郭红军：熟料生产中篦式冷却机的优化改造和操作

8月21日在西安召开的2011中国水泥技术论坛——大西北水泥生产（篦冷机）研讨会上，
淄博科邦热工技术开发有限公司总经理郭红军和与会者分享了熟料生产中篦式冷却机的优化改造和操作经验。

　   前言

　　熟料冷却机是水泥熟料生产系统中最关键的设备之一。他与预热器分解炉、回转窑一起，构成了水泥熟料烧成系统。

　　它是水泥熟料在在窑内完成煅烧后，对熟料质量起着决定性作用的重要工艺环节。

　　它的性能优劣，还对烧成系统节能降耗起着决定性的作用。

　　对篦冷机系统操作正确与是否合理，还直接影响到窑内煅烧工况的稳定性；影响到分解炉的性能和预热器的工作的稳定性。

　　目前国内正在运行的新型干法熟料生产线，大都超过设计生产能力20%左右，但是，在产量超标的同时，热耗也在上升。这些生产线真正达到设计热耗指标的很少。所以高产低耗的不多，高产高耗的工厂不少。

　　纵观这些生产线的熟料温度，大都因为产量超标而导致温度高于65℃+环境温度。熟料温度达在180-200℃的工厂比比皆是。因此导致篦冷机的故障率比较高。

　　根据这种现状，国内很多水泥厂开展了以降低熟料温度，提高设备运转率为目标的篦冷机技术改造。

　　改造的要求

　　根据我们调查，大多数工厂对篦冷机进行改造的主要目的是：

　　1降低熟料的温度；（提高水泥的质量，降低水泥磨电耗）

　　2提高篦板的寿命，提高运转率。

　　3提高熟料的易磨性；（降低水泥磨的电耗）

　　4提高熟料的标号；

　　5提高二次风温；（减少系统的煤耗）

　　在这里，之所以把提高二次风温的目的放在最后，是因为比较少有工厂以这个目地为主要目标来改造的。很多工厂只要熟料的温度符合要求，篦板不容易出问题，锁风装置不漏风。就认为没有必要改造的必要了。

　　从这个排序，我们看出，很多工厂对篦冷机作用的认识的深度。包括我后面讲的操作要点。

　　按照这个排序，可以看到，篦冷机最主要的两个作用被忽视了：

　　——稳定窑内工况

　　——对系统的节能降耗作用。

　　我在《新型干法熟料生产系统优化升级的技术措施》文章中，列举了目前正在正常运行的熟料生产线存在的十二个方面的共同现象，其中就有窑头罩内的二次风温，大都在 1150℃以下的问题。 (在窑头罩侧面测量 )

　　在这种情况下改造的篦冷机。虽然出料温度降低下来了，但是很多工厂改造后的二次风温还是只有 950-1050℃左右。出来的熟料除了温度低了之外，没有其他根本性的改善。

　　特别是窑头和分解炉的用煤量基本没有减少。

　　所以说，很多篦冷机只注意了对机械设备改造，而没有进行技术性能优化。或者是说性能优化的不多。[Page]

　　优化改造内容

　　由于现在的工厂使用的大多数都是有着“第三代”之称的具有阻力蓖板和空气梁供风系统的蓖冷机，或者是在此基础上改良的一些机型。因此对它的改造方法也基本上相同。但是采用的技术有根本性的差别。目前常用的改造方法有：

　　——对篦冷机进行局部改造。特别是高温落料端，更换固定篦板、采用风箱式供风、采用充气梁结构；

　　——增大冷却风机的风量，重新进行配风；

　　——采用新型结构和材料的篦冷机风室的密封；

　　——采用双层下料斗密封装置；

　　——将冷却机改为新型的篦床冷却，比如，推动棒推料的篦床，每块篦板的下面装有气流平衡阀，以保证料床的通风冷却均匀；

　　——将篦床改造成为篦床相对移动的行进式悬摆篦冷机。

　　上述改造的结果都是有效的。但是采用不同技术时，得到的效果是不一样的。

　　改造后的现状

　　根据我们的调查了解，很多工厂对改造后的效果都是满意的。之所以满意，一是因为出料温度降低下来了，二是因为漏料少了。至于二次风温和熟料的质量问题关注的不是很多。

　　做水泥工艺的技术人员都知道，当熟料离开窑口时，它的实际质量还没有最后确定。因为只有烧成是不够的，还需要合理的急冷速度和冷却效果。这样才能实现实际矿物组成与配料计算的数值最接近；

