1984年，德國某公司提出“阻力篦板”概念，從而誕生了第三代篦冷機(jī)。當(dāng)時(shí)我國曾試圖購買第三代篦冷機(jī)制造技術(shù)，但國外公司都不肯出讓。上世紀(jì)90年代初，南京水泥工業(yè)設(shè)計(jì)研究院率先開發(fā)出NC32216篦冷機(jī)，用于配套2500t／d水泥熟料生產(chǎn)線，滿足了國內(nèi)當(dāng)時(shí)大規(guī)模建設(shè)新型干法水泥生產(chǎn)線的需要，目前這個(gè)型號的篦冷機(jī)仍有百余臺在正常運(yùn)行。

隨著我國新型干法水泥技術(shù)的提高，設(shè)計(jì)產(chǎn)量為2500t／d的熟料線，實(shí)際熟料產(chǎn)量超過3000t／d的已很普遍。超產(chǎn)后的NC32216篦冷機(jī)單位有效面積負(fù)荷接近50t／(d·m2)，冷卻能力不足導(dǎo)致熟料出冷卻機(jī)溫度高，不僅對下游設(shè)備造成傷害，還影響窯系統(tǒng)乃至整個(gè)工廠的安全、經(jīng)濟(jì)、可靠運(yùn)行。

1 現(xiàn)有篦冷機(jī)及因超產(chǎn)而存在的問題

我廠2500t／d的熟料線采用NC32216篦冷機(jī)，設(shè)計(jì)參數(shù)如表1，其篦床的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)見圖1。人口第一排是活動(dòng)篦板，雖然不“堆雪人”，但是隨著熟料產(chǎn)量遠(yuǎn)超最大設(shè)計(jì)值，導(dǎo)致篦冷機(jī)超負(fù)荷運(yùn)行，冷卻效果差，存在主要問題如下：

1、第一排活動(dòng)篦板壽命3-6個(gè)月，導(dǎo)致窯系統(tǒng)可靠性極差。

2、一段篦床向下傾斜30布置，熟料流動(dòng)過快，熟料在篦床上停留時(shí)間過短。

3、二段篦板呈水平運(yùn)動(dòng)軌跡，沖擊次數(shù)達(dá)到最大值，無法實(shí)現(xiàn)厚料層操作。料層孔隙率低，冷風(fēng)與熱熟料換熱差。

2 篦冷機(jī)的優(yōu)化改進(jìn)

為使現(xiàn)有篦冷機(jī)之冷卻能力能夠滿足目前熟料產(chǎn)量3000t／d的需求，針對篦冷機(jī)多年運(yùn)行中的問題進(jìn)行歸類匯總，通過根本原因分析，采取了5項(xiàng)優(yōu)化措施，改進(jìn)后的篦床結(jié)構(gòu)見圖2。

2.1入口固定篦床再設(shè)計(jì)

將人口活動(dòng)一固定篦板交錯(cuò)布置的1～4排篦板全部固定化，組成向下傾斜15°的入口固定階梯篦床，每塊篦板4個(gè)臺階，見圖3(a)，其特點(diǎn)為：

1、固定的通風(fēng)區(qū)域，為冷風(fēng)與熱熟料換熱提供條件。

2、合適的熟料分布，粗細(xì)顆粒在此得到混合，減少“紅河”現(xiàn)象。

3、自我保護(hù)人口固定階梯篦床篦板，提高窯系統(tǒng)的可靠性。

常規(guī)設(shè)計(jì)篦冷機(jī)入口固定階梯篦床長度<2000mm，如果標(biāo)況下風(fēng)載密度不變，階梯篦床上總通風(fēng)量較低，達(dá)不到熟料急冷條件；再設(shè)計(jì)時(shí)擴(kuò)展入口固定階梯篦床長度到2500mm，階梯篦床上總通風(fēng)量超過0.3m3／kg，確保了熟料急冷所需風(fēng)量。

2.2將人口固定階梯篦床落到活動(dòng)篦板排上常規(guī)設(shè)

計(jì)篦冷機(jī)入口固定階梯篦床，都是落在固定篦板排(4f)上，見圖3(b)。熟料靠重力與風(fēng)的滑動(dòng)效應(yīng)從階梯篦床流下來，要越過靜止篦板(4f)長度，且要轉(zhuǎn)角10o才能被活動(dòng)篦板(5m)推走，熟料流動(dòng)路徑長，轉(zhuǎn)角大，不順暢，許多工廠發(fā)生“堆雪人”現(xiàn)象。

將人口固定階梯篦床直接落到了活動(dòng)篦板排(5m)上，見圖3(a)。從階梯篦床流下來的熟料，在重力與高風(fēng)載密度帶來的超強(qiáng)風(fēng)的滑動(dòng)效應(yīng)聯(lián)合作用下，零距離，零轉(zhuǎn)角，直接被活動(dòng)篦板(5m)推走；因此生產(chǎn)中從未發(fā)生過“堆雪人”現(xiàn)象。

2.3向下傾斜3°的1段篦床改為純水平

將篦冷機(jī)的1段篦床是向下傾斜3°布置的，見圖4。這種布置方式，熟料輸送能力過強(qiáng)，運(yùn)行中打開一段檢查門，看到熟料“串料”現(xiàn)象特別嚴(yán)重；篦床上的熟料流動(dòng)速度明顯快于篦板的推動(dòng)速度；熟料像流水一樣連續(xù)流動(dòng)，即使篦板后退時(shí)，熟料也照樣向前流動(dòng)。

