三代篦冷機局部改造設計方案詳解

戴軍康

合肥水泥研究設計院，安徽 合肥 230051

三代篦冷機局部改造設計方案詳解

戴軍康

合肥水泥研究設計院，安徽 合肥 230051

一臺三代篦冷機冷卻效果差，導致二次風溫低，出篦冷機熟料溫度偏高。通過對篦冷機固定篦床及一段充氣梁篦板的改造，并根據篦板的結構和篦床的工況詳細計算，得出篦冷機固定篦床及一段的篦冷機風機的合理優化參數。改造后，篦冷機完全適應窯產量的變化，出料溫度降低；二次風溫度和三次風溫度都有明顯提高。

KID篦床系統 充氣梁篦板 風機風壓和風量

0 引言

東阿山水東昌水泥有限公司2 500 t/d生產線采用NC33224型篦式冷卻機，篦床有效面積70.3 m2，設計產量3 000 t/d，于2011年年底投產。該篦冷機在生產過程中出現二次風溫偏低、出篦冷機熟料溫度偏高等現象。本文將對該篦冷機的局部改造設計進行介紹。

1 篦冷機使用現狀

（1）目前二次風溫偏低，一般保持在1 050 ℃左右，主要原因是固定端篦床供風系統分區設計不合理。一般在落料端固定篦床熟料分布情況為：兩側區域料層薄、阻力小，中間區域料層厚、阻力大，而原固定端篦床只考慮到了粗、細料側供風分區，因此容易造成兩側冷卻風過多，而中間區域冷卻風不夠的現象，從而造成熟料在落料端固定篦床處熱交換不充分。

（2）篦冷機一段細料側紅河嚴重，熱交換效果差，直接導致出篦冷機熟料溫度偏高，在200 ℃以上，嚴重影響下一道工序的生產運行。主要原因是一段充氣梁篦板風速較慢，單位面積通風量配備不足，且所配的冷卻風機壓力較低，熟料的冷卻效果差。篦冷機一段的一、二室的冷卻效果同時影響二次風溫。

2 具體改造方案

（1）拆除原固定端篦床，采用整體KID高效急冷固定篦床系統（如圖1）。其優點如下：

圖1 采用整體KID高效急冷固定篦床系統

①冷機風機將冷卻風通過端部周邊區供風系統和中心區供風系統吹入固定篦床。

②該篦床模塊采用多單元供風模式，每個單元配置獨立風管和調節閥門，根據各區域料層厚度和熟料顆粒的不同調節風機閥門開度，從而使熟料在下料口得到最佳的急冷效果。

③通過中心區系統的供風，使出窯高溫熟料驟冷，可以提高熟料的強度和易磨性。

④再加上端部周邊區供風系統，可以消除“堆雪人”現象，提高生產線的運轉率，同時提高二、三次風溫度，從而增加熱回收效率。

（2）將一段所有固定充氣梁篦板更換為NCFG篦板，篦板固定方式仍采用原有固定方式不變，NCFG篦板優點如下：

①具有良好的穿透性，進入料層的冷卻風更均勻，有利于厚料層操作，熱交換充分，冷卻效果好。

②篦板縫隙無漏料，不會堵塞充氣梁及供風管道，無需經常清理管道積灰。

③連接方式可靠，杜絕掉篦板現象。

（3）在一段篦床兩側適當位置增加橋板，以達到減緩兩側料速，減少“紅河”現象的發生，防止冷卻風在側部的短路。

表1 篦冷機固定篦床及一段風室原配置風機參數

（4）篦冷機一段風機壓頭整體偏低，還有一段篦床單位面積上通風量不足（見表1原風機配置，Si為篦床的有效面積），不利于熟料的冷卻和厚料層操作，因此需要對一段篦冷機風機的壓頭和配風進行優化調整。

根據對使用篦板和篦床工況的分析，計算得出固定篦床及一段風機新的風機參數并考慮實際情況最終選定，根據風機最終選定的參數對原配風機進行相應的更換。

3 風機參數的計算選定[1]

3.1 改造后，固定及一段篦床所使用篦板的參數分析

（1）改造后的KID系統所使用的KID篦板，尺寸為320 mm×302 mm，如圖2所示，通風面積為10條130 mm×4 mm和4條102 mm×4 mm組成，通風面積占整個篦板面積的7%。

