠。根據(jù)筆者在技術(shù)改造實踐中的體會，隨著產(chǎn)量的提高，確定一個合理的冷卻機改造方案，以達到投資少、改造方便快捷、熱回收效率高、運行費用低、熟料質(zhì)量好的目的，反倒經(jīng)常成為確定整體方案中的一個難題。  

北京四方聯(lián)科技有限責任公司先后開發(fā)了十一項與各種冷卻機改造相關(guān)的專利技術(shù)，可以對各種形式的冷卻機進行改造，滿足產(chǎn)量提高、能耗降低的要求。  

1 對單筒冷卻機的改造——復合式冷卻技術(shù)  
對于原來已經(jīng)采用單冷機的生產(chǎn)線，當改造后熟料產(chǎn)量大幅度提高時，原有的單冷機往往無法滿足要求。更換更大的單冷機或篦冷機不僅投資大，而且由于廠房、基礎(chǔ)、空間位置、工藝流程等限制使其難以實現(xiàn)，而且更換大單冷機方案時，還存在無法對熟料進行急冷的缺點。因此目前廣泛應用的改造技術(shù)為我公司開發(fā)的復合式冷卻專利技術(shù)。應用該項技術(shù)進行改造的工藝布置見圖1。  

1.1 實施方案  
（1）、保持原單冷機不動，根據(jù)現(xiàn)場情況將單冷機進料端截短；  
（2）、將窯頭罩下料溜子改成一臺專門設(shè)計的篦式冷卻機；  
（3）、篦冷機與單冷機之間用我公司專利密封技術(shù)連接。 

 
1   應用復合式冷卻技術(shù)改造單筒冷卻機            


1.2 技術(shù)特點:  

（1）、實現(xiàn)了出窯熟料高溫下的急冷。當熟料溫度在1250℃時，C3S礦物不穩(wěn)定，只有急冷可阻止C3S晶體長大，有利于熟料的早期強度及易磨性改善；當將熟料迅速冷卻到1080℃以下時還可以使MgO和C3A大部分地留在玻璃體內(nèi)，有利于熟料的安定性的改善及抗化學侵蝕能力；  

（2）、有效地利用了窯頭罩下的空間，有效地利用了單冷機的土建基礎(chǔ)和廠房，節(jié)省土建投資；  

（3）、大幅度降低了入單冷機的熟料溫度，有效地保護了單冷機的筒體，提高了入料端的耐火磚壽命。單冷機段的耐火磚可以設(shè)計得很短，相對增加了揚料區(qū)段，提高了單冷機的熱交換效果，提高了揚料勺的壽命，減少了單冷機的負荷；  

（4）、提高了二、三次風溫度，有利于窯的穩(wěn)定操作和熱量回收，降低燒成系統(tǒng)的熱耗，進一步提高產(chǎn)量；  

（5）、冷卻空氣用量少，冷卻機無余風排出或排出余風量較小，并可以方便地引入煤粉制備系統(tǒng)，與篦冷機相比減少了余風排出收塵系統(tǒng)的大量投資及運行中的電耗，減少了粉塵對環(huán)境的污染；  

（6）、篦冷機采用充氣梁篦床、防漏料篦板、防紅河篦板、防雪人篦板等全新的專利技術(shù)設(shè)計,保證了篦冷機的冷卻效果，徹底消滅雪人、紅河及邊部漏料現(xiàn)象；  

（7）、采用了與其它篦冷機不同的設(shè)計理念和設(shè)計參數(shù)，使得其運轉(zhuǎn)率極大地提高，使用安全可靠。  

2 對多筒冷卻機的改造——復合立式冷卻技術(shù)  

對于原已采用多筒冷卻機的生產(chǎn)線，或窯頭罩下部空間較大的生產(chǎn)線，當大幅度提高熟料產(chǎn)量時，同樣會遇到類似于單冷機改造時存在的問題，這時可采用北京我公司開發(fā)的復合立式冷卻專利技術(shù)。  

2.1 實施方案  
（1）、拆除原有多筒冷卻機；  
（2）、新增或更換大窯頭罩，并將窯頭罩落料豎井底部改成一臺專門設(shè)計的篦式冷卻機；  
（3）、出篦冷機的熟料入立式冷卻機（固定布置，類似于立窯的冷卻帶，底部強制通風冷卻）。  

