鄒波，蘭東，孫澤玖，林廷全

1 引言

我公司使用的熟料冷卻機(jī)為L(zhǎng)BTF3200型第三代空氣梁往復(fù)推動(dòng)篦式冷卻機(jī)。自2009年5月投入使用以來(lái)，冷卻機(jī)運(yùn)行情況一般，近年來(lái)冷卻機(jī)的運(yùn)行指標(biāo)與其他分公司相比較差。為了改變這一窘境，公司決定對(duì)篦冷機(jī)進(jìn)行改造。

2 篦冷機(jī)存在的問(wèn)題

回轉(zhuǎn)窯產(chǎn)量的高低主要取決于入窯物料分解率及窯內(nèi)物料煅燒溫度。而熟料質(zhì)量的好壞不僅取決于回轉(zhuǎn)窯內(nèi)物料的煅燒情況，而且取決于篦冷機(jī)的冷卻效果，尤其是固定篦床的急冷效果。在整個(gè)煅燒過(guò)程中，回轉(zhuǎn)窯與篦冷機(jī)需要相互提供良好的工作條件，因此，篦冷機(jī)需要具備高冷卻效率、高熱回收率和高運(yùn)轉(zhuǎn)率的性能。我公司LBTF3200型篦冷機(jī)運(yùn)行情況如下：

（1）二次風(fēng)溫度偏低，波動(dòng)大，一般在1 056℃～1 145℃之間，＜1 100℃時(shí)居多。窯頭負(fù)壓不穩(wěn)，在-20～-80Pa之間波動(dòng)。

（2）出篦冷機(jī)熟料溫度偏高，時(shí)常伴有紅料，達(dá)不到“環(huán)境溫度+65℃”的設(shè)計(jì)指標(biāo)要求。

（3）篦冷機(jī)的熱交換效率不理想，低溫余風(fēng)偏多，入余熱發(fā)電鍋爐氣體溫度偏低，導(dǎo)致余熱發(fā)電量偏低。

相比于第二代篦冷機(jī)，第三代篦冷機(jī)的優(yōu)勢(shì)是出篦冷機(jī)熟料的溫度低，入窯、爐的二、三次風(fēng)溫度較高，系統(tǒng)熱效率高。但從LBTF3200型篦冷機(jī)的使用情況看，存在熱損失大、出冷卻機(jī)熟料溫度高、熱回收效果差等問(wèn)題。

表1 LBTF3200型篦冷機(jī)參數(shù)

3 原因分析

3.1 LBTF3200型篦冷機(jī)參數(shù)（表1）

3.2 料層的影響

篦冷機(jī)一段1室和2室的結(jié)構(gòu)決定了高溫物料在經(jīng)過(guò)第一階梯篦板急冷后，輸送至2室時(shí)料層會(huì)變薄，經(jīng)過(guò)第二階梯后又會(huì)堆起，形成一個(gè)起伏運(yùn)動(dòng)的料層。冷卻風(fēng)穿透物料的速率和部位會(huì)不斷改變，在二段階梯處尤為顯著（見(jiàn)圖1）。篦冷機(jī)料層波動(dòng)是造成回轉(zhuǎn)窯二、三次風(fēng)溫嚴(yán)重波動(dòng)的主要因素。由LBTF3200型篦冷機(jī)參數(shù)可見(jiàn)（表1），實(shí)際生產(chǎn)能力達(dá)到3 900t/d時(shí)，其單位篦床面積產(chǎn)量相比最大負(fù)荷3 500t/d增加了10%。冷卻負(fù)荷的增加導(dǎo)致篦冷機(jī)已無(wú)法實(shí)現(xiàn)原有設(shè)計(jì)的理想狀態(tài)。

圖1 篦冷機(jī)1、2室篦床結(jié)構(gòu)及物料運(yùn)動(dòng)示意圖

3.3 冷卻風(fēng)機(jī)的影響

3.3.1 冷卻風(fēng)機(jī)風(fēng)壓的影響

第三代篦冷機(jī)屬于厚料層操作，對(duì)冷卻風(fēng)機(jī)風(fēng)壓的要求大大提高。如果篦冷機(jī)梁、室風(fēng)機(jī)風(fēng)壓偏低，當(dāng)遇到來(lái)料較多、細(xì)粉料多、物料離析等情況時(shí)，冷卻風(fēng)就無(wú)法吹透料層。為降低物料溫度，只能提高篦速，減薄料層厚度，這就導(dǎo)致熟料冷卻效果變差，熱交換效率降低。因?yàn)轶骼錂C(jī)冷卻風(fēng)風(fēng)壓偏低，不足以克服床面上部熟料層的阻力，造成通風(fēng)量不足。如果篦冷機(jī)梁、室風(fēng)機(jī)風(fēng)壓偏大，在料床阻力小的地方，料床很容易被吹穿，造成氣流分配不均，熱效率和熱回收率波動(dòng)，嚴(yán)重影響冷卻效果。

