擋風(fēng)墻在篦冷機(jī)中的應(yīng)用

黃達(dá)通，劉登強(qiáng)，薛俊東

阿爾及利亞ZAHANA 4 500t/d 水泥熟料生產(chǎn)線燒成系統(tǒng)窯頭采用德國(guó)IKN 公司的Pendulum 篦冷機(jī)，篦冷機(jī)配備擋風(fēng)墻用于提高篦冷機(jī)系統(tǒng)熱回收效率。本文主要對(duì)篦冷機(jī)擋風(fēng)墻的結(jié)構(gòu)、工作原理及其使用情況進(jìn)行介紹，與業(yè)內(nèi)同仁共享。ZAHANA水泥熟料生產(chǎn)線項(xiàng)目基本配置見表1。

表1 項(xiàng)目基本配置

1 擋風(fēng)墻結(jié)構(gòu)與工作原理

篦冷機(jī)擋風(fēng)墻可將篦冷機(jī)熱回收區(qū)與冷卻區(qū)隔開，防止高溫氣體被窯頭風(fēng)機(jī)抽出，有效提高篦冷機(jī)熱回收效率，降低篦冷機(jī)余熱風(fēng)溫。

1.1 擋風(fēng)墻結(jié)構(gòu)

擋風(fēng)墻由方形耐熱鋼管制成，呈多排布置，主管上有22 個(gè)φ20mm 的排風(fēng)口，該排風(fēng)口也被稱為Coanda噴嘴。擋風(fēng)墻內(nèi)部結(jié)構(gòu)見圖1，Coanda噴嘴見圖2。擋風(fēng)墻上部是中空軸，懸掛于篦冷機(jī)頂部，兩臺(tái)冷卻風(fēng)機(jī)安裝在中空軸上，可隨軸旋轉(zhuǎn)。風(fēng)機(jī)從中空軸的兩側(cè)鼓風(fēng)，由Coanda噴嘴排出，用于冷卻擋風(fēng)墻。冷卻風(fēng)機(jī)參數(shù)見表2。中空軸兩端各有一個(gè)液壓缸驅(qū)動(dòng)擋風(fēng)墻旋轉(zhuǎn)，在與液壓缸相連接的軸上有一個(gè)氣動(dòng)彈簧，由電磁閥控制充、放氣，液壓驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)見圖3。擋風(fēng)墻在工作位置時(shí)，氣動(dòng)彈簧會(huì)給其一個(gè)反向力，有大塊熟料推動(dòng)擋風(fēng)墻時(shí)，易產(chǎn)生角度變化；在擋風(fēng)墻處于升起狀態(tài)時(shí)，氣動(dòng)彈簧會(huì)給其一個(gè)同向力，以減小液壓系統(tǒng)的負(fù)荷；在擋風(fēng)墻下降的過程中，氣動(dòng)彈簧會(huì)自動(dòng)放氣以避免液壓系統(tǒng)承受額外負(fù)荷。完成擋風(fēng)墻安裝后，在擋風(fēng)墻外部敷設(shè)耐火澆注料，防止溫度過高損壞內(nèi)部耐熱鋼管道，耐火澆注料及擋風(fēng)墻尺寸見圖2，擋風(fēng)墻外部結(jié)構(gòu)見圖4。中空軸的外套上裝有兩個(gè)限位器，用于限定擋風(fēng)墻的工作區(qū)間，角位移傳感器則可以隨時(shí)顯示擋風(fēng)墻當(dāng)前的角度。

圖4 擋風(fēng)墻外部結(jié)構(gòu)

表2 冷卻風(fēng)機(jī)參數(shù)

圖1 擋風(fēng)墻內(nèi)部結(jié)構(gòu)

圖2 Coanda噴嘴

圖3 液壓驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)

