篦冷機系統節能改造實踐應用

郭永強

1 原有推動棒式冷卻機運行情況

我公司熟料生產線于2007 年投產，設計產能6 000t/d，配套五級雙系列預熱器、帶預燃爐分解爐、推動棒式篦式冷卻機，冷卻機型號SFC4×6，篦床面積138.84m2。隨著生產線的節能降耗改造，回轉窯產量進一步提高，冷卻機運行指標逐漸無法滿足生產需求。同時，隨著冷卻機使用年限的增長，冷卻機故障率逐年上升，亟需進行改造。SFC4×6推動棒式冷卻機在運行中主要存在以下問題：

（1）出冷卻機熟料溫度約150℃～180℃，有時甚至＞200℃，熟料溫度較高，“紅河”現象嚴重，冷卻機急冷效果較差。

（2）冷卻風機效率低，功耗高達5.2kW·h/t。

（3）二次風溫1 050℃～1 120℃，溫度偏低，冷卻機熱回收效率較低，僅有54%。系統熱耗較高，達到3 089.02kJ/kg.cl。窯頭煤粉燃燒不好，結后圈嚴重。

（4）窯頭AQC 爐出口溫度380℃～400℃，AQC爐出口風量較小，在0.9～1.0kPa，余熱發電量為25kW·h/t左右，熟料生產電力成本較高。

（5）冷卻機采用錘式破碎機，破碎能力較差，大塊窯皮或大塊物料進入后難破碎，易卡停錘頭，造成冷卻機及破碎機故障跳停，嚴重時需停窯處理。冷卻后熟料送入拉鏈機，結粒不均，有大塊紅料。

2 步進式帶中置輥式破碎機篦式冷卻機工藝特點

天津水泥工業設計研究院有限公司（以下簡稱天津水泥院）第四代步進式帶中置輥式破碎機篦式冷卻機固定斜坡篦板采用具有科恩達效應的篦板，水平活動篦床采用步進式輸送原理設計，篦床總面積169.76m2，可滿足我公司熟料生產線提產后的生產需求，篦床規格為SCLW4-13×8.4+13×7.4-CM，篦床設計推動次數為0～7r/min。

天津水泥院第四代步進式帶中置輥式破碎機篦式冷卻機將常規的一段式篦床一分為二，輥式破碎機位于兩段篦床中間。熟料由回轉窯進入第一段篦床冷卻后，由中間的輥式破碎機將大塊料、紅心料破碎為粒徑25mm左右的熟料，再經第二段篦床冷卻，最后經下料溜子到熟料拉鏈機入熟料庫。

冷卻機水平活動篦床冷卻及物料輸送基于步進式原理設計，輸送效率高，篦床采用標準化模塊組裝，備件互換性強，維護效率高，特殊迷宮式密封結構能保證篦床無漏料。固定斜坡篦板基于科恩達效應設計，有利于熟料的冷卻和熱量的回收。固定斜坡篦板及列間密封裝置等采用精密設備鑄造，設備精度高，使用壽命長。

3 改造目標和改造方案

3.1 改造目標

采用天津水泥院第四代步進式帶中置輥式破碎機篦式冷卻機替換原有冷卻機（圖1），降低出冷卻機熟料溫度，出冷卻機熟料溫度≤（65℃+環境溫度）；二次風溫穩定控制在1 150℃～1 200℃；提高冷卻機運行可靠性、穩定性，滿足回轉窯提產需求。

圖1 篦冷機改造示意

3.2 改造方案

3.2.1 冷卻機主機改造

拆除原有冷卻機的上殼體、下殼體、篦床、熟料破碎機、傳動裝置、潤滑裝置等，整體更換為天津水泥院第四代步進式帶中置輥式破碎機篦式冷卻機。輥式破碎機規格為SCKR5.9-4X5.2-EM，包含4 個輥軸和4 個減速電機，電機功率15kW，自帶控制箱，根據電流大小，中間兩輥可正轉也可反轉。

3.2.2 液壓潤滑及控制系統改造

整體更換液壓站及配套干油潤滑系統，配套PLC控制柜。

3.2.3 風機改造

原冷卻風機總風量為500 000m3/h，無法滿足回轉窯系統改造后的熟料提產需求，且原冷卻風機能耗高，計劃全部更換為高效變頻風機。

改造前，冷卻機鼓風風量為1.89Nm3/kg.cl，出冷卻機熟料溫度180℃，二次風溫1 104℃，三次風溫937℃。冷卻風機風量測定結果見表1。

表1 改造前冷卻風機風量測定結果

改造后，冷卻風機全部更換為新的變頻風機，總風量734 900m3/h，冷卻機鼓風風量為2.41Nm3/kg.cl，出冷卻機熟料溫度90℃，二次風溫1 150～1 200℃，三次風溫980℃。改造后窯頭冷卻風機畫面見圖2，冷卻風機配置情況見表2。