3.3.2 冷卻風(fēng)機(jī)風(fēng)量的影響

冷卻風(fēng)量是影響熟料冷卻效果的主要因素，高溫區(qū)的篦板風(fēng)速對(duì)熟料的冷卻效果和熱回收量均有影響。在篦冷機(jī)設(shè)計(jì)中，一段篦床風(fēng)室的供風(fēng)量一般都能夠滿(mǎn)足窯、爐對(duì)二、三次風(fēng)的需求。但在生產(chǎn)過(guò)程中，產(chǎn)量的提高會(huì)對(duì)供風(fēng)需求以及穿過(guò)篦縫和穿過(guò)物料的風(fēng)速造成影響。

影響二、三次風(fēng)溫的空氣主要來(lái)源于篦冷機(jī)1、2、3室的供應(yīng)。

表2 LBTF3200型篦冷機(jī)風(fēng)機(jī)配置表

根據(jù)LBTF3200型篦冷機(jī)風(fēng)機(jī)配置（表2），計(jì)算所得的通過(guò)篦冷機(jī)1、2、3、4室篦板和物料的風(fēng)速見(jiàn)表3。

由表3可見(jiàn)，1～4室的篦縫風(fēng)速和穿透物料風(fēng)速很不均勻，將會(huì)影響冷卻效果和均勻供風(fēng)。

4 優(yōu)化方案

4.1 優(yōu)化料層

減少物料厚度波動(dòng)，改變一段篦床結(jié)構(gòu)，取消2室階梯篦板，改為充氣和活動(dòng)梁篦板，降低1室篦床，以保證物料相對(duì)勻速運(yùn)動(dòng)。改造前后示意圖見(jiàn)圖2。

4.1.1 改造步驟

去除2室階梯篦板?整體下降1室篦床?加長(zhǎng)一段活動(dòng)梁篦板

安裝2室三排活動(dòng)梁篦板和2室兩排固定充氣梁篦板，安裝篦板?完善密封1、2室隔墻?恢復(fù)完善所有墻體?安裝風(fēng)機(jī)?調(diào)整篦縫?安裝風(fēng)管?試車(chē)

表3 LBTF3200型篦冷機(jī)通過(guò)篦板和物料風(fēng)速表

圖2 一段篦床改造前后示意圖

4.1.2 改造施工要求及驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)

施工執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)JCJ 03-1990水泥機(jī)械設(shè)備安裝工程施工及驗(yàn)收規(guī)范（見(jiàn)表4）。

4.1.3 改造現(xiàn)場(chǎng)（見(jiàn)圖3～6）

4.2 優(yōu)化冷卻風(fēng)機(jī)

4.2.1 優(yōu)化冷卻風(fēng)機(jī)風(fēng)壓

第三代篦冷機(jī)對(duì)冷卻風(fēng)機(jī)風(fēng)壓的要求較高，必須保證在各種條件下均能夠克服系統(tǒng)阻力。

篦冷機(jī)各風(fēng)室阻力可用下式計(jì)算：

式中：

ΔP——各風(fēng)室阻力，Pa

γ——空氣密度，kg/m3，取1.293kg/m3

hi——各風(fēng)室熟料層厚度，mm

vn——通過(guò)篦板孔風(fēng)速，m/s，在高溫區(qū)≈40m/s

vi——各風(fēng)室冷風(fēng)通過(guò)料層風(fēng)速，m/s

各風(fēng)室風(fēng)壓設(shè)計(jì)選型p=1.5ΔP

由式（1）可以計(jì)算出一室階梯篦板處的阻力：

由LBTF3200型篦冷機(jī)風(fēng)機(jī)配置可見(jiàn)（表2），2608、2609號(hào)風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓較高，不利于風(fēng)壓平衡，所以將其風(fēng)壓降至12 500Pa即可。由于這兩臺(tái)風(fēng)機(jī)可以控制風(fēng)量風(fēng)壓，為節(jié)約投資，暫時(shí)使用也可。

表4 施工執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)JCJ 03-1990水泥機(jī)械設(shè)備安裝工程施工及驗(yàn)收規(guī)范

圖3 1室篦床連同支撐大梁整體下降

圖4 1室篦床整體下降內(nèi)部完善

圖5 1室活動(dòng)大梁加長(zhǎng)

