技术丨篦冷机使用的运行障碍与系统优化（中）

2.3 篦冷机性能的优化改造

2.3.1 确定改造重点

由于在篦冷机淬冷区，高温熟料可以在极短时间内被急骤冷却，使水泥熟料的早期强度和水化性能等品质得到改善。而后冷区的冷却速度不会对熟料质量产生影响。因此，有效提高骤冷区冷却效果是篦冷机冷却技术的关键。优化篦冷机作为热回收设备的功能，使炽热熟料进入篦冷机后，在实现骤冷的同时提高热回收效率，将入窑二次风温提高到1100℃以上、入分解炉三次风温达到950℃左右。对促进回转窑及分解炉内的燃料燃烧，热工制度优化，降低熟料烧成能耗会起到巨大作用。

但在实际生产中，很多企业篦冷机没有达到上述目标。二次风温长期在1000℃上下波动。这种情况的发生，影响因素固然很多，但主要与淬冷区的风量匹配有关。

在此需顺便指出，要保证二、三次风温达到目标要求，就必须保证温度测量的准确性。因此，对测量二、三次风温的热电偶测点位置的选择非常重要，可见图3。测点的热电偶均应由上而下垂直悬挂，要避免因为受火焰的直接幅射而影响测量的准确性。

在篦冷机内，淬冷区熟料冷却用风量必须与入窑炉的二、三次风保持平衡。并保持窑尾与窑头风机拉风的平衡，才能使窑头始终处于微负压状态。这个状态的形成，是熟料冷却鼓入风和窑头、尾拉风共同作用的结果。在三组风之间形成了一个“零压区”。

零压区之前空气，不管温度高低，都由窑头罩进入窑、炉内。零压区之后的空气，用于原煤烘干或作余热发电利用后排出。淬冷区冷却风机配置不合理，采用厚料层操作时风机的压力不够。甚至因为不当的操作方法等原因，都会导致实际生产中“零压区”位置的飘移。

所以优化篦冷机性能，对篦冷机的改造，首先应该从淬冷区开始。篦冷机进出风示意图见图4。

2.3.2 淬冷区冷却风量的匹配

熟料落入篦冷机后，在移动多长的距离之内完成急冷是合理的，可以通过计算得出。现依一台Φ4.8×74m预分解窑篦冷机淬冷区的冷却风机配置情况，分析风机匹配的合理性。该回转窑实际生产能力为6000t/h。系统供风需求情况见表1。篦冷机设备配构成情况见表2。

由表2可知，按回转窑实际产量6000t/d，计算篦冷机配置的总冷却风量为2.25 Nm3/kg-cl。当熟料热耗为 800×4.182kJ/kg-cl时，扣除一次风和分解炉喷煤管的风量，计算得入窑炉的合计风量为241525Nm3/h。但由表1可以看出，篦冷机高温区一段1～3室的9台风机总冷却风量仅为230640 Nm3/h，满足不了窑炉系统对二、三次风的需求。

并且，由于篦冷机在三、四室之间设置了档风墙，增大了窑尾风机向二段篦床（中温段）拉风的阻力。生产过程中，因为一段篦床供风满足不了窑炉用风的需求，采用高温风机强拉风操作，造成窑头、窑尾及三次风入炉负压值的升高。二、三次风温长期低于1000℃运行，且波动不稳，对窑内正常煅烧和燃料消耗都造成很大影响。

由此可以看出，篦冷机淬冷区的冷却用风量，并不是由冷却熟料的用风量决定的，而是取决于窑、炉 对二、三次风的需求量，淬冷区的冷却用风量必须满足窑炉系统对二、三次风的需求，这是淬冷区冷却风量匹配时需要明确的基本原则。

2.3.3 淬冷区风机风压的选取

提高二、三次风温度，可以提高煤粉的燃烧速率，提高烧成带热力强度；从而提高出窑熟料温度，形成熟料煅烧系统有效热利用的良性循环。是提高热交换效率，节能降耗的前提。事实上，从热交换的角度考虑，在篦冷机内风量一定时，熟料和冷却风的热交换，应尽可能增加交换时间和交换面积。因此，采用厚料层操作  是提高篦冷机换热效率的基础。第三代篦冷机热回收区的料层厚度一般要求控制在800mm左右。

但是，厚料层操作势必造成篦床阻力的升高，尤其是熟料结粒不好，细粉数量增加时，阻力篦板和物料的沿程阻力增加，冷却风机风压不足，气流就无法有效地穿透细料层，导致篦冷机高温段 “红河”的产生。因此，第三代篦冷机对冷却风机风压的要求较高。必须保证在各种条件下都具备克服系统阻力的能力。

式中：

γ——空气密度，kg/m3，取1.293 kg/m3；

      g——重力加速度，m/s2，取9.8m/s2；

     hi——各风室熟料层厚度，mm；

     υn——通过篦板孔风速，m/s，在高温区≈40m/s；

     υi——各风室冷风通过料层风速，m/s；

    各风室风压设计选型：P=1.5ΔP

在此需强调指出，虽然根据设备选型计算，篦冷机一室风机风压在11kPa左右，就能够满足系统对风压的要求。但在实际生产过程中，由于窑况波动、细粉料多，物料离析等因素的影响，高温段物料会经常发生吹不透的情况。导致入窑、炉的二、三次风供风不足。为扭转这种不正常的状况，很多企业都有意识的提高了进料口区的风压配置，将风压加大到12kPa以上，并收到良好的使用效果。