2.2 技術(shù)特點:  
   

 復合立式冷卻機除具有復合式冷卻機的上述技術(shù)特點外，還具有料層更厚（遠大于現(xiàn)有的各類型篦式冷卻機），停留時間更長，熱交換更為直接、充分，冷卻速度快、效果好，空氣用量少，占地少，投資少，運轉(zhuǎn)率高，可靠性好，有利于環(huán)保等特點。  

3 對推動篦式冷卻機的改造——可控流充氣梁篦式冷卻機改造技術(shù)、不漏料篦式冷卻機改造技術(shù)  
   

 對各種傳統(tǒng)形式的推動篦式冷卻機，可以采用上述兩種篦冷機改造技術(shù)，即可控流充氣梁冷卻技術(shù)和不漏料冷卻技術(shù)，現(xiàn)分述如下。  

3.1 可控流充氣梁篦式冷卻機改造技術(shù)  
往復推動式篦冷機長期以來一直是現(xiàn)代水泥廠熟料燒成系統(tǒng)配套的主要設(shè)備。對早期采用篦冷機的生產(chǎn)線，采用一、二代推動篦式技術(shù)的較多，即使采用了第三代篦冷機技術(shù)，由于該項技術(shù)也在不斷地加以改進提高，原有技術(shù)也逐漸落后。當熟料產(chǎn)量提高時，應用我公司經(jīng)過多年研究開發(fā)的可控流充氣梁篦式冷卻機技術(shù)對原有篦冷機進行改造，主要技術(shù)特點是采用高冷卻效率、高熱回收效率的充氣梁裝置，采用高阻力、高氣流穿透性以及防紅河、防雪人、防邊部漏料等專利技術(shù)篦板，以及我公司在技術(shù)改造中總結(jié)出的特殊設(shè)計理念和設(shè)計參數(shù)，可提高運轉(zhuǎn)的可靠性，提高冷卻效率和熱回收率，滿足提產(chǎn)要求。改造后采用厚料層操作技術(shù)，使冷卻風與熱熟料有充分的熱交換，增加風料接觸面積和延長接觸時間。厚料層冷卻工藝提高了單位篦床面積的冷卻能力，使傳統(tǒng)的篦冷機不用增加或增加較少的篦床面積，即可適應改造后的提產(chǎn)要求。由于篦板受到了溫度較低的冷料層的保護，避免與紅熱熟料直接接觸而受到熱損壞。  

對于具備較好技術(shù)條件的工廠，結(jié)合自動化控制可以進一步保證改造后篦冷機的性能穩(wěn)定、安全操作。例如可以采用篦板推動速度控制、鼓風量控制和余風排放控制，并以冷卻機篦下壓力、供風系統(tǒng)風管壓力、窯頭壓力的綜合數(shù)值作為控制依據(jù)，大大提高冷卻機的運轉(zhuǎn)率。  

3.2 不漏料篦式冷卻機改造技術(shù)  
 我公司不斷把握篦冷機發(fā)展的最新技術(shù)，最新開發(fā)成功了一種新的冷卻機即不漏料式冷卻機，并已為國內(nèi)六家水泥工廠冷卻機的改造提供了該項技術(shù)服務。  

不漏料冷卻機的特點是全部篦板為固定式，在冷卻機運轉(zhuǎn)過程中不運動，只負責向熟料供應冷卻用風，而推動熟料運動的任務則全部由埋入熟料中的若干個輥式轉(zhuǎn)動部件完成。由于篦冷機內(nèi)沒有活動篦板，因此不會產(chǎn)生越磨越大的間隙，不會造成熟料的泄漏，因此大大簡化了篦下的結(jié)構(gòu)形式，此外生產(chǎn)時輥式轉(zhuǎn)動部件與篦板之間永遠存在熟料層，不會對篦板造成磨損，大大提高了篦板的使用壽命。從生產(chǎn)效果來看，這種冷卻機提高了熟料冷卻效率，降低了熟料熱耗，降低了冷卻風機和排風機的電耗，運轉(zhuǎn)率高，維護量少，節(jié)能效果顯著。  

