趙光平

摘 要：隨著水泥制造業(yè)的不斷發(fā)展，水泥篦冷機(jī)也不斷地進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化。篦冷機(jī)作為水泥生產(chǎn)過(guò)程中最關(guān)鍵的熱能回收設(shè)備，對(duì)水泥的生產(chǎn)起著至關(guān)重要的作用。本文以當(dāng)前應(yīng)用最為廣泛的第四代篦冷機(jī)為研究對(duì)象，簡(jiǎn)要闡述了第四代篦冷機(jī)的技術(shù)特點(diǎn)，并對(duì)第四代篦冷機(jī)的結(jié)構(gòu)與升級(jí)改造進(jìn)行了簡(jiǎn)單的探討。

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

中圖分類號(hào)：TQ172 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

目前，在新型干法水泥生產(chǎn)過(guò)程中所采用的主流機(jī)型為第四代水泥篦冷機(jī)。在水泥生產(chǎn)過(guò)程中，篦冷機(jī)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(jìn)行有效的回收利用。篦冷機(jī)可以將熟料散發(fā)的熱量以二次風(fēng)、三次風(fēng)的形式分別供窯內(nèi)煅燒、分解爐預(yù)分解以及通過(guò)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(jìn)的過(guò)程中，如何保證水泥篦冷機(jī)的高效冷卻率、高效熱回收率、高效運(yùn)轉(zhuǎn)以及降低水泥生產(chǎn)成本，是當(dāng)前各個(gè)水泥制造企業(yè)根據(jù)各自實(shí)際情況進(jìn)行相應(yīng)改進(jìn)和優(yōu)化的研究重點(diǎn)。因此，本文就針對(duì)目前常見(jiàn)的第四代水泥篦冷機(jī)的特點(diǎn)及結(jié)構(gòu)優(yōu)化進(jìn)行簡(jiǎn)單的探討，以進(jìn)一步促進(jìn)水泥制造業(yè)的發(fā)展。

1.第四代篦冷機(jī)的技術(shù)特點(diǎn)

縱觀篦冷機(jī)的發(fā)展，最具代表性的第四代篦冷機(jī)主要有史密斯公司的Cross-Bar篦冷機(jī)和富士-摩根的步進(jìn)式篦冷機(jī)兩類。本文就以這兩類最具代表性的第四代篦冷機(jī)為例，對(duì)其技術(shù)特點(diǎn)進(jìn)行簡(jiǎn)要闡述。

Cross-Bar篦冷機(jī)是史密斯公司研發(fā)的最早的第四代篦冷機(jī)，其技術(shù)特點(diǎn)主要有以下幾點(diǎn)：（1）采用了全固定的篦床，有效避免了常見(jiàn)的漏料和漏風(fēng)的問(wèn)題。（2）采用專門定制的三角斷面推桿系統(tǒng)進(jìn)行熟料推動(dòng)輸送，該推桿系統(tǒng)不僅能夠?qū)崿F(xiàn)熟料推動(dòng)輸送功能與冷卻功能的相互獨(dú)立，而且可利用推桿的不斷攪動(dòng)功能有效解決了熟料細(xì)顆粒富集的區(qū)域容易結(jié)塊的問(wèn)題，使得熟料的冷卻效果得到進(jìn)一步優(yōu)化。（3）Cross-Bar篦冷機(jī)的模塊化設(shè)計(jì)更加便于進(jìn)行設(shè)備的安裝和維護(hù)，而且該篦冷機(jī)的每塊篦板均設(shè)有新穎巧妙的自動(dòng)平衡流量閥，可在一定的工作壓力范圍內(nèi)實(shí)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(jī)在技術(shù)上進(jìn)行以上幾點(diǎn)的技術(shù)創(chuàng)新，但是在研制的早期，Cross-Bar篦冷機(jī)在技術(shù)上也存在一些問(wèn)題，如流量自動(dòng)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(wèn)題。經(jīng)過(guò)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(jī)，對(duì)其推桿結(jié)構(gòu)和尺寸進(jìn)行了優(yōu)化改進(jìn)，同時(shí)也對(duì)潤(rùn)滑系統(tǒng)和驅(qū)動(dòng)裝置進(jìn)行了優(yōu)化。新型十字棒式冷卻機(jī)的主體改為水平，同時(shí)增大了篦板尺寸，并在進(jìn)料端對(duì)空氣炮和攪動(dòng)裝置等進(jìn)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(yùn)行更加穩(wěn)定、可靠。

