淺談第四代篦冷機的特點與結(jié)構(gòu)優(yōu)化

趙光平

摘 要：隨著水泥制造業(yè)的不斷發(fā)展，水泥篦冷機也不斷地進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化。篦冷機作為水泥生產(chǎn)過程中最關(guān)鍵的熱能回收設(shè)備，對水泥的生產(chǎn)起著至關(guān)重要的作用。本文以當前應(yīng)用最為廣泛的第四代篦冷機為研究對象，簡要闡述了第四代篦冷機的技術(shù)特點，并對第四代篦冷機的結(jié)構(gòu)與升級改造進行了簡單的探討。

關(guān)鍵詞：篦冷機；技術(shù)特點；結(jié)構(gòu)特性；結(jié)構(gòu)優(yōu)化

中圖分類號：TQ172 文獻標識碼：A

目前，在新型干法水泥生產(chǎn)過程中所采用的主流機型為第四代水泥篦冷機。在水泥生產(chǎn)過程中，篦冷機不僅能有效降低水泥熟料的溫度，還能將熟料散發(fā)的熱量進行有效的回收利用。篦冷機可以將熟料散發(fā)的熱量以二次風、三次風的形式分別供窯內(nèi)煅燒、分解爐預(yù)分解以及通過余熱的形式供發(fā)電使用或作為生產(chǎn)線上煤磨烘干的熱源。在可持續(xù)發(fā)展不斷推進的過程中，如何保證水泥篦冷機的高效冷卻率、高效熱回收率、高效運轉(zhuǎn)以及降低水泥生產(chǎn)成本，是當前各個水泥制造企業(yè)根據(jù)各自實際情況進行相應(yīng)改進和優(yōu)化的研究重點。因此，本文就針對目前常見的第四代水泥篦冷機的特點及結(jié)構(gòu)優(yōu)化進行簡單的探討，以進一步促進水泥制造業(yè)的發(fā)展。

1.第四代篦冷機的技術(shù)特點

縱觀篦冷機的發(fā)展，最具代表性的第四代篦冷機主要有史密斯公司的Cross-Bar篦冷機和富士-摩根的步進式篦冷機兩類。本文就以這兩類最具代表性的第四代篦冷機為例，對其技術(shù)特點進行簡要闡述。

Cross-Bar篦冷機是史密斯公司研發(fā)的最早的第四代篦冷機，其技術(shù)特點主要有以下幾點：（1）采用了全固定的篦床，有效避免了常見的漏料和漏風的問題。（2）采用專門定制的三角斷面推桿系統(tǒng)進行熟料推動輸送，該推桿系統(tǒng)不僅能夠?qū)崿F(xiàn)熟料推動輸送功能與冷卻功能的相互獨立，而且可利用推桿的不斷攪動功能有效解決了熟料細顆粒富集的區(qū)域容易結(jié)塊的問題，使得熟料的冷卻效果得到進一步優(yōu)化。（3）Cross-Bar篦冷機的模塊化設(shè)計更加便于進行設(shè)備的安裝和維護，而且該篦冷機的每塊篦板均設(shè)有新穎巧妙的自動平衡流量閥，可在一定的工作壓力范圍內(nèi)實現(xiàn)每塊篦板空氣流量更加精確的自調(diào)節(jié)。雖然Cross-Bar篦冷機在技術(shù)上進行以上幾點的技術(shù)創(chuàng)新，但是在研制的早期，Cross-Bar篦冷機在技術(shù)上也存在一些問題，如流量自動調(diào)節(jié)閥易失效、液壓系統(tǒng)漏油、熟料輸送裝置易損壞等問題。經(jīng)過不斷研究，史密斯公司在2010年研制出了新型十字棒式冷卻機，對其推桿結(jié)構(gòu)和尺寸進行了優(yōu)化改進，同時也對潤滑系統(tǒng)和驅(qū)動裝置進行了優(yōu)化。新型十字棒式冷卻機的主體改為水平，同時增大了篦板尺寸，并在進料端對空氣炮和攪動裝置等進行了優(yōu)化配置，使得熟料冷卻效果和熱量回收效果更好，設(shè)備運行更加穩(wěn)定、可靠。

