應(yīng)用變頻技術(shù)改造水泥熟料篦冷機(jī)的節(jié)能效果

田 藝

（合肥水泥研究設(shè)計院有限公司，安徽 合肥 230051)

0 引言

水泥熟料篦冷機(jī)在水泥生產(chǎn)期間，作為熱工設(shè)備能夠快速降低熟料溫度，同時還可以承擔(dān)起加熱升溫入窯風(fēng)的功能。此外，水泥熟料篦冷機(jī)作為工藝裝備，可以在最短時間內(nèi)降低高溫熟料溫度，回收出窯熟料攜帶的熱量。在輸送高溫熟料期間，冷卻高溫熟料便于熟料存儲和輸送。

1 國產(chǎn)第三代篦冷機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

篦冷機(jī)高溫區(qū)域在回收熱量的時候，采用活動充氣梁和固定充氣梁完成；在中溫區(qū)域范圍內(nèi)回收熱量的時候，采用高阻尼低漏料篦板完成；在低溫區(qū)域范圍內(nèi)回收熱量時，采用富勒改進(jìn)型篦板完成。與此同時，在實際操作厚料層期間，篦冷機(jī)的結(jié)構(gòu)上主要是將高阻尼充氣式篦板安裝在充氣梁上，固定式分配風(fēng)管通過固定式充氣梁完成篦板供風(fēng)，活動式充氣梁篦板供風(fēng)是通過金屬撓性軟連接風(fēng)管、關(guān)節(jié)式活動風(fēng)管、活套式分配風(fēng)管等完成，高阻尼低漏料篦板與富勒改進(jìn)型篦板的供風(fēng)，則是需要依靠篦冷機(jī)控制室完成供風(fēng)。

相較于第二代篦冷機(jī)，第三代篦冷機(jī)具有以下特點(diǎn)：

（1）增加了料層的厚度。在第三代篦冷機(jī)設(shè)備使用期間使用高阻尼技術(shù)、充氣梁技術(shù)以及高壓風(fēng)機(jī)技術(shù)，能夠顯著強(qiáng)化熟料冷卻風(fēng)穿透能力，從而使得篦床上的熟料可進(jìn)行厚料層操作。

（2）高溫區(qū)域的風(fēng)機(jī)風(fēng)壓得以增加。在第三代篦冷機(jī)設(shè)備中采用了充氣梁技術(shù)和高阻尼篦板，使得供風(fēng)的風(fēng)壓獲得增加。一般情況下，風(fēng)壓維系在8000Pa 到12000Pa 之間。第三代篦冷機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，高風(fēng)壓呈現(xiàn)出水平風(fēng)向，并且風(fēng)壓將篦板射穿以后快速將高溫熟料冷卻。

（3）降低總風(fēng)量。第三代篦冷機(jī)在使用期間選擇使用了高阻尼篦板，該篦板所產(chǎn)生的阻力是第二代篦冷機(jī)篦板所不能比擬的，當(dāng)篦板縫隙中有空氣穿過的時候，其速度將會達(dá)到40m/s。通過實驗結(jié)果得知，當(dāng)空氣穿過篦板縫隙時的速度保持一定的時候，將會增加篦床上物料的壓力，風(fēng)速將不會再次產(chǎn)生變化。這種現(xiàn)象告訴我們，冷風(fēng)穿過高阻力篦板以后，會繼續(xù)穿過料層，風(fēng)速呈現(xiàn)出比較小的變化，其結(jié)果便是篦床上具有比較均勻的風(fēng)速和冷卻速度，可見不能有太多的風(fēng)量。第三代篦冷機(jī)采取的是新型篦板，可以十分準(zhǔn)確的將空氣予以冷卻，而高壓風(fēng)機(jī)的大量使用，將會降低總風(fēng)量。

（4）顯著提升二次風(fēng)的溫度值，使得篦冷機(jī)熱效率增加。二次風(fēng)的溫度在二代篦冷機(jī)下，一般將會達(dá)到600℃到900℃之間。在三代篦冷機(jī)下，其溫度普遍會達(dá)到1000℃到1200℃之間，可使添加的煤粉被快速燃燒，增加系統(tǒng)產(chǎn)量。

（5）降低漏料量。篦板在設(shè)計期間外形和尺寸要十分精確，可減少篦板的漏料情況，優(yōu)化與改進(jìn)結(jié)構(gòu)縫，大幅度降低篦床漏料量。

