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国产篦冷机的通病分析及改进措施
2011-4-13　作者: 车蜀涛
概述：熟料冷却机是预分解系统中的一个极其重要的设备，它是窑炉的热源的助推器，其热效率及可靠性直接影响到全生产线的工作性能及运转率，冷却机的作用和重要性越来越受到重视，它是水泥企业发掘节能潜力和提高产质量最受瞩目的地方。从国产各种篦冷机的改造来看，国内第三代冷却技术还有很多不尽人意的地方，根据改造过程中发现的带有普遍性的问题，我们进行了整理、分析、归纳，供使用单位与设计、制作篦冷机的单位参考。
一、国产篦冷机的通病分析
1、充气梁技术的局限
在借鉴国外充气梁技术的基础上，国内的设计院与篦冷机的制作厂家纷纷效仿，制造了国内的第三代充气梁，由于篦板与梁的配套设计上存在缺陷、制作、安装上达不到要求的精度等因素的制约，使得第三代充气梁篦式冷却机运行情况不尽人意。于是新建厂在了解国产篦冷机这一状况后，在设备选型时就选择比正常配套选型大许多，造成资金和资源的浪费。
第三代充气梁技术的核心就是充气梁与高阻力篦板。多数运行中的篦板通风孔容易返料，风道布置不合理，漏风漏料多。篦板之间或篦板与充气梁之间的相互接触面和关键部位都需要经过精密的机加工，配合紧密，整体组装。设计的篦板也应具有不易返料的特点，安装时，间隙大小、公差十分严格，并有专门的安装与检查工具。而实际情况是：篦板和梁的结构上设计不合理，多数出于成本的限制，应该加工的面没有加工，给长效运行埋下隐患。
在改造中遇到最为严重的是充气梁被一层一层熟料填满之后形成了坚硬的水泥石，用风稿才能除。
2、工艺方面的问题
2.1 二次风温、三次风温低（在850～1000℃，700～800℃范围内），熟料温度高（≥180℃），热回收效果和冷却效果差，“红河”现象严重。
篦冷机是窑炉的热源的助推器，如果篦冷机在高温段急冷效果好，热交换充分，那么二、三次风温高，它对窑炉煤粉的助燃效果好，会大大提高窑炉对煤质的适应性，特别是在煤质波动时，它对煤粉的燃烧速度、窑炉的操作不可小视。近年来，煤的供应相对吃紧，种类复杂，虽然大部分厂有均化设施，但煤种的波动太大，所以对窑炉的操作影响更大，如果二、三次风温不高（小于1100、850℃），则烧成温度难以提高，操作员不得不加大喂煤量，造成长焰燃烧，烧成带后移，高温区不集中，熟料难以烧成，粉料多，f-CaO高，熟料质量差，甚至在分解炉与C5级之间长期出现温度“倒挂”现象，在还原气氛下，加大SO2的挥发和循环量，构成预热器锥部和窑尾烟室结皮，使整个窑炉系统均衡稳定的烧成制度无法得到落实。
目前相当多的厂为了适应煤质的波动，进行了分解炉的改造，其宗旨是扩大分解炉的有效容积，延长生料粉的停留时间，加强预烧能力，这些措施毋庸置疑。但不能偏执于分解炉本身，也要考虑到三次风温的因素。分解炉内的燃烧特点是低温、低氧、无焰处处伴随有高浓度粉料使燃料“劣质化”，甚至粉料结团将焦炭包裹其中。如果分解炉规格设计时只考虑碳酸钙的分解反应，不能顾及到如何提高煤粉的燃烧速率和缩短燃烬时间，那么将谈不上分解炉的优化设计。
许多实验资料指出：炉温每升高70℃，残余焦炭的燃烧速率就提高一倍。显然，较高的三次风温可提高煤粉的燃烧速率和缩短燃烬时间，是生料预分解的一个强有力的助推器。分解炉的功能就会得到大大改善，为窑的稳产与高产打下良好的基础，建议厂家在投入大量时间与资金进行窑尾系统的改造之前，检查篦冷机的运行是否达到了正常的热效率，二次风温是否超过了1100℃，三次风温是否超过了850℃。如果偏离太远，即使是进行了窑尾系统改造所取得的效果也不可能达理想效果，所以挖潜工作还是要从篦冷机做起。