富士-摩根的步進式篦冷機的主要技術(shù)特點有：（1）采用移動地板式結(jié)構(gòu)，不設(shè)退料裝置，利用連桿機構(gòu)帶動篦床多列篦板的“同進錯退”運動來實現(xiàn)熟料輸送動。（2）步進式篦冷機也采用了模塊化設(shè)計和自調(diào)節(jié)流量閥。與Cross-Bar篦冷機相比，步進式篦冷機采用單端篦床且無攪動設(shè)施，導致料層控制機動性差，當熟料結(jié)粒情況差時，該篦冷機的冷卻效果就會受到很大的影響。目前我公司采用的篦冷機屬于步進式，這類篦冷機在技術(shù)上仍然存在一些問題，如驅(qū)動裝置要求高、驅(qū)動裝置潤滑點過多、空氣調(diào)節(jié)閥易失效、液壓缸漏油等問題出現(xiàn)較頻繁。由此可見，對第四代步進式篦冷機的結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化改造是非常有必要的。

2.第四代篦冷機的結(jié)構(gòu)與升級改造

2.1 結(jié)構(gòu)特性

第四代水泥篦冷機的結(jié)構(gòu)特性主要包括以下幾點：（1）增加了余熱發(fā)電裝置，第四代篦冷機余熱供應(yīng)系統(tǒng)與窯頭、窯尾的余熱發(fā)電裝置實現(xiàn)了配合使用。在未安裝余熱發(fā)電時，篦冷機的三次風的一部分供預(yù)熱器及煤磨的烘干后，其余熱就混入冷風，待降溫到一定溫度后經(jīng)收塵器將廢氣排掉，而且廢氣在排出時仍具有較高的溫度，其余熱不能得到更好的利用。在安裝余熱發(fā)電裝置后，便可在篦冷機中部取熱風用于余熱發(fā)電，在降低尾部廢氣溫度同時還節(jié)約了發(fā)電煤粉的用量。（2）破碎機改造，第四代篦冷機在篦床中采用輥式破碎機，以替換尾部錘式破碎機。通過改造，大的熟料塊在篦冷機中部就可將其破碎到25mm以下，使得料塊內(nèi)部的熱量能夠得到有效的回收，同時也降低了篦冷機尾部廢氣溫度和粉塵的濃度。第四代篦冷機選用的輥式破碎機一般具有一年以上的破碎壽命，可以滿足回轉(zhuǎn)窯的檢修周期要求，不用在回轉(zhuǎn)窯運轉(zhuǎn)期間對篦冷機的破碎機進行檢修，提高了設(shè)備整個生產(chǎn)系統(tǒng)的運行效率。（3）篦板結(jié)構(gòu)改進，第四代篦冷機采用焊接結(jié)構(gòu)的優(yōu)質(zhì)固定篦板。在實際生產(chǎn)過程中，優(yōu)質(zhì)固定篦板能更好的控制篦縫的大小，減小了篦板質(zhì)量對熟料冷卻效果的不利影響，使得風量在篦床上的分布更加均勻，可以有效地控制“紅河”現(xiàn)象的發(fā)生。優(yōu)質(zhì)篦板對當前的鑄造技術(shù)提出了越來越高的要求，面對當前高質(zhì)量篦板的鑄造技術(shù)不夠成熟、成本較高、質(zhì)量不穩(wěn)定等問題，對第四代篦冷機采用的焊接篦板進行適當?shù)馗倪M，首先選用耐磨鋼板，并將其折成U型結(jié)構(gòu)，再通過焊接技術(shù)將U型篦板焊接成篦縫為豎向凹槽式，將篦縫風道改為迷宮式結(jié)構(gòu)，并采用激光切割的橫向耐磨隔板對篦縫的大小進行更加精確的控制，以確保風量的分布更加均勻。（4）在改進的篦板下方安裝自動空氣流量調(diào)節(jié)閥，進一步提高冷卻風的利用效率，在保證高效降溫的同時，減少冷卻風量的用量，減少供風機的電量消耗。（5）通常在篦床的上方常常存在一些相對固定的死料層，使得優(yōu)質(zhì)篦板能有效避免高溫熱熟料的侵蝕，對篦板起到了良好的保護作用，大大增加了篦板的使用壽命，同時也節(jié)約了設(shè)備零件更換的材料費和人工費。（6）第四代篦冷機在結(jié)構(gòu)上采用了模塊化的設(shè)計和安裝，進一步提高了各部件的制造精度和安裝精度，同時也大大縮短了技改現(xiàn)場施工的周期。