（6）降低單位電量消耗。處理漏料和漏風(fēng)的工作量降低，也使得冷卻風(fēng)量降低，在保持產(chǎn)量一定的前提之下，單位耗電量就會有明顯的下降。

2 水泥熟料篦冷機(jī)存在的問題

（1）二次風(fēng)溫度較低，助燃效果差，使得窯對煤炭的適應(yīng)能力下降。當(dāng)煤炭的質(zhì)量發(fā)生變化的時候，燃燒速度降低，影響窯的操作，難以提起燒煤溫度，導(dǎo)致工作人員大量的添加煤炭。燒成帶向后發(fā)生移動，難以集中高溫區(qū)域，產(chǎn)生的粉料多[2]。

（2）高溫段水泥熟料篦板和支撐梁被嚴(yán)重?zé)g，造成維護(hù)設(shè)備的費(fèi)用增加。高阻力篦板與充氣梁應(yīng)用期間容易發(fā)生問題，難以起到驟冷作用，熟料不能快速冷卻，加重了鋼板熟料磨損和侵襲篦板的程度，即使設(shè)備具有再好的制作材質(zhì)，也不能實現(xiàn)長期運(yùn)行。近年來耐熱材料成本增加，使得維修成本增加。

（3）熟料泄漏量大。在極端情況下會造成熟料持續(xù)泄漏，造成支撐設(shè)備和篦板梁被燒壞[3]。篦床漏料的位置嚴(yán)重漏風(fēng)，造成跑風(fēng)問題嚴(yán)重，不能充分冷卻熟料。下料斗有較多積灰，頻繁開啟卸灰閥易造成故障，檢修難度大。

操作篦冷機(jī)的主要目的是為了將冷卻效率提升，使冷卻機(jī)熟料溫度值下降，延長篦冷機(jī)的使用壽命，提升熱回收率。嚴(yán)格控制篦板的使用周期，在篦板使用期間要杜絕出現(xiàn)關(guān)風(fēng)熱料和關(guān)風(fēng)推料等操作，特別是篦冷機(jī)篦床上的熟料清理期間，要保持風(fēng)機(jī)打開以后再推篦床。為了在緊急情況下安全運(yùn)行并保護(hù)好篦冷機(jī)設(shè)備，可以將保護(hù)電源連接入一室風(fēng)機(jī)中，保證篦冷機(jī)在緊急停機(jī)前，高溫區(qū)域的篦板有冷卻風(fēng)機(jī)予以保護(hù)。

3 水泥熟料篦冷機(jī)變頻改造原理

篦冷機(jī)閥門調(diào)節(jié)與調(diào)速的工況趨勢圖見圖1。

圖1 篦冷機(jī)閥門調(diào)節(jié)與調(diào)速的工況趨勢圖

在圖1 中，曲線R1為管網(wǎng)理想阻力，R2為閥門調(diào)節(jié)以后的管網(wǎng)實際阻力。n1為50Hz 下篦冷機(jī)鼓風(fēng)機(jī)滿負(fù)荷運(yùn)行性能。n2和n3為在變頻運(yùn)行狀態(tài)下的不同頻率運(yùn)行曲線。

調(diào)節(jié)閥門時，由于要將流量降低，閥門關(guān)小，增加閥門阻力，此時阻力曲線將會從R1位置移動到R2位置，全壓值則從原來的H0移動到H1，運(yùn)動工況從D 點(diǎn)位置移動到A 點(diǎn)位置，流量值則從Q0點(diǎn)移動到Q3點(diǎn)。在調(diào)節(jié)調(diào)速前，R1阻力曲線是保持不變的，轉(zhuǎn)動速度決定著篦冷機(jī)鼓風(fēng)機(jī)特性曲線趨勢，若是將轉(zhuǎn)動的速度從n1下降到n3，那么特性曲線也與其保持相同的移動趨勢。在實施計算的時候，A 點(diǎn)位置和C 點(diǎn)位置的篦冷機(jī)鼓風(fēng)機(jī)的軸功率關(guān)系表達(dá)式如下：

公式（1）和公式（2）中：

換言之，在流量控制的時候選擇使用閥門，將會浪費(fèi)掉ΔP 的功率。與此同時，隨著不斷關(guān)小閥門，損耗的功率將還會不斷增加。利用變頻調(diào)節(jié)，轉(zhuǎn)速、功率、全壓以及流量之間的關(guān)系如下：