采用圣达瀚冷却技术改造过的厂家二、三次风温比改造前均提高100～200℃；出篦冷机熟料温度可以达到小于环境温度＋65℃；熟料三天强度和二十八天强度提高了2～4MPa；熟料易磨性因急冷可以得到明显的改善，水泥磨产量有大幅度提高。
2.2 篦板烧蚀严重
如上所述，充气梁和高阻力篦板容易出问题，起不了骤冷作用，熟料的冷却效能降低，反而会加大篦板直接面对高温熟料的侵袭和磨损，其寿命大大缩短，增加篦冷机的维修工作量和维修成本。据统计现在水泥厂篦板的使用寿命一般可以达到一年至三年，但活动床篦板和边护板每年大修都要全部更换，使用效果差一些的厂家，局部篦板频繁烧损，寿命一般不会超过一个月。
2.3 篦冷机内外部漏风窜风严重
系统密封差，漏风窜风严重，这是一个通病，主要原因是国内尚没有开发出适合于篦冷机风室内部密封的材料和设备，国内篦冷机通常采用的密封材料是石棉板或耐温橡胶，但运行不久就全部损坏，风室与风室之间基本是相通的，内部密封差，漏风窜风严重，不能保证各供风单元独立的通风，各风机鼓入的不同风压的冷却风在各风室之间相互扰乱，内耗大，有效的穿透熟料层的冷却风少，无法实现设计的配风理念。严重时前面的高压风机启动后，后面的中低压风室的风机不能正常启动，被吹着倒转。篦冷机技术水平发展到现在的第三代，单位篦床面积产量越来越高，料层厚度不断增加，风室压力也要求增加，如果风室密封不好，所有风室相互串风，分室功能大大消弱，其技术水平充其量也是处于第一代与第二代，发挥不到第三代的效果。
在风室灰斗与拉链机或熟料输送机之间采用电动弧形阀卸料锁风，但由于其阀板和底部容易磨穿，也容易被大块料卡住不能运行，锁风效果差，所以在篦冷机下部的拉链机总是有正压和“返风”现象，冒灰大，环境污染大。最后不得不停用电动弧形阀，采用人工定时放灰，工作量大，扬尘大，环境安全存在很大的隐患。现在相当多的工厂偿试对电动弧形阀进行改造，在近期的杂志上也看到了多篇改造的心得，但由于自身结构上的缺陷，通过简单的改进，还达不到根治毛病的程度，成功范例不多，总之这个部位成了生产线上难治理的地方。
2.4 冷却风机选型不当，配置的风量和风压不合理
篦冷机配置合适的风量、风压是保证其冷却性能的关键。但国内篦冷机配置的冷却风机还存在问题，尤其是在高温段，风量和风压明显不足,这也导致篦冷机高温端热回收效果与急冷效果差的原因。如果在高温段熟料因风量风压不足没得到骤冷，到了中低温段要想通过加大风量强化冷却至正常的熟料温度基本是不可能的。
造成配风失衡有两个方面的因素，一是本身配风设计计算上的问题，选择风量与风压均偏低，相比而言风压偏低更严重。
现在国际先进的篦冷机技术，使用风量在1.9～2.2Nm3/kgcl之间，配置风量在2.5～2.7Nm3/kgcl之间。国内的配风因设计单位不同，差异较大，一般在2.2Nm3/kgcl以上，有的2.5Nm3/kgcl左右，也有超过3Nm3/kgcl的。关于风压的选择，随着大部分窑的增产、余热发电技术的运用以及精细化操作的需要，客观上要求篦冷机必须采用厚料层操作，高温端料层厚度不能低于800mm，活动床头端不能低于600mm，尾端不能低于400mm，实际上由于窑产量的大幅提高，大部分厂篦床上的料层厚度也基本处于这个水平上，但配置风压却远远低于相应的料层，按以前的设计经验：风室风压的水柱值近似于篦床上料层厚度值。如果配置风压在200mm水柱，意谓着篦床上料层的厚度不能超过200mm，但事实上都达到400mm，所以说现在普遍的问题是风压失衡超过风量失衡，相当多的厂是因为风压不足引起冷却风无法穿透熟料层，导致供风量的严重不足。
2.5 漏料严重
由于主梁和篦板梁受高温变形，尤其是在2500吨以上的篦冷机细料侧篦板和侧板被烧损、磨损，导致篦板与篦板间、篦板与侧板间间隙增大，漏料严重，影响了其安全运转。
3、机械方面的问题
3.1 传动方面
3.1.1、主、从动轴容易窜轴、偏摆，运行不平衡，抖链现象严重。
