李昌勇：实现篦冷机高效运转的途径

　　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，南京工业大学材料科学与工程学院研究员、硕士生导师李昌勇作了关于“实现篦冷机高效运转的途径”主题报告。

　　一、新型干法水泥生产线对篦冷机的要求

　　冷却机的基本功能：

　　①熟料冷却：1350~1400降低到室温+65℃

　　②熟料输送及破碎：回转窑到熟料输送机（链斗或槽式）

　　③熟料热量回收：二次风、三次风分别供回转窑、分解炉燃烧器提供高温助燃风

　　④辅助功能：为煤磨提供烘干热源、供给余热发电系统热源

　　二、篦冷机发展历程概述

　　1.篦式冷却机发展历程-第一代

　　20 世纪30 年代美国富勒公司研制成功第一台用于水泥熟料冷却的推动冷却机。

　　①薄料层：料层厚200~300mm；熟料快速冷却，但存在问题多

　　②大风室供风，串风、漏风严重；

　　③效率低，热回收效率45~50%；

　　④用风量大，配风量3.0~3.5Nm3/kg-cl;

　　⑤冷却能力低，<35t/m2●d;

　　⑥用风不均匀，对操作要求高；

　　⑦漏风漏料大，易造成大梁变形，故障率高；

　　2.篦式冷却机发展历程-第二代

　　20 世纪70 年代初，第二代篦冷机开始应用。

　　①厚料层：料层厚450~600mm；

　　小风室供风，区域供风，串风、漏风明显改善；

　　效率明显提高，55~65%，但仍偏低；

　　系统配风量较大，2.5~3.0Nm3/kg-cl(3.8Max);

　　冷却能力仍相对较低，36~42t/m2●d;

　　用风仍然不够均匀，对操作要求很高；

　　设备可靠性较第一代显着改善，但故障率仍偏高；

　　3.篦式冷却机发展历程-第三代

　　1984年，IKN开发出第三代充气梁篦冷机。

　　①采用高阻力充气梁篦板，布风均匀性得到较彻底改善；

　　②厚料层：一段料层厚550~650mm；热回收效率显着提升，达70~75%；

　　③系统配风量较小，1.8~2.4Nm3/kg-cl(2.6Max);

　　④高阻力篦板出风不与篦板平面垂直，冷却风能够得到充分利用，是冷却效果和热回收效率均显着改善；

　　⑤熟料快速冷却，冷却效率高，适应产能大， 45~60t/m2●d;

　　⑥实际用风量小，一般1.5~2.0Nm3/kg-cl;

　　⑦密封效果较好，漏料大幅度减少，篦板使用寿命长，设备运转可靠；

　　⑧对操作要求相对较低；

　　⑨主要问题是活动充气梁的密封及长期运转的可靠性还有待进一步完善；

IKN第三代冷却机[Page]

　　4.篦式冷却机发展历程-第四代

　　史密斯公司率先开发Crossbar-Cooler属第四代篦冷机，1997年起用于水泥生产线。

　　①采用全固定冷却篦板，上面有一层约50mm的固定冷熟料，篦板布风均匀性良好；

　　②熟料的推动方式采用三角截面的推杆推动；

　　③基本消灭了漏料和漏风；

　　④热回收效率高，达72~76%；

　　⑤每块篦板下设有特制的空气自动平衡流量调节阀，可根据篦上阻力，及时调节所需阻力；⑥及时和调节所需风量, 控制简便准确。

　　⑦模块化设计, 节省安装时间和费用；

　　⑧系统配风量较小，1.6~2.2Nm3/kg-cl;

　　⑨熟料快速冷却，冷却效率高，适应产能大， 50~60t/m2●d;

　　实际用风量小，一般1.5~2.0Nm3/kg-cl;

　　篦板使用寿命长，设备运转可靠；

　　主要问题是活动推杆长期运转的可靠性还有待进一步完善；

史密斯第四代Crossbar-Cooler[Page]

各代冷却机主要性能指标

　　三、我国当前篦冷机的基本现状

　　1.我国篦冷机实际现状

　　目前我国2000t/d以上生产线基本已经全部采用了第三代或第四代篦冷机，但绝大多数实际达到的指标都还不够理想。

　　从热回收效率看，较理想指标低5~8个百分点。

　　从实际熟料冷却效果看，出冷却机熟料温度一般在100~190℃，个别高达230~280℃.

