長興南方篦冷機更新改造效果

臧劍波

1 前言

長興南方水泥有限公司（以下簡稱長興南方）建有一條5 000t/d水泥熟料生產線，其燒成系統原第三代往復推動式篦冷機已投入使用十余年，存在熱回收效率和冷卻效率低、故障率高和維護費用高等諸多問題。隨著熟料產量的逐年提高，以上問題更加突出，嚴重影響了正常生產運行。為此，公司于2017年對篦冷機進行了技術改造，將原有第三代篦冷機整體拆除，更換為配套中置輥式破碎機的第四代篦冷機。

該技改項目自2017年2月4日啟動，至2017年3月21日點火，總歷時46d，同年7月完成了篦冷機的性能考核驗收。截至目前，該篦冷機已平穩運行4年多，各項性能指標優異。

2 項目實施和性能考核驗收

該技改項目采用EPC總承包方式，將原有窯頭車間廠房內的舊篦冷機拆除，新安裝了一臺由天津水泥工業設計研究院有限公司（以下簡稱天津院）設計生產的帶中置輥式破碎機的步進式第四代篦冷機，并更換了所有的冷卻風機。受限于窯頭平臺的高度，技改時，采取基礎下挖等措施，實現了熟料輥式破碎機的中置安裝，設備布置緊湊合理。改造后，項目順利實現了達產達標，經過幾個月的生產試運行，工作人員基本掌握了新設備的參數調整原則和日常維護保養方法，同年7月通過了性能考核驗收。

2.1 標定測量內容

驗收期間，采用皮托管和數字壓力計Testo435-4、Testo512測量篦冷機冷卻風量、二三次風量；采用Testo435-4溫度計、WD-3數字溫度計和熱電偶測量二三次風溫、出篦冷機熟料溫度；采用MRU-3型多功能手持式煙氣分析儀測量煙室和分解爐氣體成分，并統計了篦冷機電耗、系統煤耗和余熱發電量。其中，部分數據進行了多次測量標定，取平均值修正。

2.2 標定測量數據計算方法

2.2.1 熟料溫度測量計算方法

熟料溫度用水熱法測量，每次取水20kg左右，加入10kg左右的熟料，分不同時段取熟料樣品，多次測量樣品溫度，取平均值作為熟料溫度?？己似陂g，每2h取樣測量一次，以72h平均值作為熟料最終考核溫度。

2.2.2 電耗計算方法

篦冷機系統電耗主要包含冷卻風機、液壓傳動和中置輥式破碎機三部分設備電機的電耗。篦冷機電耗計算主要是通過對篦冷機系統各電機電流進行監測，每2h保存一次數據，根據保存的數據計算出3d內每臺電機的實際功率消耗和合計電耗。功率計算公式如下：

式中：

U——電壓，V

I——電流，A

cosφ——功率因數

2.2.3 熱回收效率計算方法

依據GB/T 26281-2010《水泥回轉窯熱平衡、熱效率、綜合能耗計算方法》、GB/T 26282-2010《水泥回轉窯熱平衡測定方法》對熱回收效率進行計算。