3.1.2、从动轴上加强槽钢受力负载大，固定螺栓容易断裂，有的厂也发生断轴的现象，新安装的篦冷机运行不到二年，从动轴断裂四五次。
3.1.3、从动轴上的动密封装置失效，起不到密封作用。
3.1.4、导轨、自由轮与导向轮磨损严重，由于高温熟料的冲刷，支承梁也被烧变形。
3.2 篦板梁变形、活动框架梁变形甚至断裂
由于冷却效果不好，整个床体经受着高温，所以现在篦板梁、活动框架梁变形较多，严重的活动框架梁甚至断裂。活动框架梁(也简称大梁)的加工工艺是在焊接后，经过退火消除内应力之后，再在机床上进行精加工处理，要求精度相当高，按国家标准是：（1）活动框架梁顶面对框架梁基准平面的平行度为2mm。（2）活动框架装配后两对角长度之差不大于4mm。（3）活动框架同一横断面上的横向连线与篦冷机中心线的垂直度为0.5mm。如果发现断裂，在现场简单的焊接处理，反而加速了其下次的断裂事故的发生；至于为什么大梁会变形断裂，这与安装精度、设计选用的材料有关，国内的制造厂家在大梁的设计强度上选择偏小，富余量不足，小型篦冷机框架梁主材一般选用槽钢型材，实际上它的弹性变形较大，刚度不足。特别是现在窑操作技术的进步，窑产量的大幅提高，这一不可忽视问题严重困扰和制约着厂家的生产安全。篦板梁变形，一方面冷却机负荷加重后，冷却机内部的活动框架梁变形更严重，有的厂出现整体篦床下沉，尤其是以前设计的1000吨的篦冷机，在篦床尾端没有设计专门的支承梁，而通过从动轴起支承作用，往往造成从动轴频繁的偏摆甚至断裂。
3.3 熟料温度高给后续工序造成了很大的安全隐患和资源浪费
熟料温度高不仅会造成篦板被烧穿，梁变形，同时它也会对熟料输送设备、配料皮带称，胶带、以及水泥磨轴瓦均会造成了很大的安全隐患，有厂家的篦冷机前因熟料温度高，水泥磨轴瓦温度太而不能连续运行，甚至每一个半月要烧一条库底胶带，系统设备的长期安全运行受到了制约。
以上机械问题是国产篦冷机的通病，严重困扰着维修人员，维修人员不得不重点防犯，每一停窑必须检查。这种篦冷机不仅运行质量不高，资源浪费严重，还影响整个系统的运转率，成倍地增加了工人的维修量，也增加了设备与人员的安全隐患。
二、对策措施
针对上述“通病”我们结合法国圣达瀚技术对篦冷机改进和升级国产冷却机，均取得了显著的收效。其技术措施如下：
1、注重对出窑高温熟料的急冷
急冷床是采用第四代技术的特点，专门为国产第三代充气梁技术进行升级改造设计的，它是一个模块化的床体，不是充气梁，设计独特，无漏灰渗灰，也不会漏风窜风，能确保高压风严格按设计与实际需要去供风，使熟料在最大温差下进行良好的的热交换，冷却效率高，急冷效果好，机械可靠性高，它既兼顾了第四代篦冷机精确供风，模块化的优点，但又适合第三代篦冷机的改造，不用改变篦冷机的主体结构，被国内的专家称其冷却技术为三代半，处于第四代与第三代之间的技术层面，是提升国产第二、三代篦冷机技术档次的最佳途径。
应用该技术进行技改后，二、三次风温高，热回收量较国内第三代充气梁篦冷机可增加300～500kJ/kgcl，冷却机热回收效率达78%，节能降耗显著；有五、六年之内不需要维护，五六年之后只需按要求更换篦板，床体不会有损伤的记录。

2、篦板结构独特使用寿命超长
篦板是“充气篦床”的核心部件，篦板内部气道和气流出口设计力求良好的气动性能，气流顺着料流的方向喷射并向上方渗透，强化冷却效果。篦孔不同于目前流行的高阻力篦板的篦孔，篦板的压降低于高阻力篦板，有利于节能。外形结构上，篦板表面分布着凹槽，冷却风是通过接近水平的篦缝进入充满熟料的凹槽，然后通过滞留在槽内的熟料间隙朝着熟料的前进方向喷吹，不易堵料，不会出现被“吹穿”和风“短路”的现象篦面通风冷却均匀，磨损小，且不易堆雪人，漏料很少，加之篦板经特殊热处理，其寿命：高温段长达五年以上，中低温段长达四年，全面地提高了整机乃至窑系统的运转率。