1.2 擋風(fēng)墻的安裝位置

擋風(fēng)墻安裝在篦冷機(jī)第36 排篦板上方，位于第4 風(fēng)室（見圖5），該位置是理論上篦冷機(jī)熱回收區(qū)與后續(xù)冷卻區(qū)之間的分界線。將擋風(fēng)墻安裝于此處，既能滿足窯系統(tǒng)在滿負(fù)荷生產(chǎn)時(shí)所需的風(fēng)量，又不會(huì)超過窯系統(tǒng)所需風(fēng)量太多，否則會(huì)導(dǎo)致高溫風(fēng)機(jī)拉風(fēng)過大，造成熱量損失，且還會(huì)引起窯頭罩正壓，窯頭負(fù)壓難以控制。

圖5 擋風(fēng)墻安裝位置

1.3 擋風(fēng)墻工作原理

擋風(fēng)墻操作有手動(dòng)和自動(dòng)兩種控制模式。

1.3.1 手動(dòng)控制模式

在手動(dòng)控制模式下，操作人員可在高、低限位器之間手動(dòng)操作擋風(fēng)墻。擋風(fēng)墻下降時(shí)，氣動(dòng)彈簧會(huì)先排空氣體，此操作既可在現(xiàn)場(chǎng)操作面板上進(jìn)行，也可以在中控室完成。

1.3.2 自動(dòng)控制模式

在自動(dòng)控制模式下，擋風(fēng)墻會(huì)在升降到偏移位后自動(dòng)停泵。當(dāng)擋風(fēng)墻板到達(dá)偏移位置后，將被氣動(dòng)彈簧抬起2°～4°，到達(dá)工作位。同時(shí)，氣動(dòng)彈簧的壓縮空氣自動(dòng)關(guān)閉，氣囊內(nèi)保持0.6MPa的壓強(qiáng)。

在氣動(dòng)彈簧完全驅(qū)動(dòng)狀態(tài)下，若擋風(fēng)墻仍無法到達(dá)工作位置，則將通過中空軸角位移傳感器發(fā)出信號(hào)，使氣動(dòng)彈簧泄壓，并以液壓方式上升到高限位置，重新進(jìn)入自動(dòng)控制模式。隨后擋風(fēng)墻再次下降到偏移位，氣動(dòng)彈簧再次充氣，使擋風(fēng)墻定位到工作位。如果擋風(fēng)墻重復(fù)上述操作三次后，仍不能到達(dá)工作位，則需檢查氣動(dòng)彈簧的壓強(qiáng)是否足夠（0.6MPa），檢查液壓系統(tǒng)是否存在管路漏油。

當(dāng)角位移傳感器或氣動(dòng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，必須將擋風(fēng)墻提升到上部限位并關(guān)閉自動(dòng)模式。若電源發(fā)生故障時(shí)，應(yīng)急電源應(yīng)能確保擋風(fēng)墻冷卻風(fēng)機(jī)的運(yùn)行。

1.3.3 大塊物料處理

當(dāng)有大塊物料時(shí)，高于熟料冷卻篦床平面的大塊物料碰撞到擋風(fēng)墻后，擋風(fēng)墻會(huì)因受壓而被稍微抬起，引起角度變化，角位移傳感器檢測(cè)到角度變化后，擋風(fēng)墻會(huì)自動(dòng)提升。擋風(fēng)墻在重新回到工作位置前，會(huì)在上限位保持一段時(shí)間（設(shè)定180s），保持的時(shí)間可以通過控制面板調(diào)節(jié)。

若在復(fù)位過程中，擋風(fēng)墻在一段時(shí)間內(nèi)不能到達(dá)偏移位置，則判定為“被未完全通過的熟料塊阻擋”，擋風(fēng)墻會(huì)再次被抬起。若以上操作重復(fù)三次仍不能達(dá)到偏移位置時(shí)，擋風(fēng)墻將保持在最高位置。出現(xiàn)這種情況后，需人工到現(xiàn)場(chǎng)檢查大塊物料是否已經(jīng)通過，并適當(dāng)調(diào)節(jié)擋風(fēng)墻在上部限位的保持時(shí)間，然后重新啟動(dòng)自動(dòng)控制模式。擋風(fēng)墻的參數(shù)設(shè)置見表3，擋風(fēng)墻的工作位置見圖6，擋風(fēng)墻大塊物料處理過程見圖7。

