窯頭系統(tǒng)風(fēng)對篦冷機(jī)冷卻效果的影響

關(guān)來慶，何永憲

篦冷機(jī)作為新型干法水泥生產(chǎn)線的主要工藝設(shè)備，其使用效果不僅直接影響熟料的產(chǎn)量和質(zhì)量，同時(shí)也會影響到水泥的生產(chǎn)和品質(zhì)。影響篦冷機(jī)冷卻效果的因素較多，比如篦冷機(jī)的結(jié)構(gòu)、各室的配風(fēng)、熟料的煅燒工況、篦冷機(jī)的操作、系統(tǒng)的漏風(fēng)以及系統(tǒng)內(nèi)風(fēng)機(jī)的匹配等。河南省豫鶴同力水泥有限公司有一條5 000t/d預(yù)分解窯熟料生產(chǎn)線，于2005年建成投產(chǎn)，配套的篦冷機(jī)是第三代液壓推動篦式冷卻機(jī)，冷卻效果基本能滿足生產(chǎn)需求。2007年10月純低溫余熱發(fā)電系統(tǒng)投入運(yùn)行，2015年初窯頭電收塵器改為袋式收塵器，系統(tǒng)的每次改變都對篦冷機(jī)的使用效果產(chǎn)生了重要影響，本文重點(diǎn)從窯頭系統(tǒng)風(fēng)的角度來談一下對篦冷機(jī)冷卻效果的影響。

1　2005年7月～2007年10月（投入余熱發(fā)電前）窯頭系統(tǒng)風(fēng)對篦冷機(jī)冷卻效果的影響

1．1　窯頭工藝簡圖（圖1）

1．2　窯頭篦冷機(jī)供風(fēng)系統(tǒng)、窯頭系統(tǒng)阻力與窯頭排風(fēng)系統(tǒng)的平衡計(jì)算

1．2．1第三代篦冷機(jī)供風(fēng)情況（見表1）

1．2．2窯頭煤粉燃燒空氣需要量

根據(jù)當(dāng)時(shí)我公司煤粉工業(yè)分析，煤粉低位發(fā)熱量Qnet,ad=24 460．5kJ/kg（抽樣平均值）。

煤粉燃燒理論空氣需要量：

實(shí)際空氣需要量：

我公司窯頭實(shí)際投煤量12t/h（熟料產(chǎn)量5 400t/d時(shí)），窯頭煤粉燃燒空氣需要量：

7．051×12 000=84 612m3（標(biāo)）/h

1．2．3二次風(fēng)、三次風(fēng)風(fēng)量

正常操作時(shí)，一次風(fēng)（凈風(fēng)+送煤風(fēng)）占窯頭煤粉燃燒空氣需要量的10%～15%，取12%，一次風(fēng)風(fēng)量為84 612×12%≈10 153m3（標(biāo)）/h。

因此，二次風(fēng)風(fēng)量為（84 612-10 153）=74 459m3（標(biāo)）/h；

三次風(fēng)風(fēng)量約為74 459×1．5=111 688．5m3（標(biāo)）/h。

圖1　余熱發(fā)電投用前窯頭工藝流程圖

表1　5 000t/d預(yù)分解窯生產(chǎn)線第三代篦冷機(jī)風(fēng)機(jī)配置表

1．2．4篦冷機(jī)冷卻風(fēng)機(jī)總風(fēng)量

根據(jù)篦冷機(jī)冷卻風(fēng)機(jī)參數(shù)，熟料冷卻總用風(fēng)量為551 258m3/h（常態(tài)），折算為513 649m3（標(biāo)）/h標(biāo)況風(fēng)量。

1．2．5篦冷機(jī)余風(fēng)標(biāo)況風(fēng)量

513 649-74 459-111 688．5=327 501．5m3（標(biāo)）/h

1．2．6余熱發(fā)電未投入運(yùn)行前的管道總阻力

當(dāng)未投入余熱發(fā)電時(shí)，篦冷機(jī)余風(fēng)直接進(jìn)電收塵器，煙氣溫度200℃，根據(jù)1．2．5計(jì)算出的標(biāo)況風(fēng)量327 501．5m3（標(biāo)）/h，折算為相應(yīng)的工況風(fēng)量為567 297．6m3/h，煙氣管道管徑為φ3．8m，氣體密度γ=0．746kg/m3（由于含塵濃度低，入收塵器風(fēng)管近似用凈空氣管道計(jì)算）。各管段阻力計(jì)算見表2。