該種冷卻機還有一個顯著的特點，就是可以很方便地實現(xiàn)篦床面積的擴大，可以象拼積木似的對篦床進行拼接，非常方便，因此當通過技術(shù)改造使熟料產(chǎn)量提高時，或想進一步降低熟料冷卻機出料溫度時，對篦冷機的改造非常容易。此外，由于該種篦冷機布置高差低，無灰斗、鎖風閥、拉鏈機等，對第三代篦冷機的改造也非常地方便，可以在基本不用改動原有篦冷機的前提下，在出料端增加一小段不漏料的篦冷機，并適當改造鼓風和余風排出系統(tǒng)即可。  

目前我公司開發(fā)的不漏料式篦冷機，已在SJH、QJ、LH、LX等多個工廠的冷卻機改造中成功投入使用，規(guī)模為600t/d～1500t/d，并正在為CH 廠改造一臺600t/d 不漏料篦冷機，為YH廠制造一臺1000t/d的不漏料篦冷機。   
                        
傳統(tǒng)篦式冷卻機應用不漏料技術(shù)進行改造后達到的產(chǎn)量指標       表1
 

  
4、冷卻機技術(shù)改造案例  

4.1 利用復合式冷卻技術(shù)改造單冷機  
TH水泥有限責任公司特種水泥廠是一條余熱發(fā)電窯系統(tǒng)，回轉(zhuǎn)窯規(guī)格為Φ4.0×80m，單筒冷卻機規(guī)格為Φ3.5×36m，改造前窯頭密封為迷宮+摩擦片式，窯尾和單冷機密封為石墨塊式。生產(chǎn)中存在的主要問題是：熱耗高，產(chǎn)量低，未達到設(shè)計指標。窯頭、窯尾和單冷機漏風、漏灰嚴重，工人操作環(huán)境差；單冷機出料端揚塵嚴重，出料溫度高，不得已在單冷機出料端增設(shè)了一臺提升機，專門用于降低熟料溫度和減少揚塵；系統(tǒng)操作不穩(wěn)定，水泥熟料強度低、質(zhì)量差，發(fā)電量小。  

針對上述問題，該廠決定采用北京四方聯(lián)公司復合式冷卻機和復合式密封專利技術(shù)。改造用了9天的時間完成。僅應用上述技術(shù)，熟料產(chǎn)量由改造前的23～24t/h提高至26～27t/h，熱耗由改造前的1800 kcal/kg熟料降至1460kcal/kg熟料。改造前后效果對比見表1。   
                         改造前后生產(chǎn)使用效果對比                    表2

                              

4.2 利用可控流充氣梁技術(shù)改造推動篦式冷卻機  

LN水泥廠為日產(chǎn)2000t熟料的水泥生產(chǎn)廠，篦冷機原是第二代富勒型篦式冷卻機，采用孔式篦板、分室供風，投產(chǎn)運行十幾年來，一直存在操作料層較薄、出料溫度較高、篦板壽命短等問題。后對窯頭罩改造后，三次風的取風點從篦冷機改至窯頭罩后，篦冷機的上述問題更為突出，且有“紅河”現(xiàn)象出現(xiàn)，嚴重影響了燒成系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。  

后該廠對燒成系統(tǒng)實施全面的技術(shù)改造，并由北京四方聯(lián)公司對篦冷機進行了換代改造，第一段篦床全部采用魚骨形充氣梁分區(qū)供風、高阻力篦板、低漏料篦板和側(cè)吹篦板等第三代篦冷機技術(shù)；第二段篦床仍采用分區(qū)供風、孔式篦板技術(shù)，只對風機參數(shù)進行了調(diào)整。  

