产业峰会 | 齐砚勇：烧成系统操作方法改进可促进水泥行业绿色发展
3月28日上午，由中国水泥网主办的“第十三届中国水泥产业峰会”顺利召开。西南科技大学副教授 齐砚勇为峰会带来了以《碳减排背景下烧成系统操作方法》为主题的精彩报告。
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2．2
CP1250/1250篦冷机特点
2．2．1 鱼刺梁充气系统
传统篦冷机供风不足，这主要是指不能针对篦床整个宽度上的不同阻力来供风。鱼刺梁充气系统的设计目的在于保证篦床均匀供风，消除“吹穿”、“红河”现象的出现。其充气方式分为两种：气室充气和篦板下直接充气，见图3所示：
图3 鱼刺梁充气系统的充气方式
表示活动篦板，阴影部分表示直接充气区域
图4 鱼刺梁充气系统的篦板分布
一段篦床热回收带按照其不同的功能可划分为三个区域：最前端为窑卸料区；之后为二次风抽取区和三次风抽取区。不同区域对充气有着不同的要求（见图4）。如在卸料区采用三排固定排篦板以形成固定的料层保护篦板，采用脉冲充气防止在窑卸料区中心形成料堆而保持均匀的料床。
图5 活动篦板排结构
在整个第一室高温区域内，全部采用直接充气法，使熟料得以骤冷。对于活动篦板排，充气梁与供风管道通过软连接实现直接充气，其结构简图见图5所示。
另外在一室设置了1台密封风机对篦床鼓入有一定压力的密封空气，其目的：一是在气室中形成平衡压力，防止冷却空气通过篦板间隙流回气室，即未通过料床；二是在密封气通过时可冷却漏料并减少漏料。
2．2．2 特殊的篦板设计
传统冷却机篦板的不足在于大量冷却空气会通过不均匀的熟料层中的薄层部分或粗料部分（即“阻力小”的部分）逸出，致使炽热的熟料难以均匀冷却，无法控制的高速气流可能使细熟料流态化或短路，形成“红河”、“吹穿”的现象，从而使冷却状况进一步恶化。针对这一问题，CP公司在我公司用CP1250/1250篦冷机中采用了“Mulden plate”高阻篦板，其主要特点有：
（1）高阻力、低漏料。这种凹槽形篦板形成一个“Pocket”，增加了气流通过时的阻力——阻力篦板，使得料层阻力的变化对冷却空气的分布影响大为减小。普通篦板上部受热较下部强烈，而下部冷却较好，从而篦板容易向下弯曲，熟料卸落区域出现冲蚀磨损。“Mulden Plate”篦板的设计使盖板与基架分离，消除了弯曲变形，篦板间隙控制在2mm～4mm范围内，大大避免了熟料冲蚀引起的磨损，篦板寿命较传统型延长近2倍，同时盖板磨损后易于更换。
图6 篦板防侧漏结构
（2）侧部抗漏料。篦板侧部是篦冷机受磨损最严重的部分，磨损后细料沿着篦板侧部的缝隙漏料，从而更加速了这种磨损而形成恶性循环。CP公司的抗侧漏篦板结构见图6，两块篦板互相搭接，固定篦板之间几乎没有缝隙，活动篦板间隙在2mm～4mm左右，以保证其运动。这样大大减少了侧部漏料。
（3）减慢低阻力区的料流速度考虑。在窑的卸料过程中，粗、细料会分离，整个料床的阻力是不均匀的，在阻力低的区域(例如活动排的外侧)冷却空气的速度会增加，相应的热交换就很低。尤其在出现细料侧物料的流态化——“红河”现象时，熟料以超常的速度通过冷却机而导致低的冷却及热回收效率。为此，将活动排外侧的“Mulden Plate”板适当以“Stopper”篦板取代，这样可有效的减慢料流的速度，并改变其运动的方向。
（4）防止卸料区边部冷却空气的逸出措施。由于窑的卸料特点，在窑口会形成熟料料锥而导致边部阻力小于中部，冷却空气会大量从边部逸出。为此，CP公司采用Narrow Plate(即用盖板覆盖“Mulden Plate”的“Pockets”)后可阻止冷空气从边部逸出。
3 系统操作自动控制回路
CP1250/1250新型篦冷机除了采用上述的特殊设计外，在控制手段上还采取了篦速优化调节等措施，以进一步保证篦床均匀供风和冷却机的稳定运行。
3．1 篦速的控制
CP型冷却机采用了液压驱动系统，具有运行平稳、惯性小、反应快的优点，易于实现快速启动和频繁换向，尤其是比例调节阀技术的应用，可及时调整篦速，实现自动控制。从窑内卸落的高温物料直接落在篦板上，料层厚度发生变化时，篦床上的阻力是不同。根据阻力变化迅速调节篦速，使料床厚度稳定。基于这一原理，在冷却机操作时采用第一室直接充气风机的压力来监测料床的厚度变化。当实际压力低于设定值时，表明料层太薄，比例阀将自动减慢篦速以使料层增厚；反之，当实际压力高于设定值时，表明料层太厚，比例阀将自动加快篦速而将料层推薄。这样保证了稳定的料床厚度，稳定了篦冷机的运行并可获得稳定的二、三次风温。CP篦冷机操作要求：控制风机风压为9 kPa～9.5 kPa；料层厚度800 mm左右，以提高热回收效率；一段篦床最小冲程次数为4次/min～5次/min，二段的篦速自动调节至一段的1.1倍。在实际操作中，窑况未稳定时如开窑、停窑阶段可采用手动控制篦速，窑正常运行后投入上述回路。
