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消除篦冷機(jī)熟料“紅河”的有效途徑

  熟料冷卻設(shè)備是水泥熟料生產(chǎn)系統(tǒng)中最關(guān)鍵的設(shè)備之一,它不僅起著熟料冷卻的作用,而且還要向窯內(nèi)輸送熱量(燃燒用空氣),它對(duì)熟料質(zhì)量及燒成系統(tǒng)節(jié)能降耗起著決定性的作用。

  從上世紀(jì)30年代中期第一臺(tái)篦冷機(jī)誕生至今,隨著熟料燒成技術(shù)的進(jìn)步,篦冷機(jī)技術(shù)也不斷發(fā)展,先后已登上了四個(gè)臺(tái)階,即生產(chǎn)了第一、第二、第三、第四代篦冷機(jī)。

  目前國內(nèi)正在運(yùn)行的新型干法熟料生產(chǎn)線,大都超過設(shè)計(jì)能力20%左右。縱觀這些生產(chǎn)線上的篦冷機(jī),絕大多數(shù)指標(biāo)不夠理想。從熱回收效率看,較理想指標(biāo)低5-8個(gè)百分點(diǎn),二次風(fēng)溫不能穩(wěn)定地達(dá)到較高的溫度(1150℃);從熟料冷卻效果看,出料溫度一般在100-190℃,個(gè)別高達(dá)230-280℃。顯然,這些篦冷機(jī),包括目前國內(nèi)大多數(shù)水泥企業(yè)所使用的以充氣梁技術(shù)為核心的三代篦冷機(jī),它們還不能算是“高效、低耗”的篦冷機(jī)。主要表現(xiàn)熟料“紅河”,導(dǎo)致出料溫度偏高、二次風(fēng)溫偏低、燒篦板、設(shè)備故障多發(fā)、消耗大等等。顯然,“紅河”是篦冷機(jī)諸多問題的根源,只要有“紅河”,就沒有熟料的“急冷”和充分的熱交換,更談不上篦冷機(jī)的高效運(yùn)轉(zhuǎn)。

  那么究竟“紅河”是如何形成的呢?

  我們知道,由于窯的回轉(zhuǎn)作用,熟料落入篦床時(shí)形成橫向顆粒離析,同時(shí)由于篦板的推動(dòng)作用使料層沿縱向展開形成前厚后薄的斜坡,這就形成整個(gè)料層阻力不均勻的現(xiàn)象。料層阻力不均,冷卻風(fēng)很難合理分配:阻力小處(粗料層)冷卻風(fēng)易短路,不能有效冷卻熟料;阻力大處(細(xì)料層)冷卻風(fēng)難以通過,易形成“紅河”,造成篦床局部過熱,易燒篦板而引發(fā)設(shè)備故障,這便是篦冷機(jī)固有的冷卻工藝問題。

  第一、二代篦冷機(jī)難以克服前述的料層阻力不均的問題,“紅河”現(xiàn)象嚴(yán)重。第三代篦冷機(jī)雖然一定程度減輕了料層阻力不均的影響,但也未能徹底根除“紅河”現(xiàn)象,且隨著設(shè)備大型化這種現(xiàn)象越加嚴(yán)重?!凹t河”現(xiàn)象一直是篦冷機(jī)高效運(yùn)轉(zhuǎn)的大敵,尋求徹底解決“紅河”問題的有效途徑是篦冷機(jī)設(shè)計(jì)者的目標(biāo)之一。

