魏振生，冀猛，單秀勇，魏陽

1 幾種常見灰斗卸料鎖風(fēng)閥介紹

第三代篦冷機(jī)每段移動(dòng)篦床下一般有2～4 個(gè)風(fēng)室，每個(gè)風(fēng)室下部均設(shè)有集料斗，也稱“灰斗”，用于收集篦床運(yùn)行過程中，從篦縫掉落的熟料細(xì)粉。熟料細(xì)粉由灰斗下部的卸料鎖風(fēng)閥卸入熟料輸送機(jī)運(yùn)走[1]。常見的卸料鎖風(fēng)閥有電動(dòng)弧形閥、電動(dòng)雙弧形重錘閥、氣動(dòng)重錘翻板閥等，通過間歇性開關(guān)閥門實(shí)現(xiàn)卸料及鎖風(fēng)功能。

1.1 電動(dòng)弧形閥

電動(dòng)弧形閥在卸料鎖風(fēng)閥中的應(yīng)用最為廣泛，占卸料鎖風(fēng)閥總量的90%以上，如圖1所示。我國于“七五”期間從美國富樂（Fuller）公司引進(jìn)了電動(dòng)弧形閥[2]，廣泛應(yīng)用于我國自行設(shè)計(jì)、制造的各種形式的第三代篦冷機(jī)。迄今為止，我國尚有近千臺(tái)第三代篦冷機(jī)在使用電動(dòng)弧形閥。按2 500t/d水泥生產(chǎn)線每臺(tái)篦冷機(jī)配置9 個(gè)灰斗，5 000t/d 水泥生產(chǎn)線每臺(tái)篦冷機(jī)配置14～16個(gè)灰斗，每個(gè)灰斗安裝1臺(tái)電動(dòng)弧形閥估算，目前仍有逾萬臺(tái)電動(dòng)弧形閥在使用中。電動(dòng)弧形閥的技術(shù)參數(shù)如表1所示。

圖1 電動(dòng)弧形閥

表1 電動(dòng)弧形閥的技術(shù)參數(shù)

（1）電動(dòng)弧形閥的工作原理

灰斗殼體側(cè)壁上一般安裝有上、下兩個(gè)料位計(jì)，如圖2所示。當(dāng)灰斗中的熟料細(xì)粉累積觸碰到上部料位計(jì)時(shí)，電動(dòng)弧形閥板接受指令打開并卸料，當(dāng)灰斗中的熟料細(xì)粉降至下部料位計(jì)時(shí)，電動(dòng)弧形閥板接受指令關(guān)閉并鎖風(fēng)，停止卸料。下部料位計(jì)與弧形閥板之間始終存有熟料細(xì)粉，熟料細(xì)粉聚積并形成具有一定高度的料柱，此料柱具有“料封”鎖風(fēng)功能，可阻斷灰斗上部風(fēng)室中的正壓氣體與篦下風(fēng)室中的氣體相接觸。灰斗常用料位計(jì)參數(shù)與性能如表2所示。

圖2 電動(dòng)弧形閥結(jié)構(gòu)示意

表2 灰斗常用料位計(jì)參數(shù)與性能

（2）電動(dòng)弧形閥使用過程中存在的問題

當(dāng)窯系統(tǒng)工況波動(dòng)或篦板間隙變大時(shí)，部分“紅料”會(huì)從篦床掉落到風(fēng)室下部的灰斗中。不論是國產(chǎn)射頻導(dǎo)納料位計(jì)，還是進(jìn)口AMETEK 料位計(jì)，均會(huì)因“紅料”及攜帶熟料細(xì)粉的正壓風(fēng)沖擊探頭而損壞，使電動(dòng)弧形閥門失去“料封”作用，水泥廠只能按照一定的時(shí)間間隔進(jìn)行“定時(shí)放料”。而從篦床掉落的熟料細(xì)粉量與篦縫設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)、篦縫大小、風(fēng)室面積、熟料結(jié)粒情況等多種因素有關(guān)，導(dǎo)致放料量與篦床漏料量難以相適應(yīng)，放料時(shí)間難以準(zhǔn)確掌握。若采取“定時(shí)放料”模式，則會(huì)造成有的灰斗中的料粉未放空，而有的灰斗中的料粉早已排空卻仍處于放料狀態(tài)。

