5 000t/d 水泥熟料生產(chǎn)線篦冷機(jī)的升級(jí)改造

侯振光，許龍旭，劉占元，鞠召會(huì)，胡必珍

1 項(xiàng)目概況及改造目標(biāo)

安徽省廣德市某5 000t/d水泥熟料生產(chǎn)線由天津水泥工業(yè)設(shè)計(jì)研究院有限公司（以下簡(jiǎn)稱“天津水泥院”）設(shè)計(jì)，于2004 年11 月正式投產(chǎn)。該生產(chǎn)線燒成系統(tǒng)窯頭使用了TC-12102型第三代往復(fù)推動(dòng)式篦冷機(jī)，有效篦床面積為119.3m2。隨著生產(chǎn)線運(yùn)行產(chǎn)量的不斷提升，原篦冷機(jī)已難以滿足生產(chǎn)需求，主要存在如下問(wèn)題：

（1）出篦冷機(jī)熟料溫度高（150℃～180℃），不能滿足長(zhǎng)膠帶輸送機(jī)輸送熟料的要求。

（2）風(fēng)室竄風(fēng)嚴(yán)重，風(fēng)機(jī)運(yùn)行效率低，工序電耗高（＞6.5kW·h/t.cl）。

（3）篦床漏料嚴(yán)重，鎖風(fēng)閥故障多，影響設(shè)備安全運(yùn)行。

（4）篦板、錘頭等使用壽命短，更換維護(hù)工作量大。

為徹底解決以上問(wèn)題，擬對(duì)現(xiàn)有篦冷機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行全面升級(jí)改造，改造目標(biāo)確定如下：

（1）篦冷機(jī)熟料處理量滿足產(chǎn)量要求，出篦冷機(jī)熟料溫度≤65℃+環(huán)境溫度。

（2）二次風(fēng)溫≥1 150℃，三次風(fēng)溫≥950℃。

（3）篦冷機(jī)整機(jī)電耗≤5.9kW·h/t.cl。

（4）提高設(shè)備運(yùn)行可靠性、穩(wěn)定性。

2 改造方案

將現(xiàn)有篦冷機(jī)全部拆除，安裝一臺(tái)由天津水泥院自主研發(fā)設(shè)計(jì)生產(chǎn)的Sinowalk 型第四代帶中置輥式破碎機(jī)的篦冷機(jī)；拆除現(xiàn)有液壓裝置及冷卻風(fēng)機(jī)群，配置新的液壓系統(tǒng)和冷卻風(fēng)機(jī)系統(tǒng)；同步優(yōu)化升級(jí)與篦冷機(jī)相連接的熱風(fēng)管道、溜子及槽式輸送機(jī)。

2.1 設(shè)備選型

2.1.1 篦冷機(jī)選型

Sinowalk 型第四代帶中置輥式破碎機(jī)的篦冷機(jī)篦床由多個(gè)緊湊且標(biāo)準(zhǔn)化的模塊組成，具有用風(fēng)量少、篦床磨損少、輸送效率高、熱回收效率高、運(yùn)轉(zhuǎn)率高、冷卻效果好、安裝時(shí)間短等優(yōu)點(diǎn)。篦床的列與列之間配有精密鑄造的特殊迷宮式密封，可保證篦床不漏料。輥式破碎機(jī)由耐高溫（600℃～700℃）特殊材料制成，使用壽命長(zhǎng)，能耗低；其置于篦冷機(jī)的中部位置，可將溫度較高的大塊熟料或窯皮在篦冷機(jī)中部破碎，更有利于熟料的冷卻及余熱的回收。篦床是篦冷機(jī)的核心部件，其有效面積的確定應(yīng)根據(jù)熟料冷卻量、海拔高度等因素綜合考慮，其列數(shù)與長(zhǎng)度應(yīng)根據(jù)原有廠房的空間位置、要求的篦床面積、回轉(zhuǎn)窯的直徑等條件來(lái)確定。改造后的篦冷機(jī)技術(shù)參數(shù)如表1所示。

