LBTF3200型篦冷機技術(shù)改造

鄒波，蘭東，孫澤玖，林廷全

1 引言

我公司使用的熟料冷卻機為LBTF3200型第三代空氣梁往復推動篦式冷卻機。自2009年5月投入使用以來，冷卻機運行情況一般，近年來冷卻機的運行指標與其他分公司相比較差。為了改變這一窘境，公司決定對篦冷機進行改造。

2 篦冷機存在的問題

回轉(zhuǎn)窯產(chǎn)量的高低主要取決于入窯物料分解率及窯內(nèi)物料煅燒溫度。而熟料質(zhì)量的好壞不僅取決于回轉(zhuǎn)窯內(nèi)物料的煅燒情況，而且取決于篦冷機的冷卻效果，尤其是固定篦床的急冷效果。在整個煅燒過程中，回轉(zhuǎn)窯與篦冷機需要相互提供良好的工作條件，因此，篦冷機需要具備高冷卻效率、高熱回收率和高運轉(zhuǎn)率的性能。我公司LBTF3200型篦冷機運行情況如下：

（1）二次風溫度偏低，波動大，一般在1 056℃～1 145℃之間，＜1 100℃時居多。窯頭負壓不穩(wěn)，在-20～-80Pa之間波動。

（2）出篦冷機熟料溫度偏高，時常伴有紅料，達不到“環(huán)境溫度+65℃”的設計指標要求。

（3）篦冷機的熱交換效率不理想，低溫余風偏多，入余熱發(fā)電鍋爐氣體溫度偏低，導致余熱發(fā)電量偏低。

相比于第二代篦冷機，第三代篦冷機的優(yōu)勢是出篦冷機熟料的溫度低，入窯、爐的二、三次風溫度較高，系統(tǒng)熱效率高。但從LBTF3200型篦冷機的使用情況看，存在熱損失大、出冷卻機熟料溫度高、熱回收效果差等問題。

表1 LBTF3200型篦冷機參數(shù)

3 原因分析

3.1 LBTF3200型篦冷機參數(shù)（表1）

3.2 料層的影響

篦冷機一段1室和2室的結(jié)構(gòu)決定了高溫物料在經(jīng)過第一階梯篦板急冷后，輸送至2室時料層會變薄，經(jīng)過第二階梯后又會堆起，形成一個起伏運動的料層。冷卻風穿透物料的速率和部位會不斷改變，在二段階梯處尤為顯著（見圖1）。篦冷機料層波動是造成回轉(zhuǎn)窯二、三次風溫嚴重波動的主要因素。由LBTF3200型篦冷機參數(shù)可見（表1），實際生產(chǎn)能力達到3 900t/d時，其單位篦床面積產(chǎn)量相比最大負荷3 500t/d增加了10%。冷卻負荷的增加導致篦冷機已無法實現(xiàn)原有設計的理想狀態(tài)。

圖1 篦冷機1、2室篦床結(jié)構(gòu)及物料運動示意圖

3.3 冷卻風機的影響

3.3.1 冷卻風機風壓的影響

第三代篦冷機屬于厚料層操作，對冷卻風機風壓的要求大大提高。如果篦冷機梁、室風機風壓偏低，當遇到來料較多、細粉料多、物料離析等情況時，冷卻風就無法吹透料層。為降低物料溫度，只能提高篦速，減薄料層厚度，這就導致熟料冷卻效果變差，熱交換效率降低。因為篦冷機冷卻風風壓偏低，不足以克服床面上部熟料層的阻力，造成通風量不足。如果篦冷機梁、室風機風壓偏大，在料床阻力小的地方，料床很容易被吹穿，造成氣流分配不均，熱效率和熱回收率波動，嚴重影響冷卻效果。

3.3.2 冷卻風機風量的影響

冷卻風量是影響熟料冷卻效果的主要因素，高溫區(qū)的篦板風速對熟料的冷卻效果和熱回收量均有影響。在篦冷機設計中，一段篦床風室的供風量一般都能夠滿足窯、爐對二、三次風的需求。但在生產(chǎn)過程中，產(chǎn)量的提高會對供風需求以及穿過篦縫和穿過物料的風速造成影響。

