篦冷機是水泥生產的重要熱工設備，其主要功能包括冷卻熟料，便于運輸、儲存和粉磨；給窯爐煤粉燃燒提供二次風和三次風，滿足生料分解與熟料煅燒的要求；快速冷卻，提高熟料質量，改善熟料易磨性等。因此，篦冷機運行好壞直接決定了熟料的產量、質量和燒成熱耗。

但是，目前許多篦冷機運行情況并不如人意，主要表現為二次風和三次風溫度偏低，二次風低于1100℃的企業比比皆是；熟料出篦冷機溫度偏高，幾乎所有篦冷機都無法滿足環境溫度+65℃的設計要求；篦冷機鼓入冷風量大，一般企業篦冷機單位熟料鼓風量(標況，以下同)都在2m3/kg以上，無法達到1.7～1.9m3/kg的設計指標，增加了熟料燒成熱耗；篦冷機各冷卻風機運行狀態不清楚，對于風機的風量、風壓、效率等情況不了解，部分風機可能已經長期遠離性能曲線點工作，造成篦冷機運行狀態差、單位熟料冷卻電耗高等問題；入窯頭余熱鍋爐風溫偏低，余熱發電效果差；低溫余風量大，造成無謂的能源浪費等。

上述絕大部分問題的根源在于企業對于篦冷機各冷卻風機的風量、效率等不清楚。雖然企業掌握了風機開度、變頻器頻率、風機電流、壓力等數據，但無法對風機風量進行直接求解，并缺乏對風機運行效率、篦冷機運行狀態的客觀判斷。本文根據離心式風機的原理，對篦冷機冷卻風機風量進行估算，在此基礎上，通過案例分析，對比估算值與標定值，以此判定篦冷機運行狀態。

離心式風機由轉動的葉輪和固定的機殼組成，葉輪由電動機驅動作高速旋轉，葉輪內的葉片獲得慣性離心力，使氣體從葉片間的出口甩出，而葉輪中心部分的壓強因氣體的甩出而降低，外界氣體即可源源不斷的進入。

根據離心式風機的比例定律，當風機的轉速發生改變時，風機的流量、壓頭隨之發生變化，并引起風機的效率和功率相應改變。當氣體粘度不大，效率變化不明顯時，不同轉速下風機的流量、壓頭和功率與轉速的關系可表達成(1)式。

式中，Q₁、P₁、N₁——轉速為n₁時風機的體積流量、壓頭和軸功率；Q₂、P₂、N₂——轉速為n2₂時風機的體積流量、壓頭和軸功率。

由(1)式可知，風機流量的變化與轉速變化的一次方成正比，壓頭和軸功率的變化分別與轉速的二次方和三次方成正比。因此，風機壓頭和軸功率的變化也分別與風機流量的二次方和三次方成正比，如下式所示。

當已知風機壓頭或軸功率時，即可通過該定律對風機流量進行換算，換算公式如下。

式中，Q為風機實際流量，Q₀為風機額定流量；α為風機閥門開度，或者是變頻風機頻率與額定頻率之比；p₁為風機壓力，p₀為風機額定壓力；P₁為風機實際功率，P₀為風機額定功率。上述定律的適用條件如下：(1)風機的管路特性不發生顯著變化，即工況點下管路特性與額定狀態下基本一致，要求所估算風機的閥門開度為100％；(2)與額定狀態相比，風機的轉速變化不大于±20％，即頻率變化≤±20％。

估算中，取DCS系統所顯示風機壓力作為該風機的出口壓力，選擇風機運行電流來計算功率。一旦根據公式(2)和公式(3)計算出風機的風量，即可將其與標定結果進行對比與分析。

案例1：某5000t/d生產線，篦冷機冷卻風機共有15臺，由第三方單位對各風機的風量、壓力等進行熱工標定。在此，基于DCS顯示的風機變頻器頻率、壓力和電流，分別用式(2)和式(3)對滿足比例定律的風機進行估算，結果如表1所示。

表1 案例1計算結果與標定結果的對比

結果表明，式(2)和式(3)兩種方法估算篦冷機風機合計風量總體偏大，較標定結果分別偏大9％和15％。部分單臺風機的計算誤差則非常大。較大的誤差在一定程度上反映了風機運行效率、篦冷機運行狀況或標定結果準確性等問題。如F1風機計算所得的風量分別為29266m3/h和33334m3/h，而標定結果只有15112m3/h，誤差分別達到94％和121％。