表1 改造后的篦冷機(jī)技術(shù)參數(shù)

2.1.2 風(fēng)機(jī)選型

根據(jù)出窯熟料溫度及熟料在篦床位置的不同，將篦冷機(jī)下殼體劃分為8個(gè)風(fēng)室，冷卻風(fēng)機(jī)需要為各個(gè)風(fēng)室供風(fēng)，以保證冷風(fēng)與熟料之間有較好的換熱效率。

冷卻風(fēng)機(jī)的選型直接影響篦冷機(jī)的冷卻性能，需兼顧風(fēng)量、風(fēng)壓與效率。冷卻風(fēng)機(jī)的風(fēng)量取決于篦冷機(jī)各風(fēng)室的面積和風(fēng)速，風(fēng)壓則取決于管道阻力、篦床阻力及料層阻力。在篦冷機(jī)的高溫區(qū)，為保證熟料的急冷效果和窯、爐供風(fēng)所需的風(fēng)量，冷卻風(fēng)機(jī)一般會(huì)全負(fù)荷運(yùn)行，因此本項(xiàng)目篦冷機(jī)1～4風(fēng)室所配的冷卻風(fēng)機(jī)采用閥門(mén)控制；而5～8風(fēng)室所配的冷卻風(fēng)機(jī)的風(fēng)量、風(fēng)壓需隨窯況、窯產(chǎn)量及料層厚度不斷調(diào)整，因此選用變頻控制，以降低風(fēng)機(jī)的電耗。冷卻風(fēng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向根據(jù)冷卻風(fēng)機(jī)出風(fēng)口與篦冷機(jī)進(jìn)風(fēng)口的相對(duì)高度合理選擇，保證冷卻風(fēng)機(jī)至篦冷機(jī)的風(fēng)管平順過(guò)渡，以降低冷卻風(fēng)管的阻力，進(jìn)而降低風(fēng)機(jī)的電耗。

2.2 工藝設(shè)計(jì)

2.2.1 篦冷機(jī)布置

中置輥式破碎機(jī)將篦冷機(jī)分為前、后兩段（一段和二段），一、二段的設(shè)備高差～3.4m。受現(xiàn)有窯頭平臺(tái)標(biāo)高及現(xiàn)有窯門(mén)罩設(shè)備高度的限制，二段的篦冷機(jī)需置于現(xiàn)有車間±0.000m 平面以下。確定篦冷機(jī)一、二段的底標(biāo)高時(shí)，需要兼顧減少對(duì)原結(jié)構(gòu)的拆改、保證結(jié)構(gòu)的安全性、篦冷機(jī)與上下游設(shè)備對(duì)接的合理性、改造的經(jīng)濟(jì)性等因素。

通過(guò)綜合考慮，本項(xiàng)目中新篦冷機(jī)一段標(biāo)高確定為1.954m，二段標(biāo)高確定為-1.446m。新篦冷機(jī)一段的基礎(chǔ)利用原篦冷機(jī)的混凝土基礎(chǔ)及鋼底框架；二段的基礎(chǔ)則以原有地坑壁為結(jié)構(gòu)支撐，僅新增部分支撐鋼梁，節(jié)約了土建投資。篦冷機(jī)二段部分需將原±0.000m平面基礎(chǔ)改造為-1.446m地坑基礎(chǔ)；輥式破碎機(jī)采用混凝土梁柱結(jié)構(gòu)支撐。新篦冷機(jī)主剖面圖如圖1所示。

圖1 新篦冷機(jī)主剖面圖

合理設(shè)計(jì)篦冷機(jī)上殼體至余熱鍋爐前的沉降室、煤磨及窯頭廢氣收塵器的取風(fēng)口尺寸及位置，保證各取風(fēng)口處的風(fēng)量及溫度滿足系統(tǒng)要求，確保篦冷機(jī)取風(fēng)口處的殼體與現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的梁柱互不干涉，并留出足夠的安裝空間。出篦冷機(jī)的熱風(fēng)管道設(shè)計(jì)角度應(yīng)≥40°，防止風(fēng)管內(nèi)部積灰。