1．2．7窯頭排風(fēng)機(jī)參數(shù)與系統(tǒng)阻力、篦冷機(jī)余風(fēng)的匹配性

窯頭排風(fēng)機(jī)型號為Y4-2×73-14No．26F，風(fēng)量為650 000m3/h，全壓為1 650Pa（200～250℃）。考慮到原電收塵阻力200Pa，篦冷機(jī)余風(fēng)取風(fēng)口負(fù)壓400Pa，管道總阻力128．6Pa，篦冷機(jī)余風(fēng)在工況條件下（200℃）風(fēng)量為567 297．6m3/h。漏風(fēng)量按4%考慮，可以看出窯頭排風(fēng)機(jī)的能力能滿足系統(tǒng)阻力以及篦冷機(jī)余風(fēng)的需要。

表2　篦冷機(jī)余風(fēng)至窯頭排風(fēng)機(jī)各管段阻力計(jì)算表

1．3　未投入余熱發(fā)電前窯頭系統(tǒng)風(fēng)對篦冷機(jī)冷卻效果的影響

由于此階段熟料產(chǎn)能較低，一般產(chǎn)量在5 000～5 400t/d左右，同時(shí)窯頭排風(fēng)機(jī)的能力能夠滿足窯頭系統(tǒng)阻力以及篦冷機(jī)余風(fēng)風(fēng)量的需要，篦冷機(jī)在正常操作的情況下，熟料冷卻效果較好，篦冷機(jī)的故障率也較低。

2　2007年10月-2014年12月（余熱發(fā)電投入后）窯頭系統(tǒng)風(fēng)對篦冷機(jī)冷卻效果的影響

2．1 窯頭系統(tǒng)工藝簡圖（圖2）

2．2　窯頭系統(tǒng)風(fēng)的平衡計(jì)算

2．2．1AQC鍋爐正常投運(yùn)時(shí)各管段風(fēng)量、風(fēng)速以及密度

不同管段的煙氣溫度不同，需根據(jù)篦冷機(jī)余風(fēng)標(biāo)況風(fēng)量327 501．5m3（標(biāo)）/h折算為相應(yīng)的工況風(fēng)量。具體結(jié)果如下：

篦冷機(jī)至沉降室管段：

氣體溫度350℃，工況風(fēng)量為747 144．6m3/h，相應(yīng)矩形彎頭3．2m×2．0m×2m截面風(fēng)速為w=16．21m/s，彎頭φ3．8m圓截面的風(fēng)速w=18．31m/s，氣體密度γ=0．56kg/m3。

沉降室至余熱鍋爐管段：

圖2　余熱發(fā)電投用后窯頭工藝流程圖

氣體溫度330℃，工況風(fēng)量為723 165．0m3/h，相應(yīng)φ3．8m彎頭圓截面的風(fēng)速w=17．72m/s，氣體密度γ=0．58kg/m3。

余熱鍋爐至電收塵器入口管段：

氣體溫度110℃，工況風(fēng)量為459 389．3m3/h，相應(yīng)φ3．8m 彎頭圓截面的風(fēng)速 w=11．26m/s，相應(yīng)φ 3．0m 彎頭圓截面的風(fēng)速w=18．06m/s，氣體密度γ=0．91kg/m3。

電收塵器出口至頭排風(fēng)機(jī)管段：

氣體溫度100℃，工況風(fēng)量為447 399．5m3/h，相應(yīng)φ3．8m彎頭圓截面的風(fēng)速w=10．96m/s，氣體密度γ=0．93kg/m3。