　　下面是淬冷和平衡冷却时 C3S的含量

　　从篦冷机的工作原理来看，当熟料淬冷的速率不高，二次风温不能稳定的达到较高的温度时（ 1150℃），烧成系统热耗高就已经成定局了。

　　当熟料出口温度大于设计温度时，熟料的质量就已经受到了影响。

　　熟料冷却机，从早期的筒式冷却机（单筒、多筒）发展到篦式冷却，最根本的问题是解决了熟料急冷的问题和提高了热交换效率。

　　但是，热交换效率高，不一定急冷效果好。

　　这是因为，急冷是一个局部问题，热效率是一个整体的问题。我们从下面的示意图中可以看出来。

　　当前使用的篦式冷却机，对熟料的冷却状态是不一样的。也即在篦冷机内，熟料的冷却速率是不一样的。同样出料温度的冷却机，熟料的冷却过程有三种状态：

　　状态一情况下的熟料缓慢冷却，在出口处达到了温度要求。但是二次风温不高，对降低热耗的贡献比较小。对烧劣质煤和无烟煤的作用也有限。而且排放余风温度高。因此头排风机的设计风量大；

　　状态二情况时的熟料 ，有一部分急冷，但是极冷的速率不大。从急冷到缓冷的转折点。落在了燃烧用空气量平衡点的后面，在出口处的熟料达到了温度要求。二次风温要比状态一高一些，排放空气温度比状态一要低。因此头排风机的设计风量可以降低；

　　状态三是我们希望的工况。当熟料落入篦冷机后，在很短的篦床距离内迅速实现急冷。急冷的速率很大。二次风温要比状态一和二都高。可以达到 1150--1200℃。在篦床的其余部分冷却速率与前两种状态一样的情况下，较短的篦床长度就达到了冷却效果。因此。系统内燃烧所用的空气在这一阶段最大限度的进行了热交换。极大的提高了二次风温。篦床出口处的温度很低。因此头排风机的设计风量还可以降低。[Page]

　　如何确定优化改造的范围

　　至于熟料落入篦冷机后，在移动多长的距离之内完成急冷是合理的，可以通过计算得出一个合理的数据。

　　按照一般的篦冷机的冷却风机配置情况，一台能力为 2800t/d的冷却机，其配套风机总风量约为 230000-250000Nm³/h，（表内的数据是一个实际工厂的配套情况。配套风机偏大）

　　一般配套 10台风机。一般是一室三台。二室三台。三室二台，其余四、五室各一台。

　　按照实际产量 2900t/d，热耗 730×4。182kj/kgcl计算，减除一次风和分解炉喷煤管的风量之后，经过窑头罩的风量应为 120611 Nm³/h。

　　过平衡，这些风量需要前面 7台冷却风机的风量才能满足。而这7台风机的位置正好在篦冷机的二室之后三室之内。

　　因此，熟料的急冷应该在篦冷机中刚过二室的地方完成是最好的。但在现实中，可能大多数设备没有做到这一点。这从二次风温的数值可以看出来。

　　这个位置，同时也是人们常说的篦冷机内压力的平衡点，既“零点”。零点之前空气，不管温度有多么高（即工况气体量不一样），都应过窑头罩 ，然后进了窑内和分解炉内。零点之后的空气，就可以用来进入煤磨以及被用去进行余热发电，然后排出。

　　这个零点的实际位置，还会因为操作者的操作不断变化着。当这 7台风机不能全开时，这个点的位置就在向篦冷机的出料端移动着。

　　所以对篦冷机的改造首先应该从熟料落料的位置开始，到“零点”的位置之间的这部分的结构为重点来进行。

　　高温落料端固定床的优化措施

　　对篦冷机的优化改造，大都注意了高温落料端的改造。常用的方法有：

　　——-将这一部分的篦板按照“行”排列组合在一起，形成几个独立的行单元。对篦板分组采用充气梁供风。特别是在考虑了落料的离析现象后，细料端的风机压力都高一些，以求得冷却效果一致；