  人們嘗試兩種途徑解決“紅河”問題:其一是保證熟料均勻分布。為此,曾經(jīng)采用各種方法(包括集料槽、江心島、分料板等)以達(dá)到熟料均勻分布的目的,但最終效果都無法令人滿意;其二是改變篦床供風(fēng)狀態(tài)(配風(fēng)單元細(xì)化),讓冷卻風(fēng)基本均勻地穿過整個(gè)熟料層(冷卻風(fēng)合理分配)。為此,三代篦冷機(jī)采用充氣梁技術(shù),改變一、二代篦冷機(jī)針對(duì)整個(gè)篦床的供風(fēng)狀態(tài),采用風(fēng)機(jī)通過充氣梁向幾排篦板供風(fēng),配風(fēng)單元由整個(gè)篦床細(xì)化到幾排篦板,其目的盡量克服料層阻力不均的影響,一定程度上起到了作用,但對(duì)大型篦冷機(jī)效果不明顯。分析其原因是:三代篦冷機(jī)的配風(fēng)單元(幾排篦板)還是不夠小。因?yàn)樘幵诿颗朋靼迳系牧蠈幼枇M向差別很大(甚至最大相差近3000Pa),越是大型篦冷機(jī)差別越大,冷卻風(fēng)還是要通過篦板從阻力小的粗料層大量穿過,造成風(fēng)“短路”;阻力大的細(xì)料層,風(fēng)還是難以通過,造成“紅河”。

  根據(jù)以上分析說明:配風(fēng)單元越大越容易出現(xiàn)“紅河”、越小篦床供風(fēng)狀態(tài)越接近理想--冷卻風(fēng)基本均勻地穿過整個(gè)熟料層。

  雖然因篦床熟料不能均勻分布造成料層阻力不均(料層阻力橫向差別大)客觀存在,但是經(jīng)計(jì)算處在一塊篦板上的料層阻力相差很小,可視為相同。那么,如果針對(duì)每塊篦板料層阻力單獨(dú)供風(fēng)(一塊篦板為一個(gè)配風(fēng)單元),就完全不會(huì)出現(xiàn)“料層阻力不同”造成的風(fēng)“短路”和“紅河”。顯然,這種配風(fēng)方式(每塊篦板為一配風(fēng)單元)是解決“紅河”問題的有效途徑,它讓冷卻風(fēng)基本均勻地穿過整個(gè)熟料層成為可能,是篦床理想的供風(fēng)狀態(tài),

  那么如何能實(shí)現(xiàn)上述理想的供風(fēng)狀態(tài)呢?

  為此,沈陽沈新水泥機(jī)械有限公司自主研發(fā)設(shè)計(jì)了一種能夠?qū)崿F(xiàn)“針對(duì)每塊篦板單獨(dú)調(diào)控供風(fēng)”的裝置--“阻尼伺服流量控制閥”。以下簡(jiǎn)稱“控制閥”。(專利號(hào):ZL2009 2 0203843.6)

  “控制閥”是專門針對(duì)解決“紅河”問題而設(shè)計(jì)的?!翱刂崎y”被安裝在每塊篦板下面,每塊篦板形成一個(gè)獨(dú)立配風(fēng)單元。它能夠針對(duì)每塊篦板上的熟料分布情況在一定范圍內(nèi)自動(dòng)控制、調(diào)節(jié)冷卻風(fēng)量,使篦床上冷卻風(fēng)分布合理,供風(fēng)接近理想狀態(tài),即:阻力小處(粗料層)冷卻風(fēng)通過量多時(shí),閥門自動(dòng)關(guān)小,克服“風(fēng)短路”;阻力大處(細(xì)料層)冷卻風(fēng)通量少時(shí),閥門自動(dòng)開大,消除“紅河”。真正實(shí)現(xiàn)了冷卻風(fēng)基本均勻地穿過整個(gè)熟料層的最佳供風(fēng)狀態(tài)。見“控制閥”原理圖。

