魏振生，冀 猛，單秀勇，魏 陽（北京酷勒斯技術發(fā)展有限公司，北京 102300）

1 概述

華新水泥FM工廠有一條2500t/d生產(chǎn)線，該線由成都建筑材料工業(yè)設計研究院設計，于2009年4月投產(chǎn)，配置Φ4.0 m×60 m回轉(zhuǎn)窯和第三代LBTF2750篦冷機，篦床有效面積為69 m2，工廠海拔1777 m。該線2018年煅燒普通熟料時，全年平均熟料產(chǎn)量已達2 957 t/d。此時出篦冷機熟料溫度達200℃，二次風溫度在1050±20℃，三次風溫度在970℃。

FM工廠原隸屬拉法基，期間曾在拉法基亞洲技術中心主導下，通過沈陽某公司對一段篦床加長6根橫梁，二段篦床去掉6根橫梁，一段篦床增加6000mm寬度等結構改造；工廠也自主進行過增加風機風量，更換3臺風機的改造，效果不理想。

經(jīng)過華新集團總部技術評估，確定該線窯系統(tǒng)具有≥3 300 t/h的潛力。2019年2月，在生產(chǎn)線大修停窯期間，我們對LBTF2750篦冷機進行了技術改造。在窯尾預熱器系統(tǒng)沒做任何改動情況下，取得了提高熟料產(chǎn)量269.79 t/d，降低單位熱耗39.24×4.18 kJ/kg等效果，超出了預期改造目標。

2 解決方案

2.1 消除“供風系統(tǒng)瓶頸”

FM工廠篦冷機入口階梯篦床兩側(cè)各布置一套脈動供風裝置，見圖1。冷卻風經(jīng)該裝置后，經(jīng)由Φ 89鋼管進入口階梯橫梁；測量風機出口到橫梁入口間壓力降，得到Δp=1.5 kPa。兩臺風機工作電流遠小于額定電流，標定風量遠小于銘牌風量；此附加阻力導致風機不能克服系統(tǒng)阻力，我們判定脈動供風裝置及其出口管道是熟料急冷的重要“瓶頸”之一。

為降低管道阻力，本次改造拆除了脈動供風裝置及其出口細管，擴展階梯梁端部進口，實現(xiàn)從冷卻風機出口到橫梁入口無收縮截面，并可在線調(diào)節(jié)每根橫梁流量，見圖2。

圖1 脈動供風裝置

圖2 階梯梁風量調(diào)節(jié)

2.2 加強鎖風

不論是篦冷機殼體內(nèi)部漏風還是內(nèi)部向外部漏風，都會破壞篦冷機“梯度供風”設計理念。經(jīng)過現(xiàn)場調(diào)查，發(fā)現(xiàn)FM工廠篦冷機存在以下“三大”漏風點：①風室之間“竄風”；②灰斗電動弧形閥向地溝排放粉塵；③往復運動驅(qū)動軸滑板密封裝置向外噴撒粉塵。

2.2.1 消除風室之間竄風

在篦床下部，縱向活動框架穿越隔室墻板處竄風是國內(nèi)外第三代篦冷機的通病，也是各水泥工廠普遍頭痛的問題之一。用我們首創(chuàng)的“三維浮動密封”作為這個部位的主密封，見圖3。它的密封元件帶有凹槽，自鎖彈簧卡在凹槽內(nèi)，密封元件既耐熱耐磨又具有自潤滑特性；用我們在國內(nèi)率先應用的“不銹鋼金屬微絲毛刷”作為輔助密封，見圖4。

圖3 主密封

圖4 輔助密封

主密封與輔助密封分別安裝在隔室墻板兩端，徹底杜絕了風室之間竄風。該裝置已使用一年多，遇檢修可向內(nèi)移動，縮小配合間隙，至今效果良好。需要說明的是：①主密封元件是特制的，元件內(nèi)部摻加特定金屬微量元素；輔助密封“勒緊”活動框架方形抱箍，并且不透光，帶有預緊力；②安裝方法與經(jīng)驗非常關鍵；③運行壓力梯度明顯是密封有效與否的證明。

2.2.2 消除灰斗漏風

國內(nèi)外第三代篦冷機灰斗卸料與鎖風，普遍采用電動弧形閥與料位計組合，采用PLC控制定時放料。國產(chǎn)料位計性能不穩(wěn)，靈敏度差，壽命低；進口料位計單只價格超萬元?；叶妨衔挥嬍Ш?，電控程序紊亂，導致控制系統(tǒng)失效。目前工廠普遍現(xiàn)狀是采用人工定時手動放料，這個工廠也不例外。我們將篦冷機9個灰斗電動弧形閥、料位計、電控箱拆除，更新9套雙層氣動閘板閥自動控制系統(tǒng)，見圖5。