在假定標定結果準確的基礎上，可以初步判斷該風機運行效率較低，即電機做出的功無法轉換為有效的風量與風壓，造成風機壓力低于額定壓力的同時，電流也低于額定電流。與F1情況相類似的還有F2和F8風機。

與此相對應的則是個別風機標定結果遠大于計算結果，如F3風機計算結果較標定結果分別低-37％和-28％。由表1可以看出，F3風機的標定風量要遠大于額定風量，這可能是由于F3風機位于一段篦板與二段篦板銜接處，容易造成料層分布不均，使F3風機運行壓力偏低(實際壓力4804Pa，而額定壓力為6664Pa)，導致流量增大等。

案例2：某5000t/d生產線，篦冷機冷卻風機共有15臺。與案例1相同，由第三方單位對各風機的風量、壓力等進行熱工標定。在此，基于DCS顯示的變頻器頻率、風機壓力、電流，分別用式1)和式2)對滿足比例定律的風機進行估算，結果如表2所示。

與案例1相比，案例2計算的風機總風量較標定風量誤差較大，兩種方法所得結果較標定結果分別偏大20％和10％。同時，對比單臺風機的計算值與標定值，Fg4b、F4、F7、F8風機的計算值較標定值明顯偏大，F1、F2風機的計算值較標定值明顯偏小。根據表2計算結果，可以基本判定F1、F2風機處料層分布不均或料層相對較薄等；Fg4b、F4風機運行效率偏低；與Fg4b風機不同，F7、F8風機壓力大于額定壓力，通常表明此處料層相對較厚，導致風機壓力增加，電流升高等。

表2 案例2計算結果與標定結果的對比

總結案例1和案例2所反映的篦冷機、冷卻風機運行狀態，可分以下四種情況：

(1)對于計算結果明顯偏大的風機，在假定標定結果準確性的基礎上，通常是由于風機運行效率偏低或料層“相對”風機壓頭較厚導致。如果上述風機的運行壓力較風機額定壓力偏小，說明該風機運行效率較低，電機做出的功無法轉換為有效的風量與風壓，此類風機耗電量偏大，且冷卻效果較差，建議更換為更高效的風機。

如果上述風機的運行壓力接近或超過風機額定壓力，則說明此處料層“相對”風機壓頭較厚，冷卻風吹不動而導致壓力增大，同時風機電流升高做功增加，風機實際風量通常偏低，此類風機壓頭略有偏小，可適當調整篦冷機料層厚度或篦板阻力等。

(2)對于計算結果明顯偏小的風機，通常是因為標定風量大于額定風量。如果該風機實際壓力低于額定壓力，計算結果偏小可能是由于此處篦冷機料層分布不均或料層較薄，部分熟料被吹穿，使得風機壓力偏低，流量增大；如果該風機實際壓力接近或高于額定壓力，計算結果偏小可能是標定結果有誤或閥門、頻率反饋有誤等問題。

(3)計算公式(2)結果大，而計算公式(1)結果小，如案例2中的F9風機。可以基本判定是由于此處料層“相對”風機壓頭過厚，導致風機壓力升高。與情況(2)所述的“料層相對較厚”不同，此時風機電流不升反而下滑，說明風機不能滿足冷卻要求，往往需要更換壓頭更大的風機。

(4)計算公式(2)結果小，而計算公式(3)結果大。可以基本判斷此類風機運行效率相當低。與情況(2)所述的“風機運行效率較低”不同，此時風機壓力相對較低，而電流相對高，說明風機運行效率相當低，往往需要更換效率更高的風機。

根據離心式風機的特性，闡述了一種估算篦冷機冷卻風機風量的方法，該方法計算的風機風量與標定值相比存在一定誤差。針對誤差較大的單臺風機，通過分析風機壓力、電流等參數，可對篦冷機運行狀態、風機狀態等進行判定，以此指導企業更換風機、調整篦冷機運行參數等，實現篦冷機換熱效率的提高、余熱發電量的增加和單位冷卻電耗的降低。

作者：王俊杰

來源：《中國建筑材料科學研究總院》

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