  “控制閥”原理圖

  “控制閥”的設(shè)計(jì)是基于簡(jiǎn)單的物理定律和空氣動(dòng)力學(xué)原理。由于“控制閥”巧妙的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),使得閥體里的壓力精確反應(yīng)上面料層阻力。依靠閥體內(nèi)外的壓力差,閥板在閥體內(nèi)自動(dòng)做上下運(yùn)動(dòng)。當(dāng)熟料層阻力增大(細(xì)料層),通過的冷卻風(fēng)較小時(shí),閥板向下運(yùn)動(dòng),閥門自動(dòng)打開,增大通風(fēng)面積,這時(shí)冷卻風(fēng)的通過量就會(huì)增大;當(dāng)熟料層阻力減?。ù至蠈樱?,通過的冷卻風(fēng)量較大時(shí),閥板向上運(yùn)動(dòng),閥門自動(dòng)關(guān)小,減小通風(fēng)面積,這時(shí)冷卻風(fēng)通過量就會(huì)減小。當(dāng)閥體內(nèi)外的空氣壓力達(dá)到相等時(shí),閥板處于平衡狀態(tài),此時(shí),閥板所處位置對(duì)應(yīng)一定的閥門開啟程度。當(dāng)篦冷機(jī)上的每一個(gè)閥板都處于平衡狀態(tài)時(shí),整個(gè)篦冷機(jī)就達(dá)到了最佳的供風(fēng)狀態(tài)。

  正是由于新一代篦冷機(jī)安裝使用了“控制閥”,“紅河”問題得到了解決,顯著降低出料溫度和單位冷風(fēng)量和大幅度提高單位篦床面積產(chǎn)量、提高二、三次風(fēng)溫和熱效率才成為可能(見技術(shù)性能表);同時(shí),還使篦冷機(jī)設(shè)備的薄弱環(huán)節(jié)--篦板、盲板的壽命大為提高(據(jù)山東某廠介紹:運(yùn)行兩年,僅更換5塊篦板。現(xiàn)場(chǎng)查看篦板、盲板磨損量很小),從而顯著提高篦冷機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)率。

  技術(shù)性能表

 

  “控制閥”篦冷機(jī)技術(shù)在多家水泥廠(遼寧、山東、云南、貴州、陜西、內(nèi)蒙等地)得到應(yīng)用,防“紅河”效果良好。其中,山東某廠2010年8月設(shè)備安裝調(diào)試完成投入生產(chǎn)。經(jīng)過連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn),產(chǎn)量穩(wěn)定達(dá)到3000~3200 t/d;沒有產(chǎn)生“紅河”現(xiàn)象;未經(jīng)破碎的≤25mm熟料顆粒完全可以手拿;二次風(fēng)溫達(dá)到1100℃;三次風(fēng)溫達(dá)到860℃;廢氣溫度為270℃;單位篦面積產(chǎn)量:達(dá)47 t/d.m2;單位冷風(fēng)量:1.97 Nm3/kg-cl(工況:1.98Nm3/kg-cl);熱回收率達(dá)86.98%;篦冷機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)率達(dá)95%以上,達(dá)到了預(yù)期效果;再有,云南某企業(yè)1000t/d篦冷機(jī)希望提產(chǎn)到1200t/d。同時(shí)該廠提出了要求解決“紅河”嚴(yán)重、活動(dòng)風(fēng)管可靠性差的難題。通過安裝“控制閥”(僅用于活動(dòng)篦板)改造,至今運(yùn)行良好,基本消除了“紅河”,冷卻能力保持在1200t/d,且取消了活動(dòng)風(fēng)管裝置。

  隨著現(xiàn)代新型干法水泥生產(chǎn)技術(shù)的迅速發(fā)展,研發(fā)和生產(chǎn)高效、低耗的篦冷機(jī)已成為趨勢(shì)。目前,解決篦冷機(jī)熟料“紅河”問題仍然是國內(nèi)眾多水泥廠家的迫切需要。這種帶有“控制閥”技術(shù)的篦冷機(jī)越來越被人們所關(guān)注。事實(shí)證明,采用“控制閥”技術(shù)消除篦冷機(jī)熟料“紅河”是一條非常有效的途徑。

  9月25日,中國水泥網(wǎng)將在山東濟(jì)南舉辦“2013中國水泥節(jié)能技術(shù)交流大會(huì)”,屆將就篦冷機(jī)改造與合理操作實(shí)現(xiàn)進(jìn)行介紹分享。

編輯:姜立東

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