眾所周知，熟料拉鏈機(jī)地坑工作環(huán)境惡劣，粉塵量大，環(huán)境溫度高。為避免細(xì)粉堆積過多頂壞移動(dòng)篦床以及盡量減少巡檢人員進(jìn)入地坑放料的次數(shù)，工作人員進(jìn)入地坑放料時(shí)，常采用一次放空的方式。而灰斗中的料粉排空后，將很難再及時(shí)累積到“料封”高度，進(jìn)而導(dǎo)致弧形閥失去了“料封”功能。帶壓氣流與粉塵通過內(nèi)筒與弧板間隙的流動(dòng)速度增加，直接沖刷閥門下部溜子。電動(dòng)弧形閥下部溜子受長期沖刷形成孔洞，需反復(fù)維修焊補(bǔ)，其磨損修復(fù)實(shí)際狀態(tài)如圖3所示。

圖3 電動(dòng)弧形閥下部溜子磨損修復(fù)實(shí)際狀態(tài)

（3）電動(dòng)弧形閥鎖風(fēng)不嚴(yán)的危害

環(huán)境空氣經(jīng)篦下各風(fēng)室的冷卻風(fēng)機(jī)加壓后鼓入風(fēng)室，向上穿過篦板與熟料進(jìn)行熱交換，由于加壓氣流從灰斗部分“逃逸”，導(dǎo)致熟料冷卻效果變差，電耗增加。電動(dòng)弧形閥鎖風(fēng)不嚴(yán)，使得風(fēng)室內(nèi)風(fēng)壓無法達(dá)到設(shè)計(jì)值，冷風(fēng)穿透熟料料層的厚度減小，熱交換能力減弱。

另外，電動(dòng)弧形閥長期鎖風(fēng)不嚴(yán)，造成熟料拉鏈機(jī)地坑工作環(huán)境惡劣，影響員工身體健康，工廠也無法達(dá)到環(huán)保要求。同時(shí)，電動(dòng)弧形閥鎖風(fēng)不嚴(yán)導(dǎo)致弧形閥內(nèi)筒、弧形板、下部溜子、殼體等部分受長期沖刷而產(chǎn)生磨損，故障頻發(fā)，嚴(yán)重制約了第三代篦冷機(jī)整體性能的發(fā)揮。

1.2 電動(dòng)雙弧形重錘閥

針對電動(dòng)弧形閥使用中存在的問題，有些制造商對其結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)，優(yōu)化改進(jìn)后的電動(dòng)雙弧形重錘閥如圖4所示。

圖4 電動(dòng)雙弧形重錘閥

（1）電動(dòng)雙弧形重錘閥卸料原理

電動(dòng)雙弧形重錘閥內(nèi)部設(shè)有上、下兩個(gè)弧形閥板，閥板焊在各自的回轉(zhuǎn)軸上，閥板上方各布置一個(gè)方形內(nèi)筒，內(nèi)筒與弧形閥板之間留有間隙?；剞D(zhuǎn)軸放置在殼體外側(cè)兩端密封套上，軸的一端配有重錘，另一端安裝有撥桿。另外，系統(tǒng)配有上、下兩個(gè)行星擺線減速機(jī)，每個(gè)行星擺線減速機(jī)輸出軸端均設(shè)有曲柄，一個(gè)曲柄撥動(dòng)對應(yīng)回轉(zhuǎn)軸撥桿，打開閥板，卸下物料后，閥板靠重錘的重力關(guān)閉；約2s后，另一個(gè)曲柄撥動(dòng)另一個(gè)撥桿，打開另一個(gè)閥板，再次卸料。電動(dòng)雙弧形重錘閥結(jié)構(gòu)示意如圖5所示。