圖5 灰斗卸料鎖風自動控制系統(tǒng)

需要指出：這個系統(tǒng)由多個元器件組成，任何一個元器件質(zhì)量都決定著整個系統(tǒng)的可靠性。各元器件均要適應正壓、高溫、物流小且波動大、磨蝕性強、環(huán)境惡劣等工況。更新后的自控系統(tǒng)用PLC控制、觸摸屏調(diào)節(jié)，實現(xiàn)了：①地溝無人化；②卸料與鎖風過程自動化；③地溝粉塵排放為零；④風室不失壓。

2.2.3 消除滑板密封裝置漏風

國內(nèi)外第三代篦冷機往復運動驅(qū)動軸與殼體間配有滑板密封裝置，以補償動靜件的相對位移。該裝置動板裝在軸上，因動板與靜板有摩擦力，磨損后動靜板間產(chǎn)生縫隙，內(nèi)部帶壓粉塵流經(jīng)此縫隙排向外部大氣，既污染環(huán)境，又導致風室失壓，浪費帶壓風能，降低換熱效果。

我們更新了4套經(jīng)特殊設計的新型滑板密封裝置，見圖6，在它的動靜板之間強行加入潤滑劑。在集中潤滑系統(tǒng)主管上開孔，取高壓潤滑脂入兩進兩出分配器，用高壓軟管從分配器出口將潤滑脂引入動板；動板上用進口矩形截面彈簧4點施加可調(diào)軸向力，確保動板始終貼緊靜板；動靜板均由高碳鋼經(jīng)淬火削制而成，壽命超過5年。

圖6 滑板密封裝置

圖7 后向圓弧板葉輪

2.3 重新配風

合理的配風是篦冷機技術改造的核心。如何“把合適的風送到合適的地方”即如何“在不同篦板區(qū)域配置不同的風量風壓”。利用我們多年改造積累的經(jīng)驗，把握好以下環(huán)節(jié)：①根據(jù)海拔高度和夏季環(huán)境最高溫度，修正配風量與靜壓；②根據(jù)熟料產(chǎn)量和總用風量，分配各室風量；③根據(jù)各室面積與位置，檢驗風載密度；④選擇經(jīng)實踐檢驗的風機模型。

最后FM工廠篦冷機配置12臺風機，其中7臺是新風機，葉片是后向圓弧板見圖7。它具有靜壓高、效率高等特點。裝機功率1346kW，比改造前降低15kW。配置工況風量約38萬m3/h，比改造前增加3.5萬m3/h。海拔1777m（81.71kPa），單位熟料裝機功率9.7kW/t。單位熟料配置工況風量2.7 m3/kg，折合標況風量1.96 m3/kg。

經(jīng)驗表明：新配置的風機要具有足夠的靜壓，允許一段篦床在“較厚的料層”狀態(tài)下運行是至關重要的。改變冷卻風機的實際配置可能會增加一點兒成本，但是多年多臺篦冷機改造結果表明其成本投入是值得的。

2.4 在線調(diào)節(jié)細化的供風單元

國內(nèi)外第三代篦冷機共同的結構特點是利用充氣梁技術，借此細化供風單元，實現(xiàn)均勻供風、強制供風、順序冷卻。

FM工廠篦冷機充氣梁分布是：入口階梯篦床4根，一室3根，二室4根，三室2根，改造前供風結構見圖8。充氣梁上沒有調(diào)節(jié)閥門，尤其是二、三室6根充氣梁共用一臺2614風機向6根充氣梁兩端同時供風，監(jiān)測運行靜壓發(fā)現(xiàn)嚴重“偏風”，即篦床兩端充氣梁篦板得到的風量不同；現(xiàn)場調(diào)查還發(fā)現(xiàn)距離2614風機較遠側(cè)供風管道已被熟料“堵死”。

我們將2614風機拆除，在篦床兩側(cè)各布置一臺新風機，分別向6根充氣梁單側(cè)供風，解決了“偏風”和遠側(cè)風管“堵死”問題，改造后供風結構見圖9。

圖8 改造前供風結構

圖9 改造后供風結構

2.5 增加第二固定篦床

在69 m2的篦床面積上冷卻熟料3 300 t/d，單位面積冷卻負荷達47.8 t/（d·m2）。單位面積冷卻負荷是衡量一臺篦冷機冷卻能力的關鍵指標。數(shù)值越大，越難冷卻。丹麥F.L.Smidth最大值取44 t/（d·m2）。本項目要實現(xiàn)達標冷卻，不采取特殊技術措施是難以實現(xiàn)改造目標的。

