技术 | 篦冷机的优化改进使用效果

1984年，德国某公司提出“阻力篦板”概念，从而诞生了第三代篦冷机。当时我国曾试图购买第三代篦冷机制造技术，但国外公司都不肯出让。上世纪90年代初，南京水泥工业设计研究院率先开发出NC32216篦冷机，用于配套2500t／d水泥熟料生产线，满足了国内当时大规模建设新型干法水泥生产线的需要，目前这个型号的篦冷机仍有百余台在正常运行。

随着我国新型干法水泥技术的提高，设计产量为2500t／d的熟料线，实际熟料产量超过3000t／d的已很普遍。超产后的NC32216篦冷机单位有效面积负荷接近50t／(d·m2)，冷却能力不足导致熟料出冷却机温度高，不仅对下游设备造成伤害，还影响窑系统乃至整个工厂的安全、经济、可靠运行。

1 现有篦冷机及因超产而存在的问题

我厂2500t／d的熟料线采用NC32216篦冷机，设计参数如表1，其篦床的设计结构见图1。人口第一排是活动篦板，虽然不“堆雪人”，但是随着熟料产量远超最大设计值，导致篦冷机超负荷运行，冷却效果差，存在主要问题如下：

1、第一排活动篦板寿命3-6个月，导致窑系统可靠性极差。

2、一段篦床向下倾斜30布置，熟料流动过快，熟料在篦床上停留时间过短。

3、二段篦板呈水平运动轨迹，冲击次数达到最大值，无法实现厚料层操作。料层孔隙率低，冷风与热熟料换热差。

2 篦冷机的优化改进

为使现有篦冷机之冷却能力能够满足目前熟料产量3000t／d的需求，针对篦冷机多年运行中的问题进行归类汇总，通过根本原因分析，采取了5项优化措施，改进后的篦床结构见图2。

2.1入口固定篦床再设计

将人口活动一固定篦板交错布置的1～4排篦板全部固定化，组成向下倾斜15°的入口固定阶梯篦床，每块篦板4个台阶，见图3(a)，其特点为：

1、固定的通风区域，为冷风与热熟料换热提供条件。

2、合适的熟料分布，粗细颗粒在此得到混合，减少“红河”现象。

3、自我保护人口固定阶梯篦床篦板，提高窑系统的可靠性。

常规设计篦冷机入口固定阶梯篦床长度<2000mm，如果标况下风载密度不变，阶梯篦床上总通风量较低，达不到熟料急冷条件；再设计时扩展入口固定阶梯篦床长度到2500mm，阶梯篦床上总通风量超过0.3m3／kg，确保了熟料急冷所需风量。

2.2将人口固定阶梯篦床落到活动篦板排上常规设

计篦冷机入口固定阶梯篦床，都是落在固定篦板排(4f)上，见图3(b)。熟料靠重力与风的滑动效应从阶梯篦床流下来，要越过静止篦板(4f)长度，且要转角10o才能被活动篦板(5m)推走，熟料流动路径长，转角大，不顺畅，许多工厂发生“堆雪人”现象。

将人口固定阶梯篦床直接落到了活动篦板排(5m)上，见图3(a)。从阶梯篦床流下来的熟料，在重力与高风载密度带来的超强风的滑动效应联合作用下，零距离，零转角，直接被活动篦板(5m)推走；因此生产中从未发生过“堆雪人”现象。

2.3向下倾斜3°的1段篦床改为纯水平

将篦冷机的1段篦床是向下倾斜3°布置的，见图4。这种布置方式，熟料输送能力过强，运行中打开一段检查门，看到熟料“串料”现象特别严重；篦床上的熟料流动速度明显快于篦板的推动速度；熟料像流水一样连续流动，即使篦板后退时，熟料也照样向前流动。

为抑制熟料在1段篦床上的“串料”现象，将1段篦床布置成纯水平，篦床出口产生502mm落差。向下倾斜3°布置时，1段仅推动5-6次／min，熟料串料严重；水平布置后，推动速度为8次／min，熟料流速很慢，熟料在1段篦床上流动速度明显降低，提高了熟料在1段篦床上停留时间，为高效换热与冷却提供了基础。

2.4在1、2段台阶处设计第二固定阶梯篦床

一段篦床由向下倾斜3°布置，再设计成纯水平布置后，1段篦床前端抬高502mm；在此位置，拆除1段1根横梁，2段3根梁；再设计一个“第二固定阶梯篦床”，见图5。分别在两段移动篦床的头部起始位置，各布置一个固定阶梯篦床，检索国际水泥冷却机专利后得知，这种结构属国际首次。第二固定阶梯篦床优点：

1、在1.2段之间，这个位置已经处在0压面以前，不影响2.3次风量与温度。

2、在第二固定阶梯篦床上，适当地增加风载密度，可以强行透析出熟料中含有的热量，既有利于废热发电，也有利于熟料的后续冷却。

3、将第二固定阶梯篦床横向分为4个供风单元，两台风机供风，外置阀门调节各单元供风量，可改变熟料在后续篦床上的分布状态，再设一道避免“红河”的防线。第二固定阶梯篦床投入运行后，在现场通过观察窗看到：熟料落人2段后，彻底没有“红河”。没有“红河”的熟料，经过后续冷却区域的再冷却，熟料温度达标有了保证。

2.5二段篦板运动轨迹设计成向上倾斜10°

原篦冷机的2段篦板运动轨迹是纯水平的，见图6(a)。篦板前进时，将熟料推走；篦板后退时，又带回来一部分熟料。等速进退的活动篦板，其输送效率低于60％；改成向上倾斜10°见图6(b)。原本推动24次／min才能将熟料送走，因推动次数达到了最大值，无法通过降低篦速，实现厚料层操作；将篦板的运行轨迹再设计成向上倾斜10o仅推动16次／min就能将熟料送走，输送次数富余1／3，可以通过降低篦速，实现厚料层操作。

另外，设计成向上倾斜10°篦板运动轨迹，活动篦板“慢进快退”，料层中的孔隙率得到提高，料层“阻力降”下降，不仅提高了换热与后冷却效果，而且风室静压下降，有利于节能运行。还有，活动篦板慢进快退，篦板的磨损也相应减少。

3 改进后的篦冷机使用效果

篦冷机在篦下冷却风机不变，篦床有效面积不变的条件下，通过优化改造，于2018年2月10日投入生产运行，其各项指标对比见表2。

改造后的篦冷机：

1、每年可为企业节约实物煤5000余t，节省煤炭采购费用近300万元；

2、出冷却机熟料温度大幅度降低，减少下游设备损坏(烧皮带，篦板与锤头过度磨损，水泥磨主轴承温度高报警等)，每年可节省维修费用50余万元；

3、熟料小磨粉磨时间减少，易磨性提高，可降低水泥粉磨工序电耗；

4、水泥与外加剂适应性变好，提高了用户满意度

4 结语

优化改造后的NC32216篦冷机，满足了众多的水泥厂熟料超产20％的需求，为存量逾千台的第三代篦冷机新一轮技术改造，释放新动能，开创了一条实用且有效的新途径。

来源：《沈阳建筑大学理学院、北京酷勒斯技术发展有限公司、宜兴天山水泥有限责任公司》

作者：樊旭峰、冀猛、罗栋

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