篦冷機(jī)是水泥生產(chǎn)的重要熱工設(shè)備，其主要功能包括冷卻熟料，便于運(yùn)輸、儲(chǔ)存和粉磨；給窯爐煤粉燃燒提供二次風(fēng)和三次風(fēng)，滿足生料分解與熟料煅燒的要求；快速冷卻，提高熟料質(zhì)量，改善熟料易磨性等。因此，篦冷機(jī)運(yùn)行好壞直接決定了熟料的產(chǎn)量、質(zhì)量和燒成熱耗。

但是，目前許多篦冷機(jī)運(yùn)行情況并不如人意，主要表現(xiàn)為二次風(fēng)和三次風(fēng)溫度偏低，二次風(fēng)低于1100℃的企業(yè)比比皆是；熟料出篦冷機(jī)溫度偏高，幾乎所有篦冷機(jī)都無法滿足環(huán)境溫度+65℃的設(shè)計(jì)要求；篦冷機(jī)鼓入冷風(fēng)量大，一般企業(yè)篦冷機(jī)單位熟料鼓風(fēng)量(標(biāo)況，以下同)都在2m3/kg以上，無法達(dá)到1.7～1.9m3/kg的設(shè)計(jì)指標(biāo)，增加了熟料燒成熱耗；篦冷機(jī)各冷卻風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)不清楚，對(duì)于風(fēng)機(jī)的風(fēng)量、風(fēng)壓、效率等情況不了解，部分風(fēng)機(jī)可能已經(jīng)長(zhǎng)期遠(yuǎn)離性能曲線點(diǎn)工作，造成篦冷機(jī)運(yùn)行狀態(tài)差、單位熟料冷卻電耗高等問題；入窯頭余熱鍋爐風(fēng)溫偏低，余熱發(fā)電效果差；低溫余風(fēng)量大，造成無謂的能源浪費(fèi)等。

上述絕大部分問題的根源在于企業(yè)對(duì)于篦冷機(jī)各冷卻風(fēng)機(jī)的風(fēng)量、效率等不清楚。雖然企業(yè)掌握了風(fēng)機(jī)開度、變頻器頻率、風(fēng)機(jī)電流、壓力等數(shù)據(jù)，但無法對(duì)風(fēng)機(jī)風(fēng)量進(jìn)行直接求解，并缺乏對(duì)風(fēng)機(jī)運(yùn)行效率、篦冷機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的客觀判斷。本文根據(jù)離心式風(fēng)機(jī)的原理，對(duì)篦冷機(jī)冷卻風(fēng)機(jī)風(fēng)量進(jìn)行估算，在此基礎(chǔ)上，通過案例分析，對(duì)比估算值與標(biāo)定值，以此判定篦冷機(jī)運(yùn)行狀態(tài)。

離心式風(fēng)機(jī)由轉(zhuǎn)動(dòng)的葉輪和固定的機(jī)殼組成，葉輪由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)作高速旋轉(zhuǎn)，葉輪內(nèi)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(qiáng)因氣體的甩出而降低，外界氣體即可源源不斷的進(jìn)入。

根據(jù)離心式風(fēng)機(jī)的比例定律，當(dāng)風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速發(fā)生改變時(shí)，風(fēng)機(jī)的流量、壓頭隨之發(fā)生變化，并引起風(fēng)機(jī)的效率和功率相應(yīng)改變。當(dāng)氣體粘度不大，效率變化不明顯時(shí)，不同轉(zhuǎn)速下風(fēng)機(jī)的流量、壓頭和功率與轉(zhuǎn)速的關(guān)系可表達(dá)成(1)式。

式中，Q₁、P₁、N₁——轉(zhuǎn)速為n₁時(shí)風(fēng)機(jī)的體積流量、壓頭和軸功率；Q₂、P₂、N₂——轉(zhuǎn)速為n2₂時(shí)風(fēng)機(jī)的體積流量、壓頭和軸功率。

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

當(dāng)已知風(fēng)機(jī)壓頭或軸功率時(shí)，即可通過該定律對(duì)風(fēng)機(jī)流量進(jìn)行換算，換算公式如下。

式中，Q為風(fēng)機(jī)實(shí)際流量，Q₀為風(fēng)機(jī)額定流量；α為風(fēng)機(jī)閥門開度，或者是變頻風(fēng)機(jī)頻率與額定頻率之比；p₁為風(fēng)機(jī)壓力，p₀為風(fēng)機(jī)額定壓力；P₁為風(fēng)機(jī)實(shí)際功率，P₀為風(fēng)機(jī)額定功率。上述定律的適用條件如下：(1)風(fēng)機(jī)的管路特性不發(fā)生顯著變化，即工況點(diǎn)下管路特性與額定狀態(tài)下基本一致，要求所估算風(fēng)機(jī)的閥門開度為100％；(2)與額定狀態(tài)相比，風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速變化不大于±20％，即頻率變化≤±20％。