2．2．2管道阻力計(jì)算（見表3）

2．2．3窯頭排風(fēng)系統(tǒng)阻力計(jì)算

原電收塵器阻力200Pa，篦冷機(jī)余風(fēng)取風(fēng)口負(fù)壓400Pa，加上AQC鍋爐阻力1 100Pa，沉降室阻力100Pa，以及由表3計(jì)算的管道總阻力483．5Pa，合計(jì)系統(tǒng)阻力為2 283．5Pa。100℃時(shí)系統(tǒng)風(fēng)量（排風(fēng)機(jī)進(jìn)口風(fēng)量）由2．2．1可知為447 399．5m3/h。考慮系統(tǒng)10%的漏風(fēng)因素，則需要排風(fēng)量為492 139．45 m3/h、靜壓＞2 283．5Pa的排風(fēng)機(jī)，與原排風(fēng)機(jī)的能力風(fēng)量為650 000m3/h、全壓為1 650Pa（200～250℃）相比，可以判斷出，原排風(fēng)機(jī)的能力不能滿足系統(tǒng)阻力的需要。

2．3　系統(tǒng)風(fēng)對篦冷機(jī)冷卻效果的影響

此階段熟料產(chǎn)量一般在5 200～5 500t/d左右，窯頭排風(fēng)機(jī)并未因投運(yùn)余熱發(fā)電系統(tǒng)而進(jìn)行技術(shù)改造或更新，所以窯頭系統(tǒng)阻力與窯頭排風(fēng)機(jī)的能力不匹配，系統(tǒng)漏風(fēng)＞10%時(shí)，導(dǎo)致篦冷機(jī)三段的風(fēng)機(jī)閥門無法開全，篦冷機(jī)的冷卻效果差，細(xì)料側(cè)經(jīng)常出現(xiàn)“紅河”，三段篦板經(jīng)常燒壞，篦冷機(jī)的實(shí)際故障率比較高，嚴(yán)重影響了系統(tǒng)的正常運(yùn)行。同時(shí)由于出廠熟料溫度高，對水泥的正常生產(chǎn)也產(chǎn)生了不利的影響。

3　窯頭電收塵改為袋收塵后，窯頭系統(tǒng)風(fēng)對篦冷機(jī)冷卻效果的影響

表3　篦冷機(jī)余風(fēng)經(jīng)余熱發(fā)電至窯頭排風(fēng)機(jī)各管段阻力計(jì)算表

3．1　電收塵器改為袋收塵器前的熱工標(biāo)定

為保證電收塵器改為袋收塵器后，窯頭排風(fēng)機(jī)的選型與系統(tǒng)阻力相匹配，我們不僅進(jìn)行了理論計(jì)算，同時(shí)還請國家建筑材料工業(yè)能效環(huán)保評價(jià)檢驗(yàn)測試中心于2014年7月14日～16日對窯頭系統(tǒng)進(jìn)行了熱工標(biāo)定（見表4）。

表4　窯頭各主要測點(diǎn)的熱工標(biāo)定結(jié)果

標(biāo)定時(shí)，當(dāng)?shù)卮髿鈮?1．6kPa，環(huán)境溫度為30℃，天氣晴。熟料產(chǎn)量為5 400t/h，篦冷機(jī)三段風(fēng)機(jī)有部分風(fēng)機(jī)閥門沒有開全，窯頭排風(fēng)機(jī)前的閥門已經(jīng)全開。

從實(shí)際標(biāo)定結(jié)果可以看出，AQC鍋爐前的風(fēng)量與篦冷機(jī)的計(jì)算余風(fēng)量相比，篦冷機(jī)的風(fēng)機(jī)沒有滿負(fù)荷運(yùn)行；系統(tǒng)漏風(fēng)嚴(yán)重，漏風(fēng)量＞20%；窯頭排風(fēng)機(jī)超負(fù)荷運(yùn)行仍不能滿足篦冷機(jī)的最大供風(fēng)需要。從運(yùn)行實(shí)踐看，篦冷機(jī)的三段篦板經(jīng)常被燒壞，易出現(xiàn)篦下室漏紅料現(xiàn)象，熟料冷卻效果差，弧形閥、灰斗燒壞等故障甚至?xí)?dǎo)致篦冷機(jī)系統(tǒng)停機(jī)維修，不能滿足5 400t/d的產(chǎn)能需要。