3.2 辊式破碎机的控制
CP冷却机采用中间辊式破碎机代替传统的尾端锤式破碎机，其设计思想是：在热态下熟料易于破碎，破碎后的熟料由于比表面积的增加而使其冷却效果更好，尤其是大块熟料或窑皮经中间破碎后得以充分冷却，有利于输送及储存。本系统破碎机配置了5个辊子，其运动模式有两种，见图7所示。
图7 辊子的运动模式
调试过程中两种模式均采用过。从运行情况看，以 A 模式较好，即#1辊子作输送辊，细料可直接落入二段篦床，大部分粗料被输送至#2与#3辊间的破碎区破碎。在窑产量不超过4000 t/d的情况下, #4与#5辊间的破碎区物料较少。
我们也尝试过B模式，大部分物料在#1与#2辊间的破碎区破碎，#3与#4辊间破碎区物料很少，#5辊上几乎无料。这种荷载的不均匀对#1和#2辊的寿命不利。
辊子通过液压泵驱动液压马达带动辊子转动，其转速为4转/min。辊子配有自动保护装置，每一个辊子均有低速开关，在辊子卡死时将自动跳停；同时#2和#4辊设有压力开关，在压力超过设定值时（如遇到坚硬难破碎熟料或异物），#2和#4辊可自动换向，在连续三次换向后压力仍未降低，辊破将跳停以保护破碎辊。辊破带有5台冷却风机对中空轴进行冷却保护。辊子耐磨环磨损或破裂后可以更换。
3.3灰斗卸料控制
该篦冷机尽管采用了低漏料篦板，但仍会有部分细料进入灰斗。每个灰斗内设有料位探头，当料位触及探头时卸灰阀自动打开。为保证系统锁风，从#1至#15灰斗循环卸料，每次30 s，如某一料斗在连续3个周期卸料后仍有高料位信号将报警，提示料斗可能堵塞。
3.4 喷水系统控制
为保护电除尘系统，要求废气温度必须低于350 ℃，这一点由设于辊破上方的喷水装置来实现。由中控给定温度值后，PID回路将自动调节回水阀开度以控制喷水量。为保证系统正常工作，同时供有密封气和吹扫气以使喷头不堵塞。
2．2．1 鱼刺梁充气系统
传统篦冷机供风不足，这主要是指不能针对篦床整个宽度上的不同阻力来供风。鱼刺梁充气系统的设计目的在于保证篦床均匀供风，消除“吹穿”、“红河”现象的出现。其充气方式分为两种：气室充气和篦板下直接充气，见图3所示：
图3 鱼刺梁充气系统的充气方式
表示活动篦板，阴影部分表示直接充气区域
图4 鱼刺梁充气系统的篦板分布
一段篦床热回收带按照其不同的功能可划分为三个区域：最前端为窑卸料区；之后为二次风抽取区和三次风抽取区。不同区域对充气有着不同的要求（见图4）。如在卸料区采用三排固定排篦板以形成固定的料层保护篦板，采用脉冲充气防止在窑卸料区中心形成料堆而保持均匀的料床。
图5 活动篦板排结构
在整个第一室高温区域内，全部采用直接充气法，使熟料得以骤冷。对于活动篦板排，充气梁与供风管道通过软连接实现直接充气，其结构简图见图5所示。
另外在一室设置了1台密封风机对篦床鼓入有一定压力的密封空气，其目的：一是在气室中形成平衡压力，防止冷却空气通过篦板间隙流回气室，即未通过料床；二是在密封气通过时可冷却漏料并减少漏料。
2．2．2 特殊的篦板设计
传统冷却机篦板的不足在于大量冷却空气会通过不均匀的熟料层中的薄层部分或粗料部分（即“阻力小”的部分）逸出，致使炽热的熟料难以均匀冷却，无法控制的高速气流可能使细熟料流态化或短路，形成“红河”、“吹穿”的现象，从而使冷却状况进一步恶化。针对这一问题，CP公司在我公司用CP1250/1250篦冷机中采用了“Mulden plate”高阻篦板，其主要特点有：
（1）高阻力、低漏料。这种凹槽形篦板形成一个“Pocket”，增加了气流通过时的阻力——阻力篦板，使得料层阻力的变化对冷却空气的分布影响大为减小。普通篦板上部受热较下部强烈，而下部冷却较好，从而篦板容易向下弯曲，熟料卸落区域出现冲蚀磨损。“Mulden Plate”篦板的设计使盖板与基架分离，消除了弯曲变形，篦板间隙控制在2mm～4mm范围内，大大避免了熟料冲蚀引起的磨损，篦板寿命较传统型延长近2倍，同时盖板磨损后易于更换。
图6 篦板防侧漏结构