　　3.主要存在问题

　　3.1设备方面：

　　①由于对国际上先进技术和装备从理论上缺乏深入研究，使得装备水平还未达理想水平；

　　②充气梁结构和篦板结构仍有改善提高空间；

　　③ 风机配风情况也还不够理想，风载负荷分布不够合理；

　　④设备加工质量粗糙，影响冷却效果较严重；

　　⑤设备安装欠规范，精度差；

　　⑥篦板配置情况等问题使得截面上料层阻力差异大，熟料冷却不够均匀，有些甚至出现红河；

　　⑦破碎机在冷却机尾部，缺少最后“一把力”

　　3.2操作方面：

　　①片面追求窑头负压，零压点位置不合理；

　　②个别厂家片面考虑冷却效果，料层控制不够合理或波动过大；

　　③用风不合理，使得骤冷效果达不到，甚至在冷却机内结成大块；

　　④熟料产质量波动大，操作与之不适应，导致冷却和热回收效果变差；

　　四、冷却机结构与操作优化思路

　　4.1冷却机结构与操作优化思路

　　①布料的优化—采用“变通”的梯形布料，必要时采用侧向空气炮，保证布料尽量均匀；

　　②合理布置“STOP”篦板，使各断面料层阻力尽可能均匀，减少短路气流出现的可能性；

　　③提高篦板加工精度和安装水平，使冷却机效果得到充分发挥；

　　④强化密封，尤其是风室之间的密封，减少“窜风”现象；

　　⑤进一步合理配风，提高骤冷效果，既改善熟料质量，又能防止熟料结块；考虑采用“高压⑥段高风量，低压段适当低风载负荷”的风机分配，充分改善冷却效果；

　　⑦第四代篦冷机需要设法解决推动棒高温耐磨性问题和推动棒下面熟料过于密实的问题

　　⑧合理控制冷却机余风风机抽风量，使零压面控制在A点；

　　⑨控制前方（冷端）的篦板下压力在32~3500Pa以上，使该部分冷却风充分发挥作用；

　　尽可能避免喷水；

　　采取措施，尽可能保证熟料产质量和料层厚度的稳定，兼顾冷却效果和热回收效率。

　　4.2篦冷机热能利用优化基本原则

　　①合理的二、三次风温及风量是新型干法线高效运行的重要基础，也是冷却机首先需要重点保证的；

　　②尽可能降低熟料温度；

　　③提供给煤磨烘干所需的热量；

　　④在保证二、三次风温风量的前提条件下尽量提高余热发电量；

　　⑤二次风温度高，三次风温也比较高，冷却机热回收效率也得以提高；

　　⑥除温度外，二、三次风量更需要得到保证。

　　4.2.2二次风温度与冷却机热回收效率的关系

　　4.3冷却机操作优化原则

　　①一段篦床厚料层操作，提高二、三次风温，利于改善燃烧，降低烧成热耗；

　　②一段篦床控制较高冷却风量，保证骤冷效果；

　　③合理控制“零压点”位置，余风风机抽风量适当控制；

　　④最后一段篦床保持一定料层厚度，提高冷却风的利用效率；

　　4.4理想冷却机的目标指标

　　①出冷却机熟料温度低于80℃；

　　②二次风真实温度超过1200℃，三次风温度超过980℃，二、三次风量充分满足要求；

　　③冷却风量低于1.4Nm3/kg-cl;

　　④热回收效率超过80%.[Page]

　　5.海拔高度对水泥生产的影响

　　5.1海拔高度对水泥生产的影响

　　海拔高度与大气压：

　　海拔高度与气温：海拔越高，气温越低。

　　海拔高度与气体密度：近似用气体状态方程计算。

      海拔高度与水的沸点：近似每高1000m，沸点下降3度。

　　5.2海拔高度与汽化热：

　　5.3海拔高度与碳酸钙分解温度、分解热：

　　5.4海拔高度与回转窑窑产量的关系如何？

　　观点1 ：高海拔地区窑产量与当地大气压近似有如下关系：

　　观点2 ：高海拔地区窑产量与当地大气压近似有如下关系：

　　观点正确与否？待评价

　　5.5海拔高度对熟料生产的影响

　　对风机性能的影响：影响风压（近似与大气压力成正比）相对应电机功率则会明显降低。

　　对预热器影响：若结构尺寸不变，则风量、风速增加为1/Kp倍.阻力损失随之增大，适应的熟料产能显着降低。

　　对分解炉的影响：若结构尺寸不变，则风量、风速增加为1/Kp倍.阻力损失随之增大，煤粉燃烧时间减少为常规地区的Kp倍，眼燃烧效果变差而使适应的熟料产能显着降低。

　　5.6海拔高度对熟料冷却机系统的影响

　　对冷却风机的影响：风机风压按Kp比例降低；标况风量也按Kp比例减少，风机功率降低。风机需根据冷却所需的标况风量和风压来加大风机的风量与风压。

　　对收到系统尘系统及管道的影响：重点考虑因Kp对风量及系统阻力造成的影响。

　　对窑头余风风机的影响：同样风机需根据冷却所需的标况风量和风压来加大风机的风量与风压。

　　对篦板设计的影响：可以按照等动能原则进行篦缝尺寸的设计。