（2）電動(dòng)雙弧形重錘閥使用過程中存在的問題

用普通鋼材制造的內(nèi)筒與閥板，若長期在帶壓氣流與熟料細(xì)粉沖刷環(huán)境中工作，則內(nèi)筒四個(gè)角將會(huì)先出現(xiàn)磨損，然后逐漸向四周擴(kuò)展，導(dǎo)致內(nèi)筒與閥板之間的縫隙越磨越大，風(fēng)室中攜帶粉塵的帶壓氣流將由此縫隙快速進(jìn)入下部溜子。另外，2個(gè)回轉(zhuǎn)軸穿過閥體支承在外部4個(gè)密封套上，風(fēng)室下部的帶壓氣流與熟料細(xì)粉通過軸與密封套之間的間隙，長期沖刷盤根導(dǎo)致密封失效，粉塵快速泄漏到外部環(huán)境中，影響地坑環(huán)境。

由圖5 可知，電動(dòng)雙弧形重錘閥相當(dāng)于上、下串聯(lián)的兩個(gè)電動(dòng)弧形閥，利用控制時(shí)間間隔實(shí)現(xiàn)卸料鎖風(fēng)，其不具備“料封”功能，所以無法實(shí)現(xiàn)良好的卸料鎖風(fēng)效果。

圖5 電動(dòng)雙弧形重錘閥結(jié)構(gòu)示意

1.3 氣動(dòng)重錘翻板閥

上世紀(jì)90 年代，我國從丹麥?zhǔn)访芩构疽M(jìn)了第三代Coolax篦冷機(jī)，其灰斗配有氣動(dòng)重錘翻板閥，如圖6所示。

圖6 氣動(dòng)重錘翻板閥

（1）氣動(dòng)重錘翻板閥工作原理

灰斗上僅布置一個(gè)上料位計(jì)，當(dāng)熟料細(xì)粉在灰斗中累積觸碰到上料位計(jì)時(shí)，電磁換向閥控制氣缸拉動(dòng)重錘上升，閥門迅速打開卸料；完成卸料后，電磁換向閥換向，同時(shí)閥門靠重錘的重力作用迅速關(guān)閉，此時(shí)依靠料位計(jì)與翻板之間的料柱“料封”功能，能夠?qū)崿F(xiàn)卸料鎖風(fēng)。氣動(dòng)重錘翻板閥結(jié)構(gòu)示意如圖7所示。

圖7 氣動(dòng)重錘翻板閥結(jié)構(gòu)示意

（2）氣動(dòng)重錘翻板閥使用過程中存在的問題

灰斗卸料鎖風(fēng)控制系統(tǒng)剛投入運(yùn)行時(shí)，效果較好。運(yùn)行一段時(shí)間后，料位計(jì)損壞，灰斗放料由“料封”自動(dòng)放料模式改為在中控室“定時(shí)放料”模式。又運(yùn)行一段時(shí)間后，隨著篦板間隙變大，篦床漏料量增加，由于中控放料不及時(shí)，篦床漏料量大于放料量，熟料細(xì)粉在風(fēng)室內(nèi)逐漸累積，易頂壞移動(dòng)篦床。為保證篦冷機(jī)的正常運(yùn)行，只能將灰斗放料改為“現(xiàn)場人工放料”模式。

1.4 三種常見灰斗卸料鎖風(fēng)閥的對比

（1）為了保證電動(dòng)弧形閥閥板轉(zhuǎn)動(dòng)靈活、不卡閥板，設(shè)計(jì)時(shí)在內(nèi)筒與弧形閥板之間預(yù)留了5～20mm 的間隙。當(dāng)料位計(jì)失效后，電動(dòng)弧形閥即失去了“料封”鎖風(fēng)功能。

（2）電動(dòng)雙弧形重錘閥不具備“料封”鎖風(fēng)功能，采用調(diào)整時(shí)間間隔來控制卸料量，卸料鎖風(fēng)效果更差。

（3）氣動(dòng)重錘翻板閥具有開閉快、閥板與內(nèi)筒接觸嚴(yán)密等優(yōu)點(diǎn)，開始運(yùn)行時(shí)，采用“料封”鎖風(fēng)自動(dòng)放料模式，效果很好；但當(dāng)料位計(jì)失效，采用“定時(shí)放料”模式放料后，若放料不及時(shí)，則會(huì)存在重大設(shè)備安全隱患；采取現(xiàn)場人工放料模式，無法達(dá)到卸料鎖風(fēng)目的。