圖6 改造完成的篦床

由式（1）可以算出2室箱室風(fēng)機(jī)三排活動(dòng)篦板處的阻力：

由LBTF3200型篦冷機(jī)風(fēng)機(jī)配置（表2）可見(jiàn)，2614號(hào)風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓較低，需更換風(fēng)機(jī)，將風(fēng)壓升至9 500Pa，以便平衡2室充氣梁風(fēng)壓。

4.2.2 優(yōu)化冷卻風(fēng)機(jī)風(fēng)量

優(yōu)化冷卻風(fēng)機(jī)風(fēng)量需同時(shí)考慮通過(guò)篦板和物料的風(fēng)速與篦冷機(jī)進(jìn)出風(fēng)系統(tǒng)的平衡。

根據(jù)LBTF3200型篦冷機(jī)通過(guò)篦板和物料風(fēng)速表（表3）可知，2608、2609號(hào)風(fēng)機(jī)1室階梯篦板風(fēng)速，2607、2631號(hào)風(fēng)機(jī)1室箱室風(fēng)速，2614號(hào)風(fēng)機(jī)2室箱室風(fēng)速，2617號(hào)風(fēng)機(jī)4室箱室風(fēng)速較低；2610、2611號(hào)風(fēng)機(jī)1室充氣梁風(fēng)速較高。

初步調(diào)整方案對(duì)比見(jiàn)表5。

經(jīng)討論，最終決定做以下改動(dòng)：

（1）由于2室階梯篦板的拆除，所以2612、2613號(hào)風(fēng)機(jī)被拆除；

（2）2608、2609號(hào)風(fēng)機(jī)1室階梯篦板風(fēng)機(jī)暫時(shí)不改動(dòng)，可以節(jié)約資金。

（3）2610、2611號(hào)風(fēng)機(jī)1室充氣梁風(fēng)機(jī)的風(fēng)量大，可以通過(guò)閥門(mén)開(kāi)度控制風(fēng)量，暫時(shí)不改動(dòng)，節(jié)約投資。

表5 改造前后風(fēng)量風(fēng)速初步調(diào)整方案的對(duì)比

表6 風(fēng)量風(fēng)速最終調(diào)整方案

（4）2607、2631號(hào)風(fēng)機(jī)1室箱室風(fēng)機(jī)風(fēng)量太小，利用一臺(tái)新的大風(fēng)量風(fēng)機(jī)進(jìn)行代替。

（5）2614號(hào)風(fēng)機(jī)2室箱室供風(fēng)風(fēng)機(jī)風(fēng)量風(fēng)壓都太小，所以換新的風(fēng)機(jī)代替。

（6）2室充氣梁風(fēng)機(jī)除了原有2615號(hào)風(fēng)機(jī)以外，2室階梯篦板拆除后新裝的充氣固定梁篦板的供風(fēng)由原2631號(hào)風(fēng)機(jī)整體調(diào)用，充分利用現(xiàn)場(chǎng)資源。

（7）2617號(hào)風(fēng)機(jī)4室箱室供風(fēng)風(fēng)機(jī)風(fēng)量太小，考慮在風(fēng)量增加不多的情況下更換其葉輪，即可提高供風(fēng)風(fēng)量。

風(fēng)量風(fēng)速最終調(diào)整方案對(duì)比見(jiàn)表6。

5 改造效果

篦冷機(jī)改造前后窯、爐系統(tǒng)熱工參數(shù)見(jiàn)表7。

分析表7數(shù)據(jù)可見(jiàn)，改造后，產(chǎn)量比改造前提高了10t/h；二次風(fēng)溫平均值比改造前提高40℃，波動(dòng)范圍減少了一半；三次風(fēng)溫平均值相比改造前提高了68℃，波動(dòng)范圍變化不大；窯頭喂煤量比改造前平均減少0.5t/h；分解爐喂煤量比改造前平均減少0.2t/h；其余參數(shù)改造前后變化不大。

表7 篦冷機(jī)改造前后窯、爐系統(tǒng)熱工參數(shù)

篦冷機(jī)改造后，在產(chǎn)量提高的情況下，篦冷機(jī)冷卻系統(tǒng)能夠滿(mǎn)足系統(tǒng)的穩(wěn)定平衡，供風(fēng)系統(tǒng)可保證窯和爐的用風(fēng)需求，二、三次風(fēng)溫提高，窯、爐用煤量減少，僅煤耗降低一項(xiàng)每年就可節(jié)約資金上百萬(wàn)。

美中不足的是，入煤磨溫度基本沒(méi)變化，入AQC爐平均溫度沒(méi)有改善，預(yù)熱發(fā)電量沒(méi)有提高。