圖2 改造后的KID系統所使用的KID篦板

（2）改造后一段所有固定充氣梁所使用的NCFG篦板，尺寸為420 mm×298 mm，如圖3所示，通風面積有三處共計950 mm×5 mm，通風面積占整個篦板面積的3.8%。

圖3 固定充氣粱使用的NCFG篦板

（3）原一段風室所使用的篦板不變，尺寸也是420 mm×298 mm，如圖4所示，通風面積為10條 130 mm×4 mm，通風面積占整個篦板面積的4.15%。

3.2 透過熟料層風速Vi的確定[2][3]

根據有關資料介紹，當Vi≥2 m/s時將熟料吹起來，使熟料層形成空洞，熟料和空氣間的熱交換惡化，再結合生產中在窯內掉窯皮和熟料KH低時固定篦板上易堆料的特點，將固定室風速設定為1.8 m/s，由熱端向冷端每個室遞減0.1 m/s，依此類推各風室風速Vi。

圖4 原一段風室所使用篦板

3.3 各風室風量Qi的計算

依據公式Qi=3 600×Si×Vi計算得出Qi的值，式中的Si為篦床的有效面積。

3.4 風機風壓的確定

由前文可知，改造后使用的和之前使用的篦板通風面積占整個篦板面積的百分比分別為7%、3.8%和4.15%，而篦板通風口的風速為V通孔=Vi÷篦板通風面積百分比。

料層阻力計算依據公式△P1=0.25Vi2×h×g，公式中的h為篦床上熟料層的厚度，取800 mm。

以上各參數計算結果見表2。

3.5 篦板阻力的計算

根據資料，篦板阻力計算公式△P2=V通孔2×

γ/(2g)。但是其中KID系統所使用的KID篦板，如圖2中的剖面A-A所示，該篦板在風的流向上多了一道90°方向上的縫隙結構，按90°方向肘管考慮，所以就KID系統所使用的高阻力KID篦板的阻力計算公式在本次應用中修正為：△P2=V通孔2×γ× (1+λ)/(2g)。公式中γ為空氣密度，取1.2 kg/m3，λ為局部阻力參數，在該處應用時按90°方向肘管計算，即λ=3.97。而一段固定充氣梁所使用的NCFG篦板和原一段風室所使用的篦板的阻力計算公式仍為△P2=V通孔2× γ/(2g)。計算結果見表3。

表2 篦冷機固定篦床及一段風室風機參數及通風情況

3.6 風機風壓的計算

風機風壓依據公式，P=1.5×(△P1+△P2)，其中ΔP1為料層阻力，而ΔP2為篦板阻力。計算結果見表4。

3.7 最終風機參數的確定

根據計算結果，及回轉窯提產的需要，另考慮到現場原配置風機的利用問題，風機參數選擇結果見表5。

4 改造效果

整個改造過程約半個月時間，改造后，篦冷機完全適應窯產量的變化，出料溫度降低；二次風溫度和三次風溫度都有明顯提高。改造前后篦冷機性能變化指標見表6。

表3 篦冷機固定篦床及一段風室的篦板阻力

表5 篦冷機固定篦床及一段風室風機參數選定

表4 篦冷機固定篦床及一段風室的風機風壓

表6 改造前后篦冷機性能變化指標

5 結束語

目前，市場上還有很多水泥熟料生產線，仍在使用三代篦冷機對熟料進行冷卻，受當時技術水平的制約和設備故障磨損等因素的影響，三代篦冷機的冷卻效果和熱回收效率都不理想。如何利用現有的三代篦冷機，針對設備存在的主要問題，通過局部的技術改造和設計優化，最大程度地挖掘設備的潛能，對于水泥生產企業產能的優化，有著重要意義。當然，就該篦冷機的改造效果來說，還有空間，值得繼續努力。

[1] 董振坤. 富士摩根第四代步進式穩流篦冷機設計特點及使用經驗[J]. 水泥, 2009,11: 40-45.

2016-09-05）

TQ172.622.4

B

1008-0473(2016)06-0064-05

10.16008/j.cnki.1008-0473.2016.06.013