圖6 擋風(fēng)墻的工作位置

圖7 擋風(fēng)墻大塊物料處理過程

表3 擋風(fēng)墻的參數(shù)設(shè)置

2 擋風(fēng)墻的使用情況

2.1 擋風(fēng)墻的投運(yùn)條件

在回轉(zhuǎn)窯點(diǎn)火升溫階段和投料初期，不建議使用擋風(fēng)墻，擋風(fēng)墻應(yīng)處于上限位，中空軸兩側(cè)的冷卻風(fēng)機(jī)需開啟。當(dāng)窯系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定后，擋風(fēng)墻方可投入使用，但需做好投運(yùn)前的準(zhǔn)備工作。

回轉(zhuǎn)窯喂料量與篦冷機(jī)風(fēng)量的對(duì)應(yīng)關(guān)系見表4。當(dāng)喂料量達(dá)280t/h 時(shí)，篦冷機(jī)風(fēng)量已達(dá)到裝機(jī)總風(fēng)量的90%，需關(guān)掉自動(dòng)控制窯頭罩負(fù)壓的PID回路，適當(dāng)加大高溫風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，將窯頭負(fù)壓提高到-150Pa，開啟擋風(fēng)墻。

表4 回轉(zhuǎn)窯喂料量與篦冷機(jī)風(fēng)量的對(duì)應(yīng)關(guān)系

2.2 擋風(fēng)墻使用過程中出現(xiàn)的問題及解決辦法

在擋風(fēng)墻使用過程中，有以下兩個(gè)常見問題：一是擋風(fēng)墻投入初期，窯頭容易形成正壓；二是回轉(zhuǎn)窯突然止料時(shí)，窯頭負(fù)壓不好控制。窯頭微負(fù)壓由高溫風(fēng)機(jī)控制，由窯頭排風(fēng)機(jī)平衡，只有在保證窯內(nèi)通風(fēng)的情況下，才能用窯頭的一次風(fēng)機(jī)自動(dòng)調(diào)節(jié)窯頭負(fù)壓。如果在沒有保證窯內(nèi)通風(fēng)的情況下，強(qiáng)行用窯頭風(fēng)機(jī)來保證窯頭罩負(fù)壓，則會(huì)造成窯頭罩內(nèi)溫度過高，窯頭罩的使用壽命大大縮減，窯頭罩頂部的澆注料很快被燒掉，同時(shí)，也會(huì)使窯內(nèi)形成還原氣氛，極易出現(xiàn)黃心熟料。

2.2.1 擋風(fēng)墻啟動(dòng)過程中易出現(xiàn)窯頭罩正壓

即使提前增加高溫風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速和窯頭負(fù)壓，也不能完全避免出現(xiàn)窯頭罩正壓的情況。當(dāng)窯頭罩出現(xiàn)正壓時(shí)，首先應(yīng)迅速減小第3 風(fēng)室F6 風(fēng)機(jī)開度，然后減小第2風(fēng)室F5風(fēng)機(jī)開度，最后調(diào)整第4風(fēng)室F7風(fēng)機(jī)。因?yàn)閾躏L(fēng)墻位于第4風(fēng)室第36排篦板上方，對(duì)應(yīng)的是F7風(fēng)機(jī)，但該風(fēng)室大部分風(fēng)量由窯頭風(fēng)機(jī)排出，所以調(diào)節(jié)F7 風(fēng)機(jī)風(fēng)量變化不明顯。因第3 風(fēng)室F6 風(fēng)機(jī)風(fēng)量大，調(diào)節(jié)后風(fēng)量下降快，能使窯頭罩快速產(chǎn)生負(fù)壓，所以先調(diào)節(jié)第3 風(fēng)室風(fēng)量，再細(xì)調(diào)第2～4風(fēng)室的風(fēng)量，逐步把總風(fēng)量分配到第2～4 風(fēng)室風(fēng)機(jī)上。在調(diào)節(jié)過程中應(yīng)始終觀察窯尾氧含量的變化，保證窯尾氧含量不低于2.5%。因?yàn)樾枰玫?風(fēng)室的風(fēng)壓控制篦床的速度，所以對(duì)第1風(fēng)室的風(fēng)機(jī)不作調(diào)整。