影響二、三次風溫的空氣主要來源于篦冷機1、2、3室的供應。

表2 LBTF3200型篦冷機風機配置表

根據(jù)LBTF3200型篦冷機風機配置（表2），計算所得的通過篦冷機1、2、3、4室篦板和物料的風速見表3。

由表3可見，1～4室的篦縫風速和穿透物料風速很不均勻，將會影響冷卻效果和均勻供風。

4 優(yōu)化方案

4.1 優(yōu)化料層

減少物料厚度波動，改變一段篦床結(jié)構(gòu)，取消2室階梯篦板，改為充氣和活動梁篦板，降低1室篦床，以保證物料相對勻速運動。改造前后示意圖見圖2。

4.1.1 改造步驟

去除2室階梯篦板?整體下降1室篦床?加長一段活動梁篦板

安裝2室三排活動梁篦板和2室兩排固定充氣梁篦板，安裝篦板?完善密封1、2室隔墻?恢復完善所有墻體?安裝風機?調(diào)整篦縫?安裝風管?試車

表3 LBTF3200型篦冷機通過篦板和物料風速表

圖2 一段篦床改造前后示意圖

4.1.2 改造施工要求及驗收標準

施工執(zhí)行標準JCJ 03-1990水泥機械設備安裝工程施工及驗收規(guī)范（見表4）。

4.1.3 改造現(xiàn)場（見圖3～6）

4.2 優(yōu)化冷卻風機

4.2.1 優(yōu)化冷卻風機風壓

第三代篦冷機對冷卻風機風壓的要求較高，必須保證在各種條件下均能夠克服系統(tǒng)阻力。

篦冷機各風室阻力可用下式計算：

式中：

ΔP——各風室阻力，Pa

γ——空氣密度，kg/m3，取1.293kg/m3

hi——各風室熟料層厚度，mm

vn——通過篦板孔風速，m/s，在高溫區(qū)≈40m/s

vi——各風室冷風通過料層風速，m/s

各風室風壓設計選型p=1.5ΔP

由式（1）可以計算出一室階梯篦板處的阻力：

由LBTF3200型篦冷機風機配置可見（表2），2608、2609號風機的風壓較高，不利于風壓平衡，所以將其風壓降至12 500Pa即可。由于這兩臺風機可以控制風量風壓，為節(jié)約投資，暫時使用也可。

表4 施工執(zhí)行標準JCJ 03-1990水泥機械設備安裝工程施工及驗收規(guī)范

圖3 1室篦床連同支撐大梁整體下降

圖4 1室篦床整體下降內(nèi)部完善

圖5 1室活動大梁加長

圖6 改造完成的篦床

由式（1）可以算出2室箱室風機三排活動篦板處的阻力：

由LBTF3200型篦冷機風機配置（表2）可見，2614號風機的風壓較低，需更換風機，將風壓升至9 500Pa，以便平衡2室充氣梁風壓。

4.2.2 優(yōu)化冷卻風機風量

優(yōu)化冷卻風機風量需同時考慮通過篦板和物料的風速與篦冷機進出風系統(tǒng)的平衡。

根據(jù)LBTF3200型篦冷機通過篦板和物料風速表（表3）可知，2608、2609號風機1室階梯篦板風速，2607、2631號風機1室箱室風速，2614號風機2室箱室風速，2617號風機4室箱室風速較低；2610、2611號風機1室充氣梁風速較高。

初步調(diào)整方案對比見表5。

經(jīng)討論，最終決定做以下改動：

（1）由于2室階梯篦板的拆除，所以2612、2613號風機被拆除；

（2）2608、2609號風機1室階梯篦板風機暫時不改動，可以節(jié)約資金。

（3）2610、2611號風機1室充氣梁風機的風量大，可以通過閥門開度控制風量，暫時不改動，節(jié)約投資。

表5 改造前后風量風速初步調(diào)整方案的對比

表6 風量風速最終調(diào)整方案

（4）2607、2631號風機1室箱室風機風量太小，利用一臺新的大風量風機進行代替。

（5）2614號風機2室箱室供風風機風量風壓都太小，所以換新的風機代替。

（6）2室充氣梁風機除了原有2615號風機以外，2室階梯篦板拆除后新裝的充氣固定梁篦板的供風由原2631號風機整體調(diào)用，充分利用現(xiàn)場資源。

（7）2617號風機4室箱室供風風機風量太小，考慮在風量增加不多的情況下更換其葉輪，即可提高供風風量。

風量風速最終調(diào)整方案對比見表6。

5 改造效果

篦冷機改造前后窯、爐系統(tǒng)熱工參數(shù)見表7。

分析表7數(shù)據(jù)可見，改造后，產(chǎn)量比改造前提高了10t/h；二次風溫平均值比改造前提高40℃，波動范圍減少了一半；三次風溫平均值相比改造前提高了68℃，波動范圍變化不大；窯頭喂煤量比改造前平均減少0.5t/h；分解爐喂煤量比改造前平均減少0.2t/h；其余參數(shù)改造前后變化不大。

表7 篦冷機改造前后窯、爐系統(tǒng)熱工參數(shù)

篦冷機改造后，在產(chǎn)量提高的情況下，篦冷機冷卻系統(tǒng)能夠滿足系統(tǒng)的穩(wěn)定平衡，供風系統(tǒng)可保證窯和爐的用風需求，二、三次風溫提高，窯、爐用煤量減少，僅煤耗降低一項每年就可節(jié)約資金上百萬。

美中不足的是，入煤磨溫度基本沒變化，入AQC爐平均溫度沒有改善，預熱發(fā)電量沒有提高。