（2）侧部抗漏料。篦板侧部是篦冷机受磨损最严重的部分，磨损后细料沿着篦板侧部的缝隙漏料，从而更加速了这种磨损而形成恶性循环。CP公司的抗侧漏篦板结构见图6，两块篦板互相搭接，固定篦板之间几乎没有缝隙，活动篦板间隙在2mm～4mm左右，以保证其运动。这样大大减少了侧部漏料。
（3）减慢低阻力区的料流速度考虑。在窑的卸料过程中，粗、细料会分离，整个料床的阻力是不均匀的，在阻力低的区域(例如活动排的外侧)冷却空气的速度会增加，相应的热交换就很低。尤其在出现细料侧物料的流态化——“红河”现象时，熟料以超常的速度通过冷却机而导致低的冷却及热回收效率。为此，将活动排外侧的“Mulden Plate”板适当以“Stopper”篦板取代，这样可有效的减慢料流的速度，并改变其运动的方向。
（4）防止卸料区边部冷却空气的逸出措施。由于窑的卸料特点，在窑口会形成熟料料锥而导致边部阻力小于中部，冷却空气会大量从边部逸出。为此，CP公司采用Narrow Plate(即用盖板覆盖“Mulden Plate”的“Pockets”)后可阻止冷空气从边部逸出。
3 系统操作自动控制回路
CP1250/1250新型篦冷机除了采用上述的特殊设计外，在控制手段上还采取了篦速优化调节等措施，以进一步保证篦床均匀供风和冷却机的稳定运行。
3．1 篦速的控制
CP型冷却机采用了液压驱动系统，具有运行平稳、惯性小、反应快的优点，易于实现快速启动和频繁换向，尤其是比例调节阀技术的应用，可及时调整篦速，实现自动控制。从窑内卸落的高温物料直接落在篦板上，料层厚度发生变化时，篦床上的阻力是不同。根据阻力变化迅速调节篦速，使料床厚度稳定。基于这一原理，在冷却机操作时采用第一室直接充气风机的压力来监测料床的厚度变化。当实际压力低于设定值时，表明料层太薄，比例阀将自动减慢篦速以使料层增厚；反之，当实际压力高于设定值时，表明料层太厚，比例阀将自动加快篦速而将料层推薄。这样保证了稳定的料床厚度，稳定了篦冷机的运行并可获得稳定的二、三次风温。CP篦冷机操作要求：控制风机风压为9 kPa～9.5 kPa；料层厚度800 mm左右，以提高热回收效率；一段篦床最小冲程次数为4次/min～5次/min，二段的篦速自动调节至一段的1.1倍。在实际操作中，窑况未稳定时如开窑、停窑阶段可采用手动控制篦速，窑正常运行后投入上述回路。
3.2 辊式破碎机的控制
CP冷却机采用中间辊式破碎机代替传统的尾端锤式破碎机，其设计思想是：在热态下熟料易于破碎，破碎后的熟料由于比表面积的增加而使其冷却效果更好，尤其是大块熟料或窑皮经中间破碎后得以充分冷却，有利于输送及储存。本系统破碎机配置了5个辊子，其运动模式有两种，见图7所示。
图7 辊子的运动模式
调试过程中两种模式均采用过。从运行情况看，以 A 模式较好，即#1辊子作输送辊，细料可直接落入二段篦床，大部分粗料被输送至#2与#3辊间的破碎区破碎。在窑产量不超过4000 t/d的情况下, #4与#5辊间的破碎区物料较少。
我们也尝试过B模式，大部分物料在#1与#2辊间的破碎区破碎，#3与#4辊间破碎区物料很少，#5辊上几乎无料。这种荷载的不均匀对#1和#2辊的寿命不利。
辊子通过液压泵驱动液压马达带动辊子转动，其转速为4转/min。辊子配有自动保护装置，每一个辊子均有低速开关，在辊子卡死时将自动跳停；同时#2和#4辊设有压力开关，在压力超过设定值时（如遇到坚硬难破碎熟料或异物），#2和#4辊可自动换向，在连续三次换向后压力仍未降低，辊破将跳停以保护破碎辊。辊破带有5台冷却风机对中空轴进行冷却保护。辊子耐磨环磨损或破裂后可以更换。
3.3灰斗卸料控制
该篦冷机尽管采用了低漏料篦板，但仍会有部分细料进入灰斗。每个灰斗内设有料位探头，当料位触及探头时卸灰阀自动打开。为保证系统锁风，从#1至#15灰斗循环卸料，每次30 s，如某一料斗在连续3个周期卸料后仍有高料位信号将报警，提示料斗可能堵塞。
3.4 喷水系统控制
为保护电除尘系统，要求废气温度必须低于350 ℃，这一点由设于辊破上方的喷水装置来实现。由中控给定温度值后，PID回路将自动调节回水阀开度以控制喷水量。为保证系统正常工作，同时供有密封气和吹扫气以使喷头不堵塞。
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投稿：news@ccement.com
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