針對“紅河”現(xiàn)象的冷卻機機械改造

戴軍康合肥水泥研究設(shè)計院，安徽　合肥　230051

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針對“紅河”現(xiàn)象的冷卻機機械改造

戴軍康
合肥水泥研究設(shè)計院，安徽合肥230051

摘要“紅河”現(xiàn)象的產(chǎn)生很容易被認為與篦冷機篦床上的阻力分布有關(guān)。針對“紅河”現(xiàn)象的冷卻機機械改造方法是：消除熟料在落料急冷中的離析現(xiàn)象，冷卻機高溫端采用馬蹄形結(jié)構(gòu)設(shè)計；將二室的固定梁改為充氣梁結(jié)構(gòu)設(shè)計，由于采用充氣梁結(jié)構(gòu)對篦板供風，具有針對性的強制供風效果；在篦床上適當位置增加“橋板”。

關(guān)鍵詞“紅河”現(xiàn)象離析馬蹄形結(jié)構(gòu)充氣梁“橋板”

0　引言

在預(yù)分解窯水泥的生產(chǎn)中，在篦床上熟料層的細料側(cè)，從進料至出料段呈現(xiàn)一條高溫熟料紅料帶，俗稱“紅河”（見圖1）。浙江某水泥廠的篦床就經(jīng)常出現(xiàn)這種“紅河”現(xiàn)象，影響了熟料的冷卻和冷卻機的熱回收效率，使得出料溫度較高，加快了篦板的磨損。在對該廠冷卻機的改造中，“紅河”問題需首要解決。但“紅河”問題不僅與工藝設(shè)計、操作控制有關(guān)，還與冷卻機結(jié)構(gòu)有關(guān)。本文僅針對“紅河”現(xiàn)象的冷卻機機械改造進行介紹。

圖1　“紅河”現(xiàn)象

1　“紅河”的形成原因分析

物料在窯內(nèi)煅燒，受離心力的作用會產(chǎn)生離析。當熟料從窯頭落至篦床上時，大顆粒集中在一側(cè)，細顆粒集中在另一側(cè)。當窯轉(zhuǎn)速較快且窯內(nèi)細顆粒熟料較多時，細顆粒集中在一側(cè)的現(xiàn)象尤為明顯。其中粗料側(cè)的風阻較小，細料側(cè)的阻力較大，這就導致冷卻風從阻力較小的粗料側(cè)跑掉，從而產(chǎn)生冷卻風短路的現(xiàn)象，如圖2所示，細料側(cè)的熟料冷卻效果差，高溫熟料會加速篦板的磨損。

圖2　冷卻風短路示意圖

由此可見，“紅河”現(xiàn)象的產(chǎn)生很容易被認為與篦冷卻篦床上的阻力分布有關(guān)，冷卻風透過篦板的阻力通過以下公式來計算[1]：

Δ P=γλV2/2g

式中：Δ P—冷卻風的阻力損失， Pa；

V—氣體通過篦板出口的速度， m/s；

λ—熟料的阻力系數(shù)，其值大小確定于熟料結(jié)粒大小、熟料之間的縫隙率以及熟料的粘度大小等；

g—重力加速度，m/s2；

γ—冷卻風的容重，單位kg/m3。

由該公式可知，冷卻風透過料層的阻力值大小與冷卻空氣的容重、熟料的阻力系數(shù)、冷卻風篦板出口的氣流速度的大小有關(guān)。當冷卻風通過篦板出口對高溫熟料進行冷卻時，由于兩者之間存在較大的溫差，冷卻風和熟料之間產(chǎn)生熱交換，熟料內(nèi)的熱量被冷卻風帶走，冷卻風受熱后其溫度也相應(yīng)升高，體積也隨之增大，并提高風的流速。冷卻風穿過熟料層的阻力大小與氣流速度的平方成正比關(guān)系，而單位氣體的密度則隨著溫度增加而減小，這就導致了通過熟料的氣體阻力隨著氣體的溫度增加的一次方關(guān)系增加。而當冷卻風穿過溫度較低的熟料層時，由于氣流產(chǎn)生的溫差較小，導致冷卻風的溫度增加較少，因此料層的阻力增加也較低，這就導致了冷卻風容易從阻力較低區(qū)域料層穿過，在篦床上，冷卻風的透過量越多，熟料的溫度則越低。

當熟料從窯掉落到篦冷機固定端時，由于受到離心力的作用，熟料的分布產(chǎn)生離析現(xiàn)象，粗顆粒熟料集中在篦床一側(cè)，細顆粒熟料集中在篦床的另一側(cè)，篦床中部為粗細顆粒熟料混合區(qū)域，由于熟料顆粒粗細的不同，這就導致了熟料料層的風阻的差異。另外窯的轉(zhuǎn)速較快且窯內(nèi)燒成的細顆粒熟料較多時，粗細顆粒熟料分布在篦床兩側(cè)的現(xiàn)象就更加明顯。