在篦冷機(jī)一段端部的“馬蹄口”位置設(shè)置空氣炮并定期噴吹，清理固定篦床及“馬蹄口”斜坡上的積料，防止形成“雪人”；同時(shí)，專門(mén)設(shè)置推“雪人”裝置，以解決窯內(nèi)易出現(xiàn)“雪人”的問(wèn)題。推“雪人”裝置的尾端應(yīng)頂至現(xiàn)有1號(hào)窯墩的側(cè)面，以抵抗推“雪人”過(guò)程中設(shè)備產(chǎn)生的水平力。

在冷卻風(fēng)機(jī)不停機(jī)的情況下，維修人員可通過(guò)篦冷機(jī)下殼體的雙重檢修門(mén)進(jìn)入篦冷機(jī)風(fēng)室內(nèi)進(jìn)行巡檢維修，從而確保篦冷機(jī)在一般故障情況下仍可正常生產(chǎn)。本項(xiàng)目中篦冷機(jī)的雙重檢修門(mén)集中布置于冷卻風(fēng)機(jī)群的另一側(cè)，便于現(xiàn)場(chǎng)維修人員的日常集中巡檢。篦冷機(jī)一段新增加的鋼平臺(tái)大小、二段新增加的地坑大小均滿足設(shè)備本體周邊有≥800mm 的巡檢空間，同時(shí)兼顧了巡檢區(qū)域通行的連貫性及現(xiàn)場(chǎng)的美觀性。

2.2.2 冷卻風(fēng)機(jī)布置

改造后，冷卻風(fēng)機(jī)群布置在篦冷機(jī)沿料流方向的左側(cè)（F1B～F9）及前端（F1A），便于集中管理；風(fēng)機(jī)上下交錯(cuò)布置，每臺(tái)冷卻風(fēng)機(jī)周邊均留有≥800mm 的巡檢空間。盡量保證冷卻風(fēng)機(jī)至篦冷機(jī)的風(fēng)管呈直線布置，以減少風(fēng)管阻力；冷卻風(fēng)機(jī)的混凝土基礎(chǔ)全部重新澆筑，冷卻風(fēng)機(jī)全部用地腳螺栓固定；風(fēng)機(jī)進(jìn)風(fēng)口全部設(shè)置消聲器，以減少風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的噪聲。本項(xiàng)目輥式破碎機(jī)設(shè)有兩臺(tái)冷卻風(fēng)機(jī)（一用一備），防止因冷卻風(fēng)機(jī)故障造成輥式破碎機(jī)的高溫?fù)p壞，保證了輥式破碎機(jī)的使用壽命及系統(tǒng)運(yùn)行的連續(xù)性。

圖2 為新篦冷機(jī)平面布置圖。從圖2 可以看出，所有風(fēng)機(jī)至篦冷機(jī)的冷卻風(fēng)管，除F2風(fēng)機(jī)的冷卻風(fēng)管稍有彎曲外，其余冷卻風(fēng)管均呈直線正對(duì)布置。圖3為一、二段風(fēng)機(jī)剖面圖。從圖3可以看出，所有風(fēng)機(jī)出口均有足夠的過(guò)渡段，且冷卻風(fēng)管均在＞20°的拐彎處設(shè)置了彎頭，確保風(fēng)管內(nèi)部氣流通暢；冷卻風(fēng)管在過(guò)渡段后的尺寸與篦冷機(jī)進(jìn)風(fēng)口相同，以保證風(fēng)管內(nèi)有較低的風(fēng)速。以上兩點(diǎn)設(shè)計(jì)保證了各冷卻風(fēng)管內(nèi)的阻力較低，更利于降低風(fēng)機(jī)的電耗。