最好在回轉(zhuǎn)窯喂料量達(dá)90%后使用擋風(fēng)墻，如在低喂料量時(shí)使用，則會(huì)造成高溫風(fēng)機(jī)相對(duì)拉風(fēng)過大，“料少風(fēng)多”會(huì)導(dǎo)致預(yù)熱器系統(tǒng)不穩(wěn)定。擋風(fēng)墻第一次啟動(dòng)成功后，隨著回轉(zhuǎn)窯喂料量的增加，高溫風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速也會(huì)相應(yīng)增加，而篦冷機(jī)增加的風(fēng)量主要在第4風(fēng)室之后，即可逐步用窯頭排風(fēng)機(jī)控制窯頭負(fù)壓。

擋風(fēng)墻投入使用后，離料床的高度只有200mm，雖然仍可通過窯頭排風(fēng)機(jī)來控制窯頭負(fù)壓，但實(shí)際控制效果會(huì)下降很多。

2.2.2 突然止料時(shí)，窯頭正壓難以控制

窯操作系統(tǒng)配置有安全聯(lián)鎖，若觸發(fā)了窯止料聯(lián)鎖條件，窯速會(huì)自動(dòng)下降到0.5r/min，篦冷機(jī)風(fēng)量會(huì)自動(dòng)降至喂料量為0t時(shí)的風(fēng)量，分解爐會(huì)自動(dòng)止火，窯尾排風(fēng)機(jī)和高溫風(fēng)機(jī)也會(huì)自動(dòng)降速。為避免窯系統(tǒng)突然止料后，高溫風(fēng)機(jī)降速，篦冷機(jī)風(fēng)量降低相對(duì)滯后造成的影響，我們將擋風(fēng)墻的提升同窯的止料進(jìn)行了聯(lián)鎖，即，在窯止料條件觸發(fā)的同時(shí)，擋風(fēng)墻會(huì)自動(dòng)升起，并保持在最高位。這樣即可有效解決突然止料時(shí)，窯頭正壓難以控制的問題。

3 擋風(fēng)墻應(yīng)用效果

使用擋風(fēng)墻后，窯系統(tǒng)二、三次風(fēng)溫有了較大提升，熱回收效率提高，熱耗降低，篦冷機(jī)余熱風(fēng)溫也隨之下降。擋風(fēng)墻使用前后的參數(shù)對(duì)比見表5。

表5 擋風(fēng)墻使用前后的參數(shù)對(duì)比

（1）節(jié)省燃料效果明顯。由于二、三次風(fēng)溫的提高，窯頭及分解爐天然氣使用量明顯減少，每年可節(jié)省天然氣3 875 598m3。隨著篦冷機(jī)出口溫度的下降，窯頭熱交換器冷卻風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速由40Hz 下降到35Hz，窯頭風(fēng)機(jī)功率也由原來的178～181kW小幅波動(dòng)下降到177kW 穩(wěn)定運(yùn)行。從月統(tǒng)計(jì)用電量比較，使用擋風(fēng)墻后，節(jié)電效果并不明顯。

（2）擋風(fēng)墻投入使用前，窯頭罩負(fù)壓的波動(dòng)在-110～-20Pa 之間，投入使用后，擋風(fēng)墻窯頭罩負(fù)壓波動(dòng)范圍變小，基本穩(wěn)定在-55～-45Pa。

（3）篦冷機(jī)內(nèi)飛砂減少，可見度有所提高。

（4）擋風(fēng)墻的使用，證明了窯頭負(fù)壓的形成是由高溫風(fēng)機(jī)風(fēng)量的調(diào)節(jié)控制來實(shí)現(xiàn)的。只要窯內(nèi)出現(xiàn)結(jié)圈，窯尾縮口出現(xiàn)結(jié)皮增厚，或是分解爐下縮口結(jié)皮增厚，即可明顯看出窯頭負(fù)壓有所下降，窯內(nèi)通風(fēng)不良，需及時(shí)清理窯尾煙室、分解爐縮口等易結(jié)皮且不易發(fā)現(xiàn)的部位。