3．2　電收塵器改袋收塵器后窯頭風(fēng)機(jī)參數(shù)的確定

3．2．1根據(jù)原窯頭排風(fēng)機(jī)推算新風(fēng)機(jī)風(fēng)壓

原窯頭排風(fēng)機(jī)風(fēng)量650 000m3/h，全壓為1 650 Pa（200～250℃），考慮到原電收塵阻力200Pa，篦冷機(jī)余風(fēng)取風(fēng)口負(fù)壓400Pa，動壓按150Pa考慮，管道阻力為128．6Pa，則上AQC鍋爐之前，原風(fēng)機(jī)有771．4Pa靜壓富余量。

增加AQC鍋爐之后，新增管道的阻力（483．5-128．6）=354．9Pa，加 上 AQC 鍋 爐 的 阻 力1 100Pa，沉降室的阻力100Pa，小計(jì)1 554．9Pa。

電收塵器改袋收塵器后，收塵器阻力再增加1 100Pa（袋收塵的壓差按1 300Pa計(jì)算）。

則，新風(fēng)機(jī)全壓：1 650-771．4+1 554．9+1 100=3 533．5Pa（100℃）。

3．2．2根據(jù)實(shí)測數(shù)據(jù)推算新風(fēng)機(jī)風(fēng)壓

根據(jù)公司實(shí)測數(shù)據(jù)，電收塵器出口的靜壓為-2 200Pa，風(fēng)機(jī)入口靜壓為-2 246Pa，電收塵器改袋收塵器后，收塵器阻力再增加1 100Pa。則，新風(fēng)機(jī)入口靜壓為：2 246+1 100=3 346Pa（100℃）。

加上動壓150Pa，新風(fēng)機(jī)的全壓：3 496Pa（100℃）。

3．2．3根據(jù)理論計(jì)算新風(fēng)機(jī)風(fēng)壓

AQC鍋爐篦冷機(jī)取風(fēng)口處負(fù)壓400Pa，沉降室阻力100Pa，AQC鍋爐阻力1 100Pa，袋收塵器阻力1 300Pa，管道阻力483．5Pa。

加上動壓150Pa，風(fēng)機(jī)全壓：400+100+1 100+1 300+483．5+150=3 533．5Pa（100℃）。

3．2．4窯提產(chǎn)后新風(fēng)機(jī)風(fēng)壓

目前公司窯產(chǎn)量5 400t/d，考慮到將來窯產(chǎn)量提高為5 800t/d后，風(fēng)量增加，新增管道阻力由354．9Pa變?yōu)?．074×1．074×354．9≈409．4Pa。

提產(chǎn)后新風(fēng)機(jī)全壓：

（1）根據(jù)原頭排風(fēng)機(jī)推算：1 650-771．4+1 100+409．4+1 100+100=3 588Pa（100℃）。

（2）根據(jù)實(shí)測數(shù)據(jù)推算：2 246+1 100+（1．074×1．074×483．5-483．5）+1．074×1．074×150≈3 593．2Pa。

（3）根據(jù)理論推算：3 533．5+（1．074×1．074×483．5-483．5）≈3 607．7Pa。

3．2．5窯頭排風(fēng)機(jī)的確定

AQC鍋爐停運(yùn)旁路時(shí)，篦冷機(jī)余風(fēng)直接進(jìn)收塵器，煙氣溫度200℃，原窯頭排風(fēng)機(jī)全壓為1 650Pa（200～250℃），電收塵器改袋收塵器后，新增收塵器阻力1 100Pa，因此新風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓為：1 650+1 100=2 750Pa。

根據(jù)以上計(jì)算，電收塵器改袋收塵器后，窯產(chǎn)量提高為5 800t/d。

AQC鍋爐投運(yùn)時(shí)，風(fēng)機(jī)入口煙氣溫度100℃，工況風(fēng)量為447 399．5×1．074≈480 507．1m3/h，考慮系統(tǒng)10%總漏風(fēng)系數(shù)，風(fēng)量為528 557．8m3/h，風(fēng)壓取計(jì)算最大值3 607．7Pa。

AQC鍋爐停運(yùn)旁路時(shí)，風(fēng)機(jī)入口煙氣溫度200℃，工況風(fēng)量為 567 297．6×1．074=60 9277．6m3/h，考慮系統(tǒng)4%總漏風(fēng)系數(shù)，風(fēng)量為633 648．7m3/h，風(fēng)壓為2 750Pa。