2 雙層氣動(dòng)閘板閥的開發(fā)

基于常見灰斗卸料鎖風(fēng)閥的使用現(xiàn)狀，我公司致力開發(fā)設(shè)計(jì)了一種新型的雙層氣動(dòng)閘板閥，徹底解決了傳統(tǒng)灰斗閥門內(nèi)外漏風(fēng)的問題。

2.1 雙層氣動(dòng)閘板閥設(shè)計(jì)思路

（1）嚴(yán)格控制閥板與閥體向“零間隙”靠近，達(dá)到即使灰斗內(nèi)沒有料柱也不漏風(fēng)的目的。

（2）在灰斗受熱、向下微小熱膨脹的情況下，閥體能夠自動(dòng)吸收、補(bǔ)償、抵抗熱膨脹量。

（3）繼續(xù)采用“料封”的鎖風(fēng)方式。

（4）遇≤25mm高溫熟料顆粒時(shí)，閥板不卡澀。

新型雙層氣動(dòng)閘板閥結(jié)構(gòu)如圖8所示。

圖8 雙層氣動(dòng)閘板閥

2.2 雙層氣動(dòng)閘板閥的特點(diǎn)

（1）閥板與閥體之間趨于“零間隙”配合，閥板采用SUS316L不銹鋼制作，既耐熱又耐磨。閥體采用ZG42CrMo 低合金結(jié)構(gòu)鑄鋼制作，具有足夠的強(qiáng)度，能夠確保在灰斗受熱、向下微小熱膨脹的情況下，不會(huì)造成閥體變形而卡住閥板。

（2）布置一個(gè)“中間箱”，確保每個(gè)灰斗放料之后，灰斗中存有部分熟料細(xì)粉，中間箱中也存有部分熟料細(xì)粉，實(shí)現(xiàn)兩層“料封”。

（3）布置上、下兩個(gè)氣動(dòng)閘板閥，放料時(shí)，一個(gè)閘板迅速打開，放料后迅速關(guān)閉，數(shù)十秒后，另一個(gè)閘板迅速打開，周而復(fù)始放料，每次僅迅速放掉中間箱內(nèi)的熟料細(xì)粉。

（4）電磁換向閥的壓縮空氣不外排，將壓縮空氣返回至閘板腔內(nèi)反吹閘板，防止閘板表面粘料。同時(shí)，將滑道內(nèi)隱藏堆積的熟料細(xì)粉迅速吹到閥門出口，既可防止細(xì)粉外漏，又可減小氣缸推力。

（5）閥體內(nèi)部設(shè)計(jì)了熟料顆粒的“逃逸”機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)利用氣動(dòng)傳動(dòng)響應(yīng)迅速的特性，防止熟料顆粒等物料卡堵閘板。

（6）對灰斗進(jìn)行編號和分組，通過PLC 觸摸屏控制箱，可在線調(diào)整每個(gè)灰斗閘板的打開時(shí)間、放料時(shí)間、關(guān)閉時(shí)間以及灰斗閘板動(dòng)作的等待間隔或各組灰斗動(dòng)作的等待間隔時(shí)間。

雙層氣動(dòng)閘板閥防塵耐高溫，配套的電氣控制系統(tǒng)采用特制二位五通電磁換向截止閥執(zhí)行機(jī)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)集“自動(dòng)化、零故障、零泄漏、免維護(hù)”于一體的灰斗卸料鎖風(fēng)閥自動(dòng)控制功能。

2.3 雙層氣動(dòng)閘板閥的應(yīng)用

（1）用于第三代篦冷機(jī)灰斗

雙層氣動(dòng)閘板閥可替代傳統(tǒng)灰斗電動(dòng)弧形閥，實(shí)現(xiàn)鎖風(fēng)卸料功能，保持篦下各風(fēng)室內(nèi)的壓力，改善熟料冷卻效果，如圖9 所示。截至目前，該閥門已在近百條生產(chǎn)線上成功應(yīng)用。