因此，许多使用第三代篦冷机的企业都提出，对于三代机的配风原则应该趋向于“高风压，低风量”。某厂的高温段风机改造后风机匹配情况见表3。该厂篦冷机的改造方案，只对进口区冷却前端五排固定篦板的两台风机进行了改造。

由表3可见，为满足加厚篦冷机料层的需要，改造时，除了补充前端五排固定篦板冷却风量外，还重点考虑了风机压头的提高。风机改造后，总风量增加了10200m3/h；风压增加了约500Pa，达到了12kPa左右。在改造方案实施过程中，只购置了AFL9-38冷却风机一台，替换了原中间空气梁的57.06冷却风机。并将换下的57.06风机用作了57.07风机。全部改造费用仅约花费5万元。改造项目完成后，将篦床料层厚度由原来的600mm提高到800mm。入窑二次风温度提高了100℃以上，出篦冷机熟料可不见红料，温度降低到100~150℃，余热发电量增大了约500kW/h。改造前后系统热工参数变化情况见表4。

2.3.4 其他部分的优化

（1）落料端固定床的优化

常用的方法有：将固定床部分的篦板按“行”排列组合，形成几个独立的行单元。对篦板分组采用充气梁供风。特别是在考虑到落料的离析现象后，细料端的风机压力调高一些，以求得冷却效果一致；同时，增加“脉动流量”控制阀，在行的方向上，形成控制流。或者将篦板按“列”排列组合，采用多台参数不同的风机供风。同时按照不同列的排列位置，采用“脉动流量”控制阀分列供风；形成纵向控制流的工况。这种结构可以有效的产生急冷，并且控制“红河”的产生；自从出现了篦板下面安装空气平衡阀的技术之后，有的企业将篦冷机高温落料端的篦板下面也安装了平衡阀。并将其组合成一个风室，由一台风机供风。依靠平衡阀保证每块篦板上的通风量是与熟料冷却效果匹配的。这种结构，一般只需一台风机。

（2）落料端后面篦床的优化

对于高温落料端后面篦床的优化改造，目前意见各不相同。有些企业，把改造的重点放在了篦床结构上，讨论采用第三代充气梁还是第四代推动棒好的问题。当然，一个好的结构谁都喜欢。但问题的关键是这些结构对实现目标的作用，以及投资的多少，才是采用的依据。由于现在使用的第三代充气梁篦冷机，在全面考虑长度、宽度方向的料层阻力和料温分布规律后，能够比较合理的划分冷却区域。并能根据冷却工艺、产量、料层和温度分布，有针对性地配以可以调节的冷却风，因此，对一室以后活动篦床的优化改造，应以选择合理的篦板形式、恰当调整冷却风机的性能匹配，采用新型密封材料和技术，加强风室密封和风阀锁风为重点。当然，也并不排除采用第四代篦冷机的篦床结构，以达到一劳永逸的效果。

（3）篦板制作与形式的优化

随着制造技术的进步，推动式篦冷机已经开发出耐磨复合篦板；采用了激光技术加工篦板缝隙。现在篦冷机的篦板是铸造成形，篦板篦缝在2~3mm，尺寸再缩小就很难控制了。采用激光加工技术后，若篦缝能达到1mm左右，冷却效果将会更好。有的篦板采用环形喷咀，改善了气流的方向和分布；有的开发商还在开发带二次料层的篦床等其它结构形式的篦床，以改善冷却效果。充分展示了第三代篦冷机广阔的应用前景。

（4）熟料破碎改为辊式破碎机

目前5000t/d熟料生产线第三代篦冷机的熟料破碎，已开发使用辊式破碎机，同锤式破碎机比较，辊式破碎机具有以下明显优势：电耗低：辊式破碎机比锤式破碎节电约50%。

振动小：辊式破碎机转速低，因而振动较小，且不会类似锤式破碎机引起扬尘，并可取消原篦冷机尾部的链条链幕。

磨损小、工作寿命长：随着技术发展，耐磨材料的成功运用，辊子辊套具有良好的耐磨性、磨损小，其辊子的工作寿命是锤式破碎机锤头的4~5倍。

出料粒度控制均匀：辊子辊套的磨损小，辊缝误差变化极微。

通过调整辊间距来调整出破碎机熟料的粒度，可方便控制熟料在一个比较均匀、集中的粒度范围内。

破碎能力强：较小熟料颗粒直接从辊缝中落下，其余熟料通过辊子借助摩擦力和重力的作用咬入破碎腔内，使其受到挤压和磨削作用达到破碎效果；辊式破碎机对直径比较大的熟料块具有出人意料的破碎效果，主要归因于辊子表面凸凹不平的辊齿，大块熟料被辊齿层层剥掉，而不同于锤式破碎机将其打碎，且辊齿套设计成统一规格，互换性强。

具有自动过载保护功能及不同模式的破碎组合：每个辊子可实现单独驱动，当破碎腔进入不可破碎的铁块或其它硬物时，辊子出现过载跳停并反转，试图努力破碎，若仍无法破碎时，只需人工前往取出铁块或其它硬物即可继续运转，此过载保护良好的保护了辊齿，减少了维修工作量，提高了使用寿命。

5000t/d熟料生产线，辊式破碎机一般配套4个辊子，综合国、内外如CP公司、天津院、海螺川崎等的熟料辊式破碎机，集中了几种不同模式组合如下（见图5）：

 ①前3个辊子按熟料的输送方向运行，最后一个辊子反向；

 ②相邻两个辊子转向相反组成一个破碎单元；

 ③前2辊子同向，后2辊子同向，但前2辊子与后2辊子反向。

（待续）

作者：刘仁德

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