富士-摩根的步進(jìn)式篦冷機(jī)的主要技術(shù)特點(diǎn)有：（1）采用移動(dòng)地板式結(jié)構(gòu)，不設(shè)退料裝置，利用連桿機(jī)構(gòu)帶動(dòng)篦床多列篦板的“同進(jìn)錯(cuò)退”運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)熟料輸送動(dòng)。（2）步進(jìn)式篦冷機(jī)也采用了模塊化設(shè)計(jì)和自調(diào)節(jié)流量閥。與Cross-Bar篦冷機(jī)相比，步進(jìn)式篦冷機(jī)采用單端篦床且無(wú)攪動(dòng)設(shè)施，導(dǎo)致料層控制機(jī)動(dòng)性差，當(dāng)熟料結(jié)粒情況差時(shí)，該篦冷機(jī)的冷卻效果就會(huì)受到很大的影響。目前我公司采用的篦冷機(jī)屬于步進(jìn)式，這類篦冷機(jī)在技術(shù)上仍然存在一些問(wèn)題，如驅(qū)動(dòng)裝置要求高、驅(qū)動(dòng)裝置潤(rùn)滑點(diǎn)過(guò)多、空氣調(diào)節(jié)閥易失效、液壓缸漏油等問(wèn)題出現(xiàn)較頻繁。由此可見(jiàn)，對(duì)第四代步進(jìn)式篦冷機(jī)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化改造是非常有必要的。

2.第四代篦冷機(jī)的結(jié)構(gòu)與升級(jí)改造

2.1 結(jié)構(gòu)特性

第四代水泥篦冷機(jī)的結(jié)構(gòu)特性主要包括以下幾點(diǎn)：（1）增加了余熱發(fā)電裝置，第四代篦冷機(jī)余熱供應(yīng)系統(tǒng)與窯頭、窯尾的余熱發(fā)電裝置實(shí)現(xiàn)了配合使用。在未安裝余熱發(fā)電時(shí)，篦冷機(jī)的三次風(fēng)的一部分供預(yù)熱器及煤磨的烘干后，其余熱就混入冷風(fēng)，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(shí)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(jī)中部取熱風(fēng)用于余熱發(fā)電，在降低尾部廢氣溫度同時(shí)還節(jié)約了發(fā)電煤粉的用量。（2）破碎機(jī)改造，第四代篦冷機(jī)在篦床中采用輥式破碎機(jī)，以替換尾部錘式破碎機(jī)。通過(guò)改造，大的熟料塊在篦冷機(jī)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(shí)也降低了篦冷機(jī)尾部廢氣溫度和粉塵的濃度。第四代篦冷機(jī)選用的輥式破碎機(jī)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(yùn)轉(zhuǎn)期間對(duì)篦冷機(jī)的破碎機(jī)進(jìn)行檢修，提高了設(shè)備整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)的運(yùn)行效率。（3）篦板結(jié)構(gòu)改進(jìn)，第四代篦冷機(jī)采用焊接結(jié)構(gòu)的優(yōu)質(zhì)固定篦板。在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)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(duì)熟料冷卻效果的不利影響，使得風(fēng)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(duì)當(dāng)前的鑄造技術(shù)提出了越來(lái)越高的要求，面對(duì)當(dāng)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(wèn)題，對(duì)第四代篦冷機(jī)采用的焊接篦板進(jìn)行適當(dāng)?shù)馗倪M(jìn)，首先選用耐磨鋼板，并將其折成U型結(jié)構(gòu)，再通過(guò)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(fēng)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(duì)篦縫的大小進(jìn)行更加精確的控制，以確保風(fēng)量的分布更加均勻。（4）在改進(jìn)的篦板下方安裝自動(dòng)空氣流量調(diào)節(jié)閥，進(jìn)一步提高冷卻風(fēng)的利用效率，在保證高效降溫的同時(shí)，減少冷卻風(fēng)量的用量，減少供風(fēng)機(jī)的電量消耗。（5）通常在篦床的上方常常存在一些相對(duì)固定的死料層，使得優(yōu)質(zhì)篦板能有效避免高溫?zé)崾炝系那治g，對(duì)篦板起到了良好的保護(hù)作用，大大增加了篦板的使用壽命，同時(shí)也節(jié)約了設(shè)備零件更換的材料費(fèi)和人工費(fèi)。（6）第四代篦冷機(jī)在結(jié)構(gòu)上采用了模塊化的設(shè)計(jì)和安裝，進(jìn)一步提高了各部件的制造精度和安裝精度，同時(shí)也大大縮短了技改現(xiàn)場(chǎng)施工的周期。