估算中，取DCS系統(tǒng)所顯示風(fēng)機(jī)壓力作為該風(fēng)機(jī)的出口壓力，選擇風(fēng)機(jī)運(yùn)行電流來計(jì)算功率。一旦根據(jù)公式(2)和公式(3)計(jì)算出風(fēng)機(jī)的風(fēng)量，即可將其與標(biāo)定結(jié)果進(jìn)行對(duì)比與分析。

案例1：某5000t/d生產(chǎn)線，篦冷機(jī)冷卻風(fēng)機(jī)共有15臺(tái)，由第三方單位對(duì)各風(fēng)機(jī)的風(fēng)量、壓力等進(jìn)行熱工標(biāo)定。在此，基于DCS顯示的風(fēng)機(jī)變頻器頻率、壓力和電流，分別用式(2)和式(3)對(duì)滿足比例定律的風(fēng)機(jī)進(jìn)行估算，結(jié)果如表1所示。

表1 案例1計(jì)算結(jié)果與標(biāo)定結(jié)果的對(duì)比

結(jié)果表明，式(2)和式(3)兩種方法估算篦冷機(jī)風(fēng)機(jī)合計(jì)風(fēng)量總體偏大，較標(biāo)定結(jié)果分別偏大9％和15％。部分單臺(tái)風(fēng)機(jī)的計(jì)算誤差則非常大。較大的誤差在一定程度上反映了風(fēng)機(jī)運(yùn)行效率、篦冷機(jī)運(yùn)行狀況或標(biāo)定結(jié)果準(zhǔn)確性等問題。如F1風(fēng)機(jī)計(jì)算所得的風(fēng)量分別為29266m3/h和33334m3/h，而標(biāo)定結(jié)果只有15112m3/h，誤差分別達(dá)到94％和121％。

在假定標(biāo)定結(jié)果準(zhǔn)確的基礎(chǔ)上，可以初步判斷該風(fēng)機(jī)運(yùn)行效率較低，即電機(jī)做出的功無法轉(zhuǎn)換為有效的風(fēng)量與風(fēng)壓，造成風(fēng)機(jī)壓力低于額定壓力的同時(shí)，電流也低于額定電流。與F1情況相類似的還有F2和F8風(fēng)機(jī)。

與此相對(duì)應(yīng)的則是個(gè)別風(fēng)機(jī)標(biāo)定結(jié)果遠(yuǎn)大于計(jì)算結(jié)果，如F3風(fēng)機(jī)計(jì)算結(jié)果較標(biāo)定結(jié)果分別低-37％和-28％。由表1可以看出，F(xiàn)3風(fēng)機(jī)的標(biāo)定風(fēng)量要遠(yuǎn)大于額定風(fēng)量，這可能是由于F3風(fēng)機(jī)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(fēng)機(jī)運(yùn)行壓力偏低(實(shí)際壓力4804Pa，而額定壓力為6664Pa)，導(dǎo)致流量增大等。

案例2：某5000t/d生產(chǎn)線，篦冷機(jī)冷卻風(fēng)機(jī)共有15臺(tái)。與案例1相同，由第三方單位對(duì)各風(fēng)機(jī)的風(fēng)量、壓力等進(jìn)行熱工標(biāo)定。在此，基于DCS顯示的變頻器頻率、風(fēng)機(jī)壓力、電流，分別用式1)和式2)對(duì)滿足比例定律的風(fēng)機(jī)進(jìn)行估算，結(jié)果如表2所示。

與案例1相比，案例2計(jì)算的風(fēng)機(jī)總風(fēng)量較標(biāo)定風(fēng)量誤差較大，兩種方法所得結(jié)果較標(biāo)定結(jié)果分別偏大20％和10％。同時(shí)，對(duì)比單臺(tái)風(fēng)機(jī)的計(jì)算值與標(biāo)定值，F(xiàn)g4b、F4、F7、F8風(fēng)機(jī)的計(jì)算值較標(biāo)定值明顯偏大，F(xiàn)1、F2風(fēng)機(jī)的計(jì)算值較標(biāo)定值明顯偏小。根據(jù)表2計(jì)算結(jié)果，可以基本判定F1、F2風(fēng)機(jī)處料層分布不均或料層相對(duì)較薄等；Fg4b、F4風(fēng)機(jī)運(yùn)行效率偏低；與Fg4b風(fēng)機(jī)不同，F(xiàn)7、F8風(fēng)機(jī)壓力大于額定壓力，通常表明此處料層相對(duì)較厚，導(dǎo)致風(fēng)機(jī)壓力增加，電流升高等。