　　——-将篦板下面的风室，按照“列”排列组合后，采用多台参数不同的风机供风。同时按照不同的列排列的位置，采用流量控制阀分列供风；

　　——将这一部分的篦板按照“行”排列组合在一起，形成几个独立的行单元。对篦板分组采用充气梁供风，同时，增加“脉动流量”控制阀，在行的方向上，形成控制流。也即大家所说的，控制流篦冷机；

　　---将篦板按照“列”排列组合后，并采用两段式结构，两端中采用不同结构的篦板，采用多台参数不同的风机供风。同时按照不同的“列”的位置，采用“脉动流量”控制阀分列供风；形成丛向控制流的工况。这种结构可以最有效的产生急冷，并且控制“红河”的产生；

　　——自从出现了篦板下面安装空气平衡阀的技术之后，有些篦冷机将高温落料端的篦板下面也安装了平衡阀。并将其组合成一个风室，有一台风机供风。依靠平衡阀保证每块篦板上的通风量是与熟料的冷却效果匹配的。这种结构，一般只需一台风机。

　　不管哪种结构基本都会产生一些好的作用。但是，有一些结构，由于人们对它的理解和认识还不够，包括设计者也没有吃透，因此导致效果不明显。例如：控制流就是这种情况；

　　以前的时候人们都对固定床的角度非常关注，但是随着篦板结构的不断变化，这个角度的概念也变化了。原来的篦板安装完后，其表面形成的角度就是要求的角度。后来有的结构，篦板在安装的时候都是水平安装的。其表面连线形成了一个角度。这两个角度一般选择150。这种形成角度不同的结构，在使用中没有发现有明显的差别。但是从原理上来讲应该是有差别的。仅仅是没有出现直接对照的实例。

　　根据我们对实际情况的分析，严格来说，不同结构的篦板使用后，它的设计角度是不一样的。

　　还有的篦冷机，根本就没有设置单独的落料端装置。前后都是一样的。在落料的位置就是一般的篦板再加活动篦板。结果不但没有出现堆雪人的情况，而且冷却效果与其他的一般的冷却机也没有大的差别。

　　由此看来，该段的篦板结构大有文章可做。

　　国外有的公司，在将这一段的篦板重新设计后。同时也采用篦板分”列”分量供风的方式，并配合着调节阀一起使用。结果实现了二次风温达到1150—1200℃的效果。

　　但是，我们在与国外某公司合作的时候发现，在单独使用这种结构的时候多次出现过效果不稳定的现象 ——-二次风温提不起来，很难达到 1100℃、熟料的强度低于以前的平均标号、频繁出现堆雪人的现象。这说明这种技术尚有需完善之处

　　同时还说明了，二次风温高不一定就是急冷效果好。但是急冷效果好的装置，二次风温一定会高。

　　因此，我认为，一个合理的高温落料端的结构，应该具有以下的功能：

　　1在高温落料端的固定床的篦板配风上，首先要根据粗、细料对风量的影响作用，在进风管加调节阀控制风量分配。同时增加脉动流量控制阀，脉动供风，加强熟料的急冷，消除堆雪人的现象；

　　2 在高温落料端的固定床的风机应该按照落料的离析现象，分别配备风机参数；

　　3 物料在这一段的冷却过程中，由于是依靠堆积角度的变化来移动的，因此应该采用几种结构的篦板，使物料出现翻滚现象，以加速冷却；

　　4高温落料端的篦床不能太窄，因为这一段的篦床是没有动力的，在同样的产量时，这部分料层会太厚，虽然二次风温会因此而提高，但是影响熟料急冷的速率。容易产生堆雪人现象，并使熟料的急冷效果受影响。

　　现在，大多数技术人员都有了共识：在高温段的篦床上，从左到右的每列篦板的通风量应该是不一样的。这种不一样的风量应该是变化的，不应该是一成不变的。这种配风原则，可以有效的解决“红河”现象。可以解决“堆雪人”现象。同时容易实现熟料的急冷。

　　针对以上要求，淄博科邦公司开发了系列技术，并申请了专利

　　《纵向控制流固定床》               201020654829.0

　　《组合式急冷篦板》                  201120080954.X

　　《急冷篦板》                           201120080794.9[Page]