2.2 升級改造方案

結(jié)合第四代篦冷機目前的結(jié)構(gòu)特性與實際生產(chǎn)過程，對第四代篦冷機運行過程進型相關(guān)的分析，并對第四代篦冷機的運行過程進行一定的升級改造，改造主要有以下幾點：

（1）篦冷機內(nèi)部的熟料輸送過程及操作控制，對篦床進行一定的改造，采用多行相獨立的輸送道梁，實現(xiàn)各行篦速的單獨調(diào)整。在熟料的輸送首先由多行輸送道梁一起以一定的推動速度，把熟料向前推移到一個程距，隨后各道梁逐個快速交替返程，利用兩側(cè)面的阻礙和慣性力使熟料在向前推移一定的距離，以滿足熟料運動輸送的目的。篦床采用平行輸送道梁整行式輸送結(jié)構(gòu)后，每行輸送梁的篦速可單獨進行調(diào)整，保證了料層厚度分布更加均勻。多行相獨立的輸送道梁工作的受力主要只在篦床向前推進時，料層受到篦床推動力和進口端輸送熟料的推力，同時在篦冷機側(cè)壁熟料還受到一定阻力的影響。

（2）篦冷機供風系統(tǒng)設(shè)計與操作，供風系統(tǒng)的設(shè)計與熟料冷卻效果和系統(tǒng)能耗有著直接的關(guān)系。篦冷機在工作中，由于其篦床上輸送的熟料層厚度基本相同，在每塊篦板下配置一個自調(diào)節(jié)流量控制閥，利用閥板在流體中的重力與浮力相平衡原理，實現(xiàn)閥體過流面積的自動調(diào)節(jié)，進一步確保熟料在篦床中供風的均勻性。

（3）熟料冷卻過程改造，熟料在水泥篦冷機中的冷卻過程比較復(fù)雜，其控制難度也較大。熟料的冷卻過程近似固定篦床中氣固相流之間的熱交換過程，因此，可通過對這一熱交換過程進行相應(yīng)的研究，進一步分析篦床層中熟料及氣體的溫度變化規(guī)律，實現(xiàn)熟料冷卻過程更加有效的控制。將篦冷機的換熱過程進行簡化，并對整個篦冷機系統(tǒng)進行一定理想化假設(shè)，在充分慮熟料的物理幾何特征的條件下對熟料床層進行相應(yīng)的網(wǎng)格劃分，每一個網(wǎng)格作為一個換熱單元，建立篦冷機熟料與空氣換交熱過程的模型，并進行模型計算，通過相關(guān)的參數(shù)調(diào)整，使得模型更加貼近實際生產(chǎn)，最后利用模型分析計算的結(jié)果知道實際生產(chǎn)，以確保冷卻過程更加高效。

結(jié)語

隨著國家“節(jié)能減排”戰(zhàn)略目標的進一步推進，對水泥篦冷機提出了更高的要求。第四代篦冷機通過結(jié)構(gòu)優(yōu)化和改造升級，大大提高了冷卻率、熱回收率，在確保設(shè)備高效運轉(zhuǎn)的同時進一步降低了水泥生產(chǎn)成本，為水泥制造企業(yè)帶來更大的經(jīng)濟效益，促進水泥制造業(yè)的進一步發(fā)展。

參考文獻

[1]劉淵，蔡玉良，孫德群，等.NC型第四代篦冷機結(jié)構(gòu)特性研究[J].中國水泥，2014（7）：75-79.