2.2 升級(jí)改造方案

結(jié)合第四代篦冷機(jī)目前的結(jié)構(gòu)特性與實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程，對(duì)第四代篦冷機(jī)運(yùn)行過(guò)程進(jìn)型相關(guān)的分析，并對(duì)第四代篦冷機(jī)的運(yùn)行過(guò)程進(jìn)行一定的升級(jí)改造，改造主要有以下幾點(diǎn)：

（1）篦冷機(jī)內(nèi)部的熟料輸送過(guò)程及操作控制，對(duì)篦床進(jìn)行一定的改造，采用多行相獨(dú)立的輸送道梁，實(shí)現(xiàn)各行篦速的單獨(dú)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(dòng)速度，把熟料向前推移到一個(gè)程距，隨后各道梁逐個(gè)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(yùn)動(dòng)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(dú)進(jìn)行調(diào)整，保證了料層厚度分布更加均勻。多行相獨(dú)立的輸送道梁工作的受力主要只在篦床向前推進(jìn)時(shí)，料層受到篦床推動(dòng)力和進(jìn)口端輸送熟料的推力，同時(shí)在篦冷機(jī)側(cè)壁熟料還受到一定阻力的影響。

（2）篦冷機(jī)供風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與操作，供風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與熟料冷卻效果和系統(tǒng)能耗有著直接的關(guān)系。篦冷機(jī)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(gè)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(shí)現(xiàn)閥體過(guò)流面積的自動(dòng)調(diào)節(jié)，進(jìn)一步確保熟料在篦床中供風(fēng)的均勻性。

（3）熟料冷卻過(guò)程改造，熟料在水泥篦冷機(jī)中的冷卻過(guò)程比較復(fù)雜，其控制難度也較大。熟料的冷卻過(guò)程近似固定篦床中氣固相流之間的熱交換過(guò)程，因此，可通過(guò)對(duì)這一熱交換過(guò)程進(jìn)行相應(yīng)的研究，進(jìn)一步分析篦床層中熟料及氣體的溫度變化規(guī)律，實(shí)現(xiàn)熟料冷卻過(guò)程更加有效的控制。將篦冷機(jī)的換熱過(guò)程進(jìn)行簡(jiǎn)化，并對(duì)整個(gè)篦冷機(jī)系統(tǒng)進(jìn)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(duì)熟料床層進(jìn)行相應(yīng)的網(wǎng)格劃分，每一個(gè)網(wǎng)格作為一個(gè)換熱單元，建立篦冷機(jī)熟料與空氣換交熱過(guò)程的模型，并進(jìn)行模型計(jì)算，通過(guò)相關(guān)的參數(shù)調(diào)整，使得模型更加貼近實(shí)際生產(chǎn)，最后利用模型分析計(jì)算的結(jié)果知道實(shí)際生產(chǎn)，以確保冷卻過(guò)程更加高效。

結(jié)語(yǔ)

隨著國(guó)家“節(jié)能減排”戰(zhàn)略目標(biāo)的進(jìn)一步推進(jìn)，對(duì)水泥篦冷機(jī)提出了更高的要求。第四代篦冷機(jī)通過(guò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化和改造升級(jí)，大大提高了冷卻率、熱回收率，在確保設(shè)備高效運(yùn)轉(zhuǎn)的同時(shí)進(jìn)一步降低了水泥生產(chǎn)成本，為水泥制造企業(yè)帶來(lái)更大的經(jīng)濟(jì)效益，促進(jìn)水泥制造業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

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