　　其他部分的优化

　　对于高温落料端后面篦床优化改造，现在大家有不同的意见。有很多单位，把改造的的重点放在了讨论采用第三代充气梁还是第四代推动棒的问题上。而有些制造单位也把宣传的重点放在了结构上，这多少使大家造成了一些重心的偏离。当然，一个好的结构是谁都喜欢的。关键是这些结构对最主要目标的作用大小，以及投资多少，这才是在一定情况下选取的依据。

　　由于现在使用的第三代充气梁蓖冷机，在全面考虑长度、宽度方向的料层阻力(料层厚度、颗粒组成)和料温的分布规律后，比较合理的划分冷却区域。并根据冷却工艺、产量、料层和温度分布，有针对性地配以可以调节的冷却风，使其在较小的区域内空气分布均匀，冷风与熟料之间充分地进行热交换，精确控制各冷却区域的用风量，最终达到高效冷却，获得高的热回收效率。有利于消除了堆“雪人”及“红河”现象对蓖冷机的毁坏，设备运转率提高、节能效果显着。

　　因此，对活动篦床这些部分的优化改造（一般是一室以后的），应以，重新选择篦板的结构、重新配风，加强密封和锁风为重点。

　　如果想一劳永逸，可以采用将这一部分改为第四代代推动棒式的结构。因为推动棒式的结构，篦板只负责冷却，而物料向前移动全由推动棒来完成。再加上篦板上面一直有一部分冷却好的熟料来对篦板的表面进行保护，因此，篦板的温度比较低，而且不容易损坏。而其他的结构，篦板都会出现直接与高温熟料接触，并且被熟料颗粒卡住的现象。因此，时间久了，均会有磨损现象；

　　采用推动棒结构，不但可以省去了风室密封，省去锁风装置，更主要的是提高了熟料均匀冷却，均匀通风的效果。解决了篦板磨损、篦板脱落和漏料的重要问题。

　　第二种方案，已经被很多工厂认为是优选的方案。因为这省去了风室的动态密封和漏料锁风的设备；也减小了拉链机的负荷。当然，在篦板的结构上，再进行一下优化就会更加完美了。

　　对于传动系统的改造，我认为，如果原来就是机械传动的，就没有必要改动了，可以继续使用。因为不管哪种传动方式。移动篦床的导向装置都是可以使用的。而且都是直线运动。就是推动棒式的，也可以通过简单的改造，将原来斜向上的运动，变为水平移动。

　　如果原来的传动系统已经损坏，倒是可以将传动系统改为液压传动。因为液压系统的效率要比机械传动高，运行中的维修量少。而且因为体积小，检修也方便。

　　篦冷机合理操作的原则

　　篦冷机优化改造之后，要想发挥其更好的作用，正确合理的操作方法是非常重要的。根据我们调查发现，很多工厂在篦冷机的操作上还存在一些误区。

　　在操作中要求“稳定”的原则是没有错的。关键是稳定那些参数。是篦床压力还是料层厚度？其实篦冷机操作中最需要稳定的应该是保证冷却效果和向窑内供风的风量。而冷却效果直接显示数据就是二次风的温度和余风温度。供风量就是窑头罩的压力。这三个参数，直接表示了熟料冷却的质量、效率和窑内供风的稳定性。

　　在整个烧成系统中，篦冷机不光起着熟料冷却的作用。它还起着向窑内输送热量和燃烧用空气的重要作用。二次风温高，就可以少用煤粉。可以减少煤粉波动对熟料成分的影响。余风风机开得太大，空气排放就会多了，这样窑内的过剩空气系数就会降低，煤粉的燃烧条件就会破坏。因此，在操作时，要保证这两部分稳定。

　　在篦冷机的合理操作中，应该根据二次风温地波动，来调整篦床的运动速度。而不应该不断的调整风门的开度。例如，一直稳定的二次风温，在产量和窑尾烟室的温度都没有大的波动的时候，一直在降低。出现这种现象的主要原因，大都是熟料中夹带的煤粉遇氧燃烧以及小颗粒熟料出现液相粘接后形成不容易透风的料层引起的。这个时候，首先应该打几下空气炮，破坏这个料层；再大幅度增快篦床速度，并维持一个合理的时间，将二室这段篦床上原来的料层状态破坏掉。然后停止篦床运行一段时间，观察二次风温的变化，稍后再将篦床逐步调整到稳定的速度。