在FM工廠篦冷機的一、二段間，利用已有兩段篦床“高度差”，布置我們首創(chuàng)的第二固定篦床（稱入口固定篦床為第一固定篦床）。這里位于篦冷機“零壓面”外，對熟料施加強制冷卻，既不影響二次風，也不影響三次風。這里仍在熱量回收區(qū)內(nèi)，處于AQC取氣口下方，在此對熟料強制冷卻置換出的熱量進AQC鍋爐，有利于提高余熱發(fā)電量。這里“紅河”仍未消失，“紅河”料雖少，一旦流到篦冷機出口，不僅熱量損失過多，還會造成熟料溫度過高，給下道工序制造麻煩。安裝后的第二固定篦床見圖10。

如在中控或現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)“紅河”，在線調(diào)節(jié)四個閥門開度見圖11。通過調(diào)節(jié)四列風載密度，可徹底消除“紅河”。

圖10 安裝后的第二固定篦床

圖11 調(diào)節(jié)四列風載密度

2.6 重新劃分風室

重新分配各室橫梁數(shù)量。多年篦冷機改造經(jīng)驗表明：尤其是在熱量回收區(qū)內(nèi)，適當減少室內(nèi)橫梁數(shù)量，可顯著改善空氣分布，進而顯著提高換熱效果。

2.7 用雙擋輪控制篦床橫向偏擺

FM工廠篦冷機篦床原為“單擋輪”控制，見圖12。單擋輪的安裝與維修標準是：擋輪與擋板之間受機械原理自由度的限制，必須每側(cè)預留0.5 mm間隙，如不預留此間隙就會斷軸。一個擋輪與兩側(cè)均有間隙的擋板配合最終會偏向一側(cè)，久而久之，擋輪與擋板間隙越磨越大，導致篦床橫向跑偏，帶來“四大問題”見表1。

表1 篦床橫向跑偏，帶來“四大問題”

由表1可知，控制篦床橫向跑偏是第三代篦冷機能夠發(fā)揮“高性能”不可缺少的基礎條件之一。我們經(jīng)過多年探索，采用“雙擋輪”控制篦床橫向跑偏，見圖13。擋輪不再受機械原理自由度的制約，兩個擋輪各自圍繞著獨立的立軸旋轉(zhuǎn)，同時與側(cè)面擋板全行程接觸，實現(xiàn)了篦床橫向偏擺為零。

圖12 單擋輪裝置

圖13 雙擋輪裝置

3 施工過程及改造效果

2019年2月初，我們派遣了20名熟練安裝工，在FM工廠拆除澆注料后，迅速投入到相關部件拆除工作中，施工過程如下：

（1）入口階梯篦板開孔率測量，利用原入口階梯篦板調(diào)整“阻力降”；

（2）供風管道重新整合；更換5臺風機整機，更換2臺風機機頭（含殼體、葉輪、集流器、調(diào)節(jié)門、臥式消音器、軟聯(lián)接）；

（3）拆除一段2根、二段2根橫梁，布置第二固定篦床；精確調(diào)整一、二段篦板的四個間隙；

（4）改造篦下隔室墻板結構，安裝風室之間的復合密封裝置；

（5）安裝雙擋輪裝置；更換灰斗卸料鎖風閥自動控制系統(tǒng)；

（6）重新規(guī)劃與布置入口澆注料大壩形狀；安裝9臺黑旋風HXF-100L鋁合金活塞式空氣炮等。

通過15天連續(xù)作業(yè)，按期交給FM工廠重新澆注耐火材料。FM工廠篦冷機于2019年3月初投入運行，23～27日連續(xù)5天平均日產(chǎn)熟料3 226.79 t，30日平均熟料產(chǎn)量達到3 320 t/d，比2018年平均熟料產(chǎn)量提高269.79 t/d。FM工廠提供的改造前后技術經(jīng)濟指標對比見表2。

表2 LBTF2750篦冷機改造前后技術經(jīng)濟指標對比

4 結語

FM工廠篦冷機改造是我們在華新水泥集團內(nèi)第一個篦冷機改造項目，由于FM工廠給出的評價指標比較先進，接下來不到一年，我們對華新水泥YNZT、CQFL、YNJC、YNLJ工廠第三代篦冷機實施了一對一量身定制改造，效果均良好。