（1）篦冷機收入熱量共包含出窯熟料帶入顯熱和入篦冷機空氣顯熱兩部分。

式中：

Qysh——出窯熟料顯熱，kJ/kg

tysh——出窯熟料溫度，℃

Csh——出窯熟料比熱，kJ/kg·℃

Q'Lk——入篦冷機空氣顯熱，kJ/kg熟料

QLzs——篦冷機熱量總收入，kJ/kg熟料

（2）篦冷機支出熱量包含二次風顯熱、三次風顯熱、烘干爐渣風顯熱、熱風爐風顯熱、煤磨風顯熱、廢氣風顯熱及表面散熱等。

式中：

Msh——熟料產量，kg/h

QF3k——入分解爐三次風顯熱，kJ/kg熟料

VF3k——入分解爐三次風體積，m3/h

TF3k——入分解爐三次風溫度，℃

Qy2k——入窯二次風顯熱，kJ/kg熟料

Vy2k——入窯二次風體積，m3/h

Ty2k——入窯二次風溫度，℃

Qpk——篦冷機排出空氣顯熱，kJ/kg熟料

Vpk——篦冷機排出空氣體積，m3/h

Tpk——篦冷機排出空氣溫度，℃

（3）篦冷機熱回收效率

式中：

QF3k——入分解爐三次風顯熱，kJ/kg熟料

Qy2k——入窯二次風顯熱，kJ/kg熟料

Qysh——入篦冷機熟料顯熱，kJ/kg熟料

η——熱回收效率，%

2.3 考核結果及數據分析

（1）熟料產量

在同等生料投料量下，盤庫核算對應的熟料產量?？己似陂g，平均熟料產量5 800t/d。

（2）出篦冷機熟料溫度

采用水熱法對技改后熟料溫度進行測量，共測量36次，取平均溫度，測量數據見表1。

由表1可知，技改后出篦冷機熟料平均溫度為95.0℃（63.4℃+環境溫度），較技改前降低了60℃（技改前熟料平均溫度為155.0℃）。

（3）二、三次風溫

考核期內，每2h錄取一次中控畫面，記錄二次風溫、三次風溫和進余熱發電風溫。經統計，在3d考核期內，二次風溫平均1 192℃，三次風溫平均961℃，進余熱發電風溫平均456℃，見圖1。

（4）標準煤耗

考核期間，窯頭煤累計用量883.84t，窯尾煤累計用量1 303.10t，合計用煤2 186.94t；煤粉平均發熱量按2 517.6kJ/kg計，折合標煤1 881.78t，按熟料產量5 800t/d計算，標煤耗為108.15kg/t熟料。

（5）余熱發電量

考核期間余熱發電總量696 923kW·h，較技改前總發電量每天提升了12 300kW·h。

表1 熟料溫度測量數據表

圖1 風溫數據圖

（6）電耗

篦冷機電耗包含冷卻風機、液壓傳動和中置輥式破碎機三部分設備電機電耗。其中，篦床冷卻風機共9臺，輥式破碎機輥軸冷卻風機1臺，液壓傳動電機6臺，中置輥式破碎機電機4臺。考核期間，每2h錄取一次中控畫面，記錄風機開度及電流值，共記錄36組數據，然后取平均值，由此，計算出相應的系統電耗，計算結果見表2。

改造后的標定結果顯示，風機效率相對改造前偏低。近期將前幾臺風機更換為高效節能風機，風機電耗下降了0.3～0.5kW·h/t熟料，節電效果明顯。

（7）熱回收效率

熱回收效率計算結果見表3，考核數據顯示，第四代篦冷機實際運行指標優于設計指標，達到了既定的技改目標。

考核結果數據匯總見表4。

3 結語

四年多的實際運行情況表明，帶中置輥式破碎機的第四代篦冷機運行穩定可靠，相比第三代篦冷機，具有明顯的優勢。

（1）冷卻效果好。使用了中置輥式破碎機，出篦冷機熟料溫度平均95.1℃，且沒有紅料，平均熟料溫度大幅降低。

（2）熱回收效率高。二、三次風溫提高了30～50℃，實物煤耗下降了0.5～1.0kg/t熟料。

表2 整機電耗結果

表3 熱回收效率計算結果

表4 考核結果數據匯總表

（3）發電量明顯提升。進窯頭鍋爐風溫達430℃～480℃，9MW鍋爐日發電量（22～23）×104kW·h，最高可達（24～25）×104kW·h，平均日發電量增加了約2×104kW·h。

（4）維修、備件成本顯著降低。運行至今未發生因篦冷機造成的停窯事故，易損件使用壽命長，維護費用顯著減少。

（5）運行穩定可靠。對各類大塊窯皮、“雪人”的破碎能力強，可在線處理“雪人”。

篦冷機改造后，長興南方水泥有限公司不斷優化操作流程，提升管理水平，使設備性能得到了有效發揮，尤其在預熱器優化之后，窯系統產量穩定在6 300～6 400t/d，各項運行指標穩步提升。