圖9 雙層氣動(dòng)閘板閥用于篦冷機(jī)灰斗

（2）用于窯頭除塵器灰斗

窯頭除塵器灰斗和拉鏈機(jī)之間的回轉(zhuǎn)卸料器磨損較快，易導(dǎo)致漏風(fēng)漏料，且維修頻繁，環(huán)保不達(dá)標(biāo)。這主要是由于窯頭除塵器下部灰斗內(nèi)熟料細(xì)粉量少，較細(xì)而堅(jiān)硬的熟料顆粒磨蝕性強(qiáng)，較細(xì)熟料顆粒填充在長期運(yùn)行的回轉(zhuǎn)卸料器轉(zhuǎn)子與殼體內(nèi)壁的間隙中，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子與殼體長期被熟料細(xì)粉研磨，轉(zhuǎn)子外徑逐漸變小，殼體內(nèi)徑逐漸變大，二者之間的縫隙越來越大。隨著縫隙的增大，冷風(fēng)從回轉(zhuǎn)卸料器下部被灰斗內(nèi)部負(fù)壓吸入除塵器內(nèi)，造成內(nèi)漏，而此時(shí)，回轉(zhuǎn)卸料器外觀尚完整。隨著運(yùn)行時(shí)間的延長，回轉(zhuǎn)卸料器殼體或端蓋等處被磨漏，環(huán)境空氣從磨出的孔洞被吸入到除塵器灰斗內(nèi)，灰斗內(nèi)的粉塵從孔洞泄露到外部環(huán)境中，造成環(huán)境污染，回轉(zhuǎn)卸料器維修頻繁。維修的方法主要有：在殼體或端蓋外表包敷鋼板焊接，粘結(jié)耐磨陶瓷片，粘結(jié)橡膠板等。外表包敷鋼板焊接后的回轉(zhuǎn)卸料器如圖10所示。

圖10 外表包敷鋼板焊接后的回轉(zhuǎn)卸料器

回轉(zhuǎn)卸料器的殼體或端蓋磨出的孔洞經(jīng)外表包敷后，表面看似不漏，但經(jīng)現(xiàn)場測量發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)子與殼體內(nèi)壁的實(shí)際縫隙已超出設(shè)計(jì)間隙的20～30倍，內(nèi)漏一直“隱藏”在殼體內(nèi)部。為窯頭除塵器灰斗換裝雙層氣動(dòng)閘板閥后，較好地解決了內(nèi)漏問題，如圖11所示。

圖11 雙層氣動(dòng)閘板閥用于窯頭除塵器灰斗

3 結(jié)語

（1）水泥廠目前仍在使用的第三代篦冷機(jī)有近千臺(tái)，雙層氣動(dòng)閘板閥的應(yīng)用為第三代篦冷機(jī)灰斗的改造提供了實(shí)用可靠的解決方案。

（2）新型干法水泥熟料生產(chǎn)線普遍選用篦式冷卻機(jī)，一般都會(huì)配置1臺(tái)窯頭除塵器以處理多余廢氣。目前，窯頭除塵器灰斗普遍使用回轉(zhuǎn)卸料器等傳統(tǒng)閥門，而這些傳統(tǒng)閥門不能滿足清潔發(fā)展要求，達(dá)不到“六不漏”標(biāo)準(zhǔn)。窯頭除塵器灰斗使用雙層氣動(dòng)閘板閥，可以很好地解決漏風(fēng)和漏料問題。

（3）輥磨制備生料常采用單風(fēng)機(jī)工藝布置的袋收塵器，其承擔(dān)著全部成品的收集功能。袋收塵器灰斗的運(yùn)行負(fù)壓較高，成品通過量較大，灰斗內(nèi)外漏風(fēng)現(xiàn)象比較普遍，雙層氣動(dòng)閘板閥在此領(lǐng)域?qū)⒂休^廣闊的應(yīng)用前景。

（4）灰斗漏風(fēng)是新型干法水泥生產(chǎn)過程中的常見問題。灰斗漏風(fēng)遍及各類除塵器下部、增濕塔下部、SP爐下部、AQC爐下部、旋風(fēng)除塵下部、輥磨吐渣溜子等諸多部位，雙層氣動(dòng)閘板閥將成為水泥工廠治理灰斗漏風(fēng)的一種有效設(shè)備。