圖2 新篦冷機(jī)平面布置圖

圖3 一、二段風(fēng)機(jī)剖面圖

2.2.3 液壓油站布置

液壓油站一般要求設(shè)置在相對(duì)潔凈的空間內(nèi)，以保證液壓系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)的穩(wěn)定性，進(jìn)而提高篦冷機(jī)系統(tǒng)的可靠性。如圖2所示，原有篦冷機(jī)的液壓油站房正好位于新篦冷機(jī)一段尾部、二段開(kāi)始的位置，且有足夠空間，因此考慮將新液壓裝置仍放置于原有廠房?jī)?nèi)，可保證油站至一、二段液壓油管的距離相近（即管道壓力損失相近）。本著就近、安全的原則，新增的篦冷機(jī)推“雪人”裝置的液壓站放置于1 號(hào)窯墩下方。篦冷機(jī)液壓油管出液壓油站廠房后，一段鋪設(shè)于新增鋼平臺(tái)下方，并從篦冷機(jī)的底部進(jìn)入各風(fēng)室；二段跨過(guò)雙重檢修門(mén)，從篦冷機(jī)的側(cè)面進(jìn)入各風(fēng)室，鋪設(shè)時(shí)要保證油管走向及布置的通暢、美觀。液壓油站及輥式破碎機(jī)的控制柜布置于液壓油站廠房?jī)?nèi)，可保證控制柜處于相對(duì)潔凈的工作環(huán)境中，提高設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定性及使用壽命。

2.2.4 其他工藝布置

改造后的新篦冷機(jī)不同于原第三代篦冷機(jī)，其各風(fēng)室下部無(wú)灰斗放料裝置，僅在最尾端設(shè)置卸料口，因此將現(xiàn)有的槽式輸送機(jī)尾部縮短了31m，以進(jìn)一步降低電耗。

考慮到出篦冷機(jī)的熟料量隨窯況的變化而波動(dòng)，熟料量過(guò)多會(huì)造成槽式輸送機(jī)輸送斗過(guò)滿而溢料，導(dǎo)致?lián)P塵并增加清掃工作量，因此將篦冷機(jī)尾部的卸料溜子分成兩路設(shè)置。

改造后，新篦冷機(jī)尾部卸料口比原篦冷機(jī)前移～1m，因此將現(xiàn)有的篦冷機(jī)尾部收塵風(fēng)管前移至新篦冷機(jī)的卸料點(diǎn)處，以保證此處不產(chǎn)生揚(yáng)塵。

重新設(shè)計(jì)窯頭密封裝置下的回灰溜子，并保證溜子角度≥45°，防止出現(xiàn)積灰造成堵塞。

3 改造效果

改造前后的生產(chǎn)技術(shù)指標(biāo)對(duì)比見(jiàn)表2，改造后的中控畫(huà)面見(jiàn)圖4。篦冷機(jī)系統(tǒng)改造后，熟料冷卻效果明顯改善，出篦冷機(jī)熟料溫度大幅降低，二、三次風(fēng)溫提高，標(biāo)準(zhǔn)煤耗及電耗降低，噸熟料發(fā)電量增加，設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定性提高，維修及備件成本顯著降低。車間干凈整齊，無(wú)揚(yáng)灰現(xiàn)象，設(shè)備四周的巡檢空間明亮、寬敞。

表2 改造前后的生產(chǎn)技術(shù)指標(biāo)對(duì)比

圖4 改造后的中控畫(huà)面

改造后，窯系統(tǒng)產(chǎn)量平均提高了214t/d，全年多生產(chǎn)熟料6.42萬(wàn)噸，節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤5 878t/年，節(jié)電175.4×104kW·h/年，全年增加發(fā)電量265.48×104kW·h，每年為企業(yè)帶來(lái)直接經(jīng)濟(jì)效益約1 400 萬(wàn)元。本技改項(xiàng)目達(dá)到了預(yù)期效果，經(jīng)濟(jì)效益顯著，值得在國(guó)內(nèi)同規(guī)格水泥熟料生產(chǎn)線篦冷機(jī)改造項(xiàng)目中推廣。