上述公式可以概括為流量和轉(zhuǎn)速一次方程正比關(guān)系，全壓與轉(zhuǎn)速平方成正比關(guān)系，軸功率與轉(zhuǎn)速立方成正比關(guān)系，簡而言之，對水泥熟料篦冷機(jī)鼓風(fēng)機(jī)采取變頻技術(shù)改造，可以降低電力資源消耗，實現(xiàn)能源資源節(jié)約的目的。

4 篦冷機(jī)直流電機(jī)交流變頻改造

4.1 篦冷機(jī)直流電機(jī)耗能情況介紹

許多第三代篦冷機(jī)水泥生產(chǎn)企業(yè)傳動設(shè)備仍在使用直流傳動方式，主要是直流傳動調(diào)速性能良好。但是這種設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜，維護(hù)電刷和整流子時尤為困難，且購買價格昂貴，對使用環(huán)境有著很高的要求，若是在使用期間發(fā)生損壞，需要預(yù)留很長的時間進(jìn)行設(shè)備維修，直接或間接造成水泥生產(chǎn)企業(yè)經(jīng)濟(jì)損失?？梢娫撛O(shè)備節(jié)能效果相對較差，在水泥生產(chǎn)企業(yè)生產(chǎn)期間，需采取創(chuàng)新性方案提升效率[4]。

4.2 篦冷機(jī)直流電機(jī)交流變頻改造

通過實踐結(jié)果證明，變頻處理技術(shù)能大幅度縮短停機(jī)時間，使水泥生產(chǎn)企業(yè)損失降低。變頻調(diào)速利用交流電動機(jī)定子供電頻率改變以實現(xiàn)轉(zhuǎn)速同步，達(dá)到調(diào)節(jié)交流電機(jī)轉(zhuǎn)動速度的目的。其調(diào)速范圍寬、平滑性好和優(yōu)秀的靜態(tài)特性與動態(tài)特性，使得該調(diào)速手段成為最好的高性能和高效率手段。在進(jìn)行變頻調(diào)速期間，電動機(jī)的轉(zhuǎn)速從高速度轉(zhuǎn)變?yōu)榈退俣?，轉(zhuǎn)差率始終保持在最小的數(shù)值，異步電動機(jī)具有很高的功率因數(shù)。在當(dāng)前水泥生產(chǎn)企業(yè)中，篦冷機(jī)電動機(jī)仍舊基本采用直流電機(jī)拖動，在后續(xù)改造期間，可以基于企業(yè)生產(chǎn)實況調(diào)整方案，采用交流變頻拖動技術(shù)。

5 變頻技術(shù)應(yīng)用效益分析

5.1 節(jié)能減排，降低水泥生產(chǎn)企業(yè)能耗

在生態(tài)環(huán)保理念下，積極謀求生產(chǎn)工藝變革勢在必行，企業(yè)內(nèi)部積極貫徹可持續(xù)發(fā)展理念，橫向?qū)Ρ取?biāo)管理，積極尋求最佳的能源節(jié)約方案。篦冷機(jī)與變頻技術(shù)結(jié)合，可以實現(xiàn)能源合理利用，使得各類能源資源按需供應(yīng)，節(jié)省企業(yè)維修設(shè)備成本支出。

5.2 增加產(chǎn)品產(chǎn)能

水泥價格上漲成為當(dāng)前水泥市場最為明顯的變化特征，面對龐大的消費(fèi)市場，水泥生產(chǎn)企業(yè)都開足馬力，不斷拓展生產(chǎn)產(chǎn)能，謀求更大利潤[5]。企業(yè)在國家限制生產(chǎn)線大肆擴(kuò)張的前提下開展生產(chǎn)，可通過變頻技術(shù)優(yōu)化篦冷機(jī)能力，進(jìn)而增加產(chǎn)量。

6 結(jié)束語

水泥生產(chǎn)企業(yè)作為高能耗、高污染行業(yè)，在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域是節(jié)能減排監(jiān)督的重點(diǎn)。水泥熟料篦冷機(jī)改造應(yīng)用變頻技術(shù)，可顯著提升企業(yè)節(jié)能效益。通過變頻技術(shù)調(diào)節(jié)篦冷機(jī)鼓風(fēng)機(jī)閥門，合理控制流量風(fēng)壓，提高調(diào)速精準(zhǔn)度，獲得較快響應(yīng)速度，實現(xiàn)工藝優(yōu)化，保證資源合理使用。采用交流變頻技術(shù)，可以縮短設(shè)備維護(hù)時間，提高產(chǎn)量，實現(xiàn)能源資源節(jié)約，延長設(shè)備使用壽命。