為抑制熟料在1段篦床上的“串料”現(xiàn)象，將1段篦床布置成純水平，篦床出口產(chǎn)生502mm落差。向下傾斜3°布置時(shí)，1段僅推動(dòng)5-6次／min，熟料串料嚴(yán)重；水平布置后，推動(dòng)速度為8次／min，熟料流速很慢，熟料在1段篦床上流動(dòng)速度明顯降低，提高了熟料在1段篦床上停留時(shí)間，為高效換熱與冷卻提供了基礎(chǔ)。

2.4在1、2段臺階處設(shè)計(jì)第二固定階梯篦床

一段篦床由向下傾斜3°布置，再設(shè)計(jì)成純水平布置后，1段篦床前端抬高502mm；在此位置，拆除1段1根橫梁，2段3根梁；再設(shè)計(jì)一個(gè)“第二固定階梯篦床”，見圖5。分別在兩段移動(dòng)篦床的頭部起始位置，各布置一個(gè)固定階梯篦床，檢索國際水泥冷卻機(jī)專利后得知，這種結(jié)構(gòu)屬國際首次。第二固定階梯篦床優(yōu)點(diǎn)：

1、在1.2段之間，這個(gè)位置已經(jīng)處在0壓面以前，不影響2.3次風(fēng)量與溫度。

2、在第二固定階梯篦床上，適當(dāng)?shù)卦黾语L(fēng)載密度，可以強(qiáng)行透析出熟料中含有的熱量，既有利于廢熱發(fā)電，也有利于熟料的后續(xù)冷卻。

3、將第二固定階梯篦床橫向分為4個(gè)供風(fēng)單元，兩臺風(fēng)機(jī)供風(fēng)，外置閥門調(diào)節(jié)各單元供風(fēng)量，可改變熟料在后續(xù)篦床上的分布狀態(tài)，再設(shè)一道避免“紅河”的防線。第二固定階梯篦床投入運(yùn)行后，在現(xiàn)場通過觀察窗看到：熟料落人2段后，徹底沒有“紅河”。沒有“紅河”的熟料，經(jīng)過后續(xù)冷卻區(qū)域的再冷卻，熟料溫度達(dá)標(biāo)有了保證。

2.5二段篦板運(yùn)動(dòng)軌跡設(shè)計(jì)成向上傾斜10°

原篦冷機(jī)的2段篦板運(yùn)動(dòng)軌跡是純水平的，見圖6(a)。篦板前進(jìn)時(shí)，將熟料推走；篦板后退時(shí)，又帶回來一部分熟料。等速進(jìn)退的活動(dòng)篦板，其輸送效率低于60％；改成向上傾斜10°見圖6(b)。原本推動(dòng)24次／min才能將熟料送走，因推動(dòng)次數(shù)達(dá)到了最大值，無法通過降低篦速，實(shí)現(xiàn)厚料層操作；將篦板的運(yùn)行軌跡再設(shè)計(jì)成向上傾斜10o僅推動(dòng)16次／min就能將熟料送走，輸送次數(shù)富余1／3，可以通過降低篦速，實(shí)現(xiàn)厚料層操作。

另外，設(shè)計(jì)成向上傾斜10°篦板運(yùn)動(dòng)軌跡，活動(dòng)篦板“慢進(jìn)快退”，料層中的孔隙率得到提高，料層“阻力降”下降，不僅提高了換熱與后冷卻效果，而且風(fēng)室靜壓下降，有利于節(jié)能運(yùn)行。還有，活動(dòng)篦板慢進(jìn)快退，篦板的磨損也相應(yīng)減少。

3 改進(jìn)后的篦冷機(jī)使用效果

篦冷機(jī)在篦下冷卻風(fēng)機(jī)不變，篦床有效面積不變的條件下，通過優(yōu)化改造，于2018年2月10日投入生產(chǎn)運(yùn)行，其各項(xiàng)指標(biāo)對比見表2。

改造后的篦冷機(jī)：

1、每年可為企業(yè)節(jié)約實(shí)物煤5000余t，節(jié)省煤炭采購費(fèi)用近300萬元；

2、出冷卻機(jī)熟料溫度大幅度降低，減少下游設(shè)備損壞(燒皮帶，篦板與錘頭過度磨損，水泥磨主軸承溫度高報(bào)警等)，每年可節(jié)省維修費(fèi)用50余萬元；

3、熟料小磨粉磨時(shí)間減少，易磨性提高，可降低水泥粉磨工序電耗；

4、水泥與外加劑適應(yīng)性變好，提高了用戶滿意度

4 結(jié)語

優(yōu)化改造后的NC32216篦冷機(jī)，滿足了眾多的水泥廠熟料超產(chǎn)20％的需求，為存量逾千臺的第三代篦冷機(jī)新一輪技術(shù)改造，釋放新動(dòng)能，開創(chuàng)了一條實(shí)用且有效的新途徑。

來源：《沈陽建筑大學(xué)理學(xué)院、北京酷勒斯技術(shù)發(fā)展有限公司、宜興天山水泥有限責(zé)任公司》

作者：樊旭峰、冀猛、羅棟

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