　　当篦床的冷却风机的压力出现变化时，特别是压力减小的时候，也可先提高篦床速度，然后再放慢速度。

　　对于余风风温降低的情况，在操作时，可以先放慢速度，甚至停止，然后再提高速度。这样可以判断出是因为料层不均匀引起的，还是因为料层薄了引起的。做完判断后，再确定合理的篦床运行速度。

　　对于两段式和三段式的篦冷机的篦速控制。如果从等料层厚度的原则来控制的话，应该是第二段篦床速度低于第一段。因为在第二段篦床上，熟料的外表面已经都形成了冷却层，在冷却风的垂直吹动作用下，容易形成流化状态。移动速度要比一段的快，料层容易变薄（有大块时的情况会有变化）。所以这一段的速度可以略低于前面一段。以保持比较厚的料层。第三段的控制方法同前所述。

　　对于冷却风机的开度问题，前面已经讲了，篦冷机的冷却风量，在平衡点之前的空气，都是需要通过窑头罩后，供窑内和分解炉内使用的。因此为了保证煅烧的需要，这些风机的风量尽可能要全开，并且要稳定，不能够经常调整风门的开度。要牢记，风机压力是篦床上料层的厚度和均匀性的表现，它的变化与熟料颗粒大小及大小颗粒分布的均匀性有关。在操作时，应该经常调整篦床速度来保证它们的压力和风量的稳定。当必须要调小风门开度的时候，一定要相应的减小余风排放风机的开度。这样才能够保证窑内煅烧条件的稳定。

　　关于窑头负压控制的参数，应该以微负压为准。但是，由于窑头罩的大小不一样，压力监测点的位置不同。因此，为了使数据准确，应该在现场根据实际观察情况确定比较好。切不可不加观察，盲目依照其他工厂的的数据来判定。而余风排放风机的开度，也应该以稳定压力数值为依据来调节。[Page]

　　结论

　　所以，对于篦冷机的优化改造，首先要以提高二次风温和熟料急冷为主要目的（急冷好了，后面的篦板就不容易坏了），采取得主要技术措施是：

　　1 高温落料端采用“脉动流量”控制纵向流量的固定床结构。同时采用几种急冷篦板组合，能使物料翻滚冷却的方式；

　　2 采用推动棒式篦床；

　　3 采用带平衡阀的的不动篦板;

　　4 两段式篦床中间增设辊式破碎机。

　　采用这四项技术组合，实现对篦冷机的优化改造。

　　优化效果的运行参数为：

　　1二次风的温度可以稳定在1150℃以上（要配合合理的篦冷机操作和烧成操作技术）；

　　2出料温度小于原来的温度；

　　3余风风温大于250-300℃；

　　4 冷却风量降低；

　　检测数据：

　　5小磨实验时的细度比以前提高；

　　6熟料的强度提高2-4Mpa；

　　提高熟料急冷和二次风温后产生的经济效益

　　至于有很多工厂在提高二次风温后，发现用煤量没有降低的现象。说明一是在操作上还存在问题；二是喷煤管的性能还有待于优化。

　　二次风温提高后，三次风温一般并不会同时等幅度的提高，例如，二次风温提高了100℃，但三次风温只提高了60-70℃。这是因为系统设计的原因。如果要想实现等幅度提高的目标，还需对三系风管系统进行优化。这样系统的节能效果就会更加明显。

　　系统节能是一个系统技术，单单一个篦冷机的优化定能起到一些作用，并且为降低热耗创造了条件。但是有时会被系统其他方面的不正常影响了实际效果。如果综合采取措施，会产生“1+1＞2”的效果。并且使优化效果更加明显。

　　淄博科邦公司在十几年的对烧成系统技术改造的工作中，积累了大量的经验，近几年将这些经验又再次进行了优化，应用到大型水泥厂的系统优化升级工作中来。同时根据这些经验，形成了多个专项讲座，将系统优化技术从系统诊断方法、数据分析、对应的技术措施、效果评价等，一一规范，并有效地实施。努力为水泥行业的节能、减排降耗做出更大的贡献。