從篦冷機的橫向方向上來看，空氣阻力小的地方，冷卻風多，冷卻效果好，而空氣阻力大的地方，冷卻風量少，冷卻效果差，這就導致了冷卻風主要從風阻低的熟料層處通過，而風阻高的熟料部分則通過很少的冷卻風，由于阻力高的地方冷卻風少，熟料得不到較好的冷卻。

在篦床的縱向方向上，熟料隨著篦冷卻機活動篦板的前后往復推動慢慢向前移動，在推動過程中，由于冷卻風的作用以及熟料的移動，熟料顆粒分布雖然產(chǎn)生變化，但是變化不是很大，這時冷卻機篦床的兩側(cè)會出現(xiàn)細顆粒的熟料在一側(cè)形成一條帶狀分布，而粗顆粒的熟料在篦床另一側(cè)也形成一條帶狀分布。熟料細顆粒間隙較小、粘度較高，產(chǎn)生的空氣阻力較大，而粗顆粒熟料的間隙較大，產(chǎn)生的空氣阻力較小，冷卻風會較多地吹向粗顆粒熟料層，而細顆粒熟料層則得到很少的冷卻風。由于細顆粒層處的冷卻風量少而使得熟料得不到充分和及時地冷卻，這就導致了細顆粒熟料層表面因為高溫呈現(xiàn)一條紅色的長河，而粗料側(cè)由于得到了充足的冷卻風，其熟料層表面呈現(xiàn)黑色。這就導致兩側(cè)的熟料呈現(xiàn)不同的顏色，形成一條從篦冷機的進口到破碎機出口的紅色長河的現(xiàn)象。這就是“紅河”現(xiàn)象產(chǎn)生的原因[2]。

2　針對“紅河”現(xiàn)象的冷卻機機械改造

“紅河”現(xiàn)象產(chǎn)生的原因較為復雜，不僅和篦冷機本身結(jié)構(gòu)有關(guān)，還和配料及熟料燒成系統(tǒng)的穩(wěn)定與否有很大的關(guān)系，這些都將直接影響熟料的此問題結(jié)粒度及粘度，影響篦床上阻力的分布是否均勻。本文不多討論，主要從機械設(shè)計方面來解決“紅河”現(xiàn)象。

首先，消除熟料在落料急冷中的離析現(xiàn)象。熟料前端固定端老式的澆注料設(shè)計是兩側(cè)前后寬度一致，而此次改造冷卻機高溫端采用的是馬蹄形結(jié)構(gòu)設(shè)計，讓熟料從前端落料端有一個由窄到寬的分布，這樣可以有效地避免熟料分布不均，馬蹄形結(jié)構(gòu)設(shè)計見圖3所示。

圖3　落料端馬蹄形結(jié)構(gòu)設(shè)計

其次，改善高溫端熟料的冷卻效果：將二室的固定梁改為充氣梁結(jié)構(gòu)設(shè)計。采用充氣梁結(jié)構(gòu)對篦板供風，具有針對性的強制供風效果。

最后，由于篦床上容易產(chǎn)生“紅河”現(xiàn)象，熟料得不到良好的冷卻，所以在篦床上適當位置增加“橋板”，見圖4。橋板是安裝在活動篦板梁上不動的篦板，這樣熟料經(jīng)過該篦板時，因為該篦板不運動，無法將熟料往前推，導致熟料只能往中間集中，這樣可以有效地減少細料側(cè)的熟料的料層厚度，使得熟料更容易吹透料層，提高冷卻效果。橋板的布置如圖5所示。

圖4　橋板結(jié)構(gòu)示意圖

3　改造后的效果

按照以上設(shè)計方法對篦冷機進行改造，并整體提高了一段篦床的風機壓力，冷卻效果更佳；一段篦床采用厚料層操作，料層厚度由原來的600 mm左右提高到800 mm左右，避免了熟料一邊吹穿而另一邊冷卻不好的現(xiàn)象（注意：料層厚度的加厚，要避免細料側(cè)通風的不暢。），消除了“紅河”現(xiàn)象，熟料的冷卻效果明顯加強，熱回收效率明顯提高。改造前后主要指標如表1所示。

圖5　篦床上增加橋板示意圖

表1　篦冷機改造前后對比

根據(jù)改造前后的技術(shù)指標對比，冷卻機機械改造的效果是明顯的，熱回收效率明顯得到提高，但是二、三次風溫還有進一步的提升空間，今后我們會通過工藝等其他形式的改造，進一步提升二、三次風溫，提高燒成系統(tǒng)的熱回收效率。

參考文獻

[1] 熊會思.新型干法燒成水泥熟料設(shè)備設(shè)計、制造、安裝與使用[M].北京:建材工業(yè)出版社,2005.

[2] 陳友德.篦冷機“紅河”的生成原因和解決途徑//2010首屆全國熟料冷卻技術(shù)經(jīng)驗交流會論文集[C].北京:中國硅酸鹽學會科普工作委員會.建筑材料工業(yè)技術(shù)情報研究所,2010.

中圖分類號：TQ172.622.4

文獻標識碼：B

文章編號：1008-0473(2016)01-0034-03DOI編碼：10.16008/j.cnki.1008-0473.2016.01.007

收稿日期：（2015- 11- 08）