表2 案例2計(jì)算結(jié)果與標(biāo)定結(jié)果的對(duì)比

總結(jié)案例1和案例2所反映的篦冷機(jī)、冷卻風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，可分以下四種情況：

(1)對(duì)于計(jì)算結(jié)果明顯偏大的風(fēng)機(jī)，在假定標(biāo)定結(jié)果準(zhǔn)確性的基礎(chǔ)上，通常是由于風(fēng)機(jī)運(yùn)行效率偏低或料層“相對(duì)”風(fēng)機(jī)壓頭較厚導(dǎo)致。如果上述風(fēng)機(jī)的運(yùn)行壓力較風(fēng)機(jī)額定壓力偏小，說明該風(fēng)機(jī)運(yùn)行效率較低，電機(jī)做出的功無法轉(zhuǎn)換為有效的風(fēng)量與風(fēng)壓，此類風(fēng)機(jī)耗電量偏大，且冷卻效果較差，建議更換為更高效的風(fēng)機(jī)。

如果上述風(fēng)機(jī)的運(yùn)行壓力接近或超過風(fēng)機(jī)額定壓力，則說明此處料層“相對(duì)”風(fēng)機(jī)壓頭較厚，冷卻風(fēng)吹不動(dòng)而導(dǎo)致壓力增大，同時(shí)風(fēng)機(jī)電流升高做功增加，風(fēng)機(jī)實(shí)際風(fēng)量通常偏低，此類風(fēng)機(jī)壓頭略有偏小，可適當(dāng)調(diào)整篦冷機(jī)料層厚度或篦板阻力等。

(2)對(duì)于計(jì)算結(jié)果明顯偏小的風(fēng)機(jī)，通常是因?yàn)闃?biāo)定風(fēng)量大于額定風(fēng)量。如果該風(fēng)機(jī)實(shí)際壓力低于額定壓力，計(jì)算結(jié)果偏小可能是由于此處篦冷機(jī)料層分布不均或料層較薄，部分熟料被吹穿，使得風(fēng)機(jī)壓力偏低，流量增大；如果該風(fēng)機(jī)實(shí)際壓力接近或高于額定壓力，計(jì)算結(jié)果偏小可能是標(biāo)定結(jié)果有誤或閥門、頻率反饋有誤等問題。

(3)計(jì)算公式(2)結(jié)果大，而計(jì)算公式(1)結(jié)果小，如案例2中的F9風(fēng)機(jī)。可以基本判定是由于此處料層“相對(duì)”風(fēng)機(jī)壓頭過厚，導(dǎo)致風(fēng)機(jī)壓力升高。與情況(2)所述的“料層相對(duì)較厚”不同，此時(shí)風(fēng)機(jī)電流不升反而下滑，說明風(fēng)機(jī)不能滿足冷卻要求，往往需要更換壓頭更大的風(fēng)機(jī)。

(4)計(jì)算公式(2)結(jié)果小，而計(jì)算公式(3)結(jié)果大。可以基本判斷此類風(fēng)機(jī)運(yùn)行效率相當(dāng)?shù)汀Ｅc情況(2)所述的“風(fēng)機(jī)運(yùn)行效率較低”不同，此時(shí)風(fēng)機(jī)壓力相對(duì)較低，而電流相對(duì)高，說明風(fēng)機(jī)運(yùn)行效率相當(dāng)?shù)停枰鼡Q效率更高的風(fēng)機(jī)。

根據(jù)離心式風(fēng)機(jī)的特性，闡述了一種估算篦冷機(jī)冷卻風(fēng)機(jī)風(fēng)量的方法，該方法計(jì)算的風(fēng)機(jī)風(fēng)量與標(biāo)定值相比存在一定誤差。針對(duì)誤差較大的單臺(tái)風(fēng)機(jī)，通過分析風(fēng)機(jī)壓力、電流等參數(shù)，可對(duì)篦冷機(jī)運(yùn)行狀態(tài)、風(fēng)機(jī)狀態(tài)等進(jìn)行判定，以此指導(dǎo)企業(yè)更換風(fēng)機(jī)、調(diào)整篦冷機(jī)運(yùn)行參數(shù)等，實(shí)現(xiàn)篦冷機(jī)換熱效率的提高、余熱發(fā)電量的增加和單位冷卻電耗的降低。

作者：王俊杰

來源：《中國(guó)建筑材料科學(xué)研究總院》

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