綜上所述，頭排風(fēng)機(jī)工作點(diǎn)：

工作點(diǎn)A（AQC鍋爐投運(yùn)）：風(fēng)量530 000m3/h，風(fēng)壓3 700Pa，溫度100℃。

工作點(diǎn)A風(fēng)機(jī)電機(jī)功率：

式中：

Q——530 000m3/h

ΔP——3 700Pa

0．8——風(fēng)機(jī)內(nèi)效率估計(jì)值

0．98——機(jī)械效率估計(jì)值

1．15——儲備系數(shù)

工作點(diǎn)B（AQC鍋爐停運(yùn)）：風(fēng)量640 000m3/h，風(fēng)壓2 800Pa，溫度200℃。

工作點(diǎn)B風(fēng)機(jī)電機(jī)功率：

式中：

Q——640 000m3/h

ΔP——2 800Pa

0．8——風(fēng)機(jī)內(nèi)效率估計(jì)值

0．98——機(jī)械效率估計(jì)值

1．15——儲備系數(shù)

考慮到同力集團(tuán)已有3家公司選用功率為1 250kW的電機(jī)，為保證集團(tuán)設(shè)備的可互換性，同時(shí)也為窯頭收塵器進(jìn)一步提產(chǎn)改造預(yù)留足夠的功率儲備，最終確定選用窯頭排風(fēng)機(jī)型號：Y4-2×65-3№22F，全壓3 900Pa，工作溫度200℃，流量660 000m3/h，配電機(jī)YRKK-710-6，轉(zhuǎn)速980r/min，功率1 250kW，并通過增加變頻控制的方式來實(shí)現(xiàn)設(shè)備的節(jié)能。

系統(tǒng)投用以來，變頻器正常使用輸出轉(zhuǎn)速在42～44Hz之間，最大轉(zhuǎn)速曾經(jīng)短時(shí)間達(dá)到45Hz。根據(jù)變頻器轉(zhuǎn)速可大致推算出窯頭排風(fēng)機(jī)電機(jī)的輸出功率P。

式中：

n——變頻器轉(zhuǎn)速，Hz

0．85——電機(jī)功率因數(shù)

1 250——電機(jī)功率，kW計(jì)算結(jié)果：變頻器輸出功率P在630～724kW之間，與生產(chǎn)實(shí)際相吻合。

3．3　電收塵改袋收塵后窯頭系統(tǒng)風(fēng)對篦冷機(jī)冷卻效果的影響

3．3．1電收塵和袋收塵系統(tǒng)設(shè)備參數(shù)對比（表5）

表5　電收塵器和袋收塵器系統(tǒng)設(shè)備對比表*

3．3．2電收塵器改袋收塵器后篦冷機(jī)的使用效果

從2015年3月投入運(yùn)行至今，熟料產(chǎn)能可達(dá)5 600～5 800t/d，由于窯頭排風(fēng)機(jī)的排風(fēng)能力與篦冷機(jī)的供風(fēng)及系統(tǒng)阻力相適應(yīng)，同時(shí)，也對余熱發(fā)電的漏風(fēng)處進(jìn)行了堵漏的情況下，出篦冷機(jī)的熟料溫度在100～150℃左右，滿足了生產(chǎn)的需要，篦冷機(jī)的故障率大幅降低，滿足了高產(chǎn)、穩(wěn)定、安全、連續(xù)運(yùn)行的生產(chǎn)要求。

4　結(jié)語

窯頭排風(fēng)機(jī)的能力與篦冷機(jī)的供風(fēng)以及窯頭整個(gè)系統(tǒng)風(fēng)量阻力應(yīng)相互匹配，另外，要經(jīng)常檢查系統(tǒng)漏風(fēng)情況，并及時(shí)進(jìn)行堵漏，確保系統(tǒng)漏風(fēng)在合理的范圍內(nèi)，只有這樣篦冷機(jī)的冷卻效果才能得到充分實(shí)現(xiàn)，系統(tǒng)熱效率才能得到充分發(fā)揮。任何工藝系統(tǒng)的改變，都應(yīng)進(jìn)行詳細(xì)計(jì)算并在保證相互匹配的基礎(chǔ)上進(jìn)行改變。否則，不僅影響設(shè)備的安全運(yùn)行，更會直接影響生產(chǎn)。■