（1）、主要改造項目  
a、本次改造主要是在冷卻機的熱端，即第一段篦床來完成的，改造后原設(shè)備外殼、基礎(chǔ)均不需要作改動。第一段篦床前部第1~7排篦板為固定篦床，均采用固定充氣梁、高阻力控制流篦板。這種篦板可有效降低料層阻力變化不均時對熟料冷卻效果的影響，保持較高的熱交換效率（料層阻力變化不均的主要原因是熟料粒度變化、粗細料離析等）。篦板進風壓力9000Pa、出口壓力600~800Pa、風速40~42m/s，可滿足600~800mm厚度料層的操作要求。為使固定床上的物料向前運動，防止“堆雪人”等現(xiàn)象的發(fā)生，前七排固定床是向下傾斜布置的，并在第一排篦板上方300mm處設(shè)置了4臺空氣炮。  

b、第一段篦床后部第8~28排篦板為固定活動篦床，其中固定充氣梁共計11排，活動充氣梁共計10排，兩種篦板相間布置，活動充氣梁固定在活動框架上。所有充氣梁均為箱形結(jié)構(gòu)，內(nèi)部分割成若干個空氣通道，活動充氣梁固定通風管之間采用可撓伸偏轉(zhuǎn)裝置來連接，該裝置既可滿足活動篦板往復運動時密閉不漏風，又能克服篦床沉降、跑偏等現(xiàn)象。篦板進風壓力8000Pa、出口風壓700~800Pa，風速35~36m/s,可滿足500~600mm厚料層操作的要求。  

為避免“紅河”現(xiàn)象的發(fā)生，在第一段篦床的細料側(cè)加裝了側(cè)吹篦床，以充分冷卻高溫細料。側(cè)吹篦板的出風口是向上傾斜的，傾角則正好保證能夠吹向紅料區(qū)，提高冷卻效果，并減少了對底部冷卻風的影響。  

c、篦板布置及風機配備見圖4。 
  
（2）、改造效果
改造后的篦冷機各項指標均達到了設(shè)計要求，滿足了生產(chǎn)需要。 
                          技術(shù)改造效果                                表3

 
4.3 利用不漏料篦式冷卻機改造技術(shù)改造推動篦式冷卻機
SJH水泥有限責任公司是一條日產(chǎn)1000t熟料的水泥生產(chǎn)廠，熟料實際產(chǎn)量在1200t/d左右。篦冷機是第三代充氣梁篦式冷卻機，改造前就已暴露出熱耗較高，熟料出料溫度高等問題。后該廠擬將生產(chǎn)線的生產(chǎn)能力改造至1500t/d以上。受各種因素的影響，該廠準備分階段改造燒成系統(tǒng)的各工藝環(huán)節(jié)，并委托北京四方聯(lián)公司對篦冷機先期進行改造，改造原則是滿足達到1500t/d時熟料冷卻要求。

結(jié)合現(xiàn)場原有的工藝布置情況及原有篦冷機的設(shè)備情況，我們對改造后的冷卻系統(tǒng)進行了詳細的熱工計算，對設(shè)備改造方案進行了認真的研究論證。采取了如下的改造方案，見圖5。

（1）、保留原有的篦冷機，底部拉鏈機和入熟料庫的鏈斗輸送機的布置不變，熟料破碎機后移3780mm，下移825mm；破碎機基礎(chǔ)按照原土建基礎(chǔ)圖施工，但基礎(chǔ)標高相應地降低；原篦冷機的鏈幕隨破碎機一起移動；

（2）、在破碎機與原有篦冷機之間增加一段不漏料篦式冷卻機，不漏料篦冷機自帶傳動裝置，設(shè)備基礎(chǔ)按照新增部分的土建基礎(chǔ)圖施工；

（3）、增加一臺鼓風機，用于新增不漏料篦冷機段的鼓風；

（4）、改造余風排出系統(tǒng)，增加余風排出系統(tǒng)的處理能力。
改造完成后，熟料的出料溫度明顯下降。由于燒成系統(tǒng)提產(chǎn)降耗改造還未完全實施，因此待燒成系統(tǒng)改造完成后，在將改造前后的各項技術(shù)指標進行詳細對比后公布。 
  

圖5  利用不漏料篦式冷卻技術(shù)改造傳統(tǒng)推動篦式冷卻機

5 結(jié)語

從目前已經(jīng)發(fā)展到的技術(shù)水平來看，對各種形式冷卻機進行技術(shù)改造，我們都可以得到一個技術(shù)經(jīng)濟指標合理、投資節(jié)省、改造周期短的改造方案，為水泥工廠的提產(chǎn)降耗提供技術(shù)上的支持。