表2 改造后冷卻風機配置情況

圖2 改造后窯頭冷卻風機畫面

3.3 冷卻機運行機理

改造后的冷卻機由上殼體、下殼體、篦床、液壓傳動裝置、熟料破碎機、冷卻風機組等組成，冷卻機無漏料現象，篦床下不再設灰斗和拉鏈機。

3.3.1 冷卻機的整體運行

回轉窯運行時，熱熟料從窯口落至冷卻機篦床，沿篦床全長分布開，形成一定厚度的料床；冷卻風從料床下方向上吹入料層內，滲透擴散，對熱熟料進行冷卻；熟料冷卻后，冷卻風成為熱風，熱端高溫熱風入回轉窯及分解爐（預分解窯系統）助燃，部分熱風用于烘干熟料和余熱發電，熱回收效率較高，可降低系統熱耗，其他熱風經收塵處理后排入大氣；冷卻后的小塊熟料落入輸送機，大塊熟料經中置輥式破碎機破碎冷卻后，匯入輸送機。

3.3.2 固定斜坡篦板的運行

冷卻機入料口篦板為臺階式固定斜坡鑄造篦板，配合穩流閥使用，其獨特的傾角設計使得在接近篦板的最下層形成了一層較薄的、沿輸送方向緩慢移動的冷熟料層，由窯口落下的熟料在料壓和重力作用下，在底層熟料上向前滑動并鋪開。熟料在斜坡篦板停留時間短，可避免形成積料。此外，在冷卻機端部殼體上加裝了一組空氣炮，當出現大塊料堆積或出現“雪人”時，可以根據實際需要間斷“開炮”，清理過多的積料，保證生產運行平穩。

3.3.3 水平活動篦床的運行

冷卻機篦床傳動段呈水平布置，通過托輪支撐組成若干個篦床通道，由液壓系統驅動。水平活動篦床由數列篦板組成，每列篦板由前后兩個液壓缸同步驅動，各列相對獨立。運行時，篦床所有列篦板先一起向前運動，帶動料床向前運動，再所有列分三次間隔后退，通過此列間交替往復運動的方式輸送熟料，使熟料受摩擦力影響運送至出料口。

為保證各風室良好的氣密性，在連桿穿過隔墻板處設有必要的密封裝置，以防止室間竄風。篦床列間裝有氣封裝置和塵封裝置，整個篦床運行無漏料。

3.3.4 輥式破碎機的運行

冷卻機中部安裝有輥式破碎機，高溫熟料經前端篦床急冷后，由輥式破碎機將紅熱熟料及大塊窯皮破碎至25mm 粒徑，再進行二次冷卻，可顯著降低熟料出料溫度。

3.3.5 冷卻機上下殼體結構

在冷卻機上下殼體適當位置分別設置人孔門和觀察孔。在上部殼體砌筑隔熱耐火襯，可減少熱損失和保護殼體，降低環境溫度。

4 改造效果

本次冷卻機改造于2021年3月完成，運行至今無故障，設備運轉率100%，運行指標較好。改造前后冷卻機主要運行指標對比見表3。

（1）冷卻效果提升。出冷卻機熟料溫度穩定控制在100℃以下，熟料急冷效果好，無“紅河”現象，熟料均齊，易磨性較好，降低了水泥粉磨電耗，熟料拉鏈機料斗內無紅料現象，所生產的熟料28d強度由56MPa提高至60MPa。

（2）熱回收效率提高。改造后，冷卻機熱回收效率由54%提高至78%，回轉窯系統整體熱耗由3 089.02kJ/kg.cl降低至2 946.90kJ/kg.cl以下。

（3）電耗降低。改造后，冷卻風機效率提高，電耗由5.2kW·h/t降至3.76kW·h/t。

（4）燒成系統穩定性增強。二次風溫穩定在1 150℃～1 200℃，提高了窯內燒成溫度及熱力強度，保證了窯頭煤粉的完全燃燒，窯皮長度和厚度穩定。

（5）余熱發電量提升。窯頭AQC 爐出口溫度穩定在410℃～430℃，出口風量提高至1.5～1.6kPa，余熱發電量提高至29～30kW·h/t。

（6）設備運轉率提高。錘式破碎機改為中置輥式破碎機后，未出現過破碎機被大塊熟料卡死情況，且出冷卻機熟料顆粒大小均齊，無紅料。■