3、冷却机的配风理念
 在篦床的高温区配置合适风量风压的冷却风是保证对熟料急冷的关键。风量取决于料量、料温；压力取决于管路系统阻力，篦板阻力、料层阻力以及来料的波动。
按其技术配风后的效果是在高温熟料离开前端固定床后，熟料的颜色已经由白色变成了暗红色和黑色，再经过二十多分钟活动床上的慢冷过程后，最终达到出冷却机熟料温度小于65℃+环境温度。
4、优良的密封和锁风
从篦冷机问世以来，不管是第三代，还是现在的第四代，基本思路是以最少的冷却风在最短的时间里骤冷高温熟料，内部的密封是非常重要的，密封和锁风是冷却风有效利用的根本保证，不能控制和分布好冷却风，再好的技术也只能是空谈。
为了保证各冷却风室的气密性，目前将“气动双重锁风阀”技术用于风室与拉链机之间的密封，可以彻底解决漏风问题；同时还有优质进口的“金属丝柔性密封材料”用于风室与风室之间的密封，彻底解决了冷却机里面窜风、漏风等致命问题。使风室的分隔效果与高压风系统设计原理相匹配，而且每个风室可以灵便独立调节风压和风量。完全不同于国产冷却机目前因找不到合适的密封设备和材料，采取简单的石棉板或耐热橡胶密封和锁风，使用寿命短，往往破损后不了了之，冷却机内的分室只是一个形式和摆设，基本都串联在一起，成了一个互通大风室，而且各风室的风机因压力不同相互之间产生制约和内耗，控制和调节各风室的风量和风压已经没有实际意义，甚至给操作员反馈误导参数造成设备事故。

5、可在保持冷却机的主体框架结构不变的前提下，对篦冷机内部实施大幅度改造。提高冷却机的单位面积负荷和冷却效率，协助窑的提产，解决冷却效能的瓶颈问题,改造成本低，性价比高
6、在固定床周围加装检查门和空气炮
在固定床两侧加装检修平台和根据平时操作中篦床上积料的情况加装四台空气炮，以解决堆大料和堆雪人等异常状况。
三、改造后的效果对比
改造后所取得了显著效果。主要体现在节能降耗、提高产、质量、提高机械的可靠性、提高设备的运转率、降低设备维护费用等方面：
1、节能
由于二、三次风温的大幅度提高，熟料热耗将有大幅度下降，节煤达到5kg标煤/吨熟料以上。
实例：北屯南岗公司在篦冷机改造后年度统计了实物煤耗与标准煤耗，其指标在南岗集团内的7条生产线的评比中煤耗指标最优，节能降耗十分显著。
2、节电：
改造后一方面熟料经过急冷，使熟料颗粒产生大量裂纹，可以大大改善熟料的易磨性，并大大降低粉磨电耗和提高产量。
实例：上海联合水泥有限公司篦冷机改造后用小磨进行易磨性对比试验，粉磨至同样的细度，改造后的熟料粉磨时间由原来的36分钟节省到34分钟，缩短粉磨时间2分钟，同样的时间内因易磨性提高，产量提高5％以上。山西潞州水泥制造有限公司篦冷机改造后，φ3×11m磨机产量提高10%以上。
3、增加发电量
中材天山（云浮）水泥有限公司在篦冷机改造后发电量同比增加0.5mW以上，发电量月月超设计发电量。
4、提高了熟料的产、质量
改造后二、三次风温高且稳定，对煤粉的助燃效果提高了，使窑炉对煤质的波动与变化适应性增强了，热工制度更加稳定，窑炉的操作和控制变得容易，提高窑速和提高产量是情理中的事了。改造后的所有厂窑产量提高范围在5～15％。
急冷阻止了熟料的晶型转变与熟料粉化，保持了发挥强度的主要成分C3S和C2S，保证了熟料的质量。在所有我们改造过的厂家的经验是：篦冷机改造后熟料的三天强度和二十八天强度提高了2～4MPa 。强度提高意味着可以适当放宽细度和多掺混合材以节省成本。
5、设备的运转率和完好率有了明显的提高。
由于改造后出冷却机熟料温度显著降低，各种设备包括输送熟料的皮带输送机，磨机轴承，篦冷机内的大梁以及传动系统的工况环境会有一个明显的改善，维修成本方面每年可以大幅降低，篦冷机运转率一般都超过95%以上。
6、提高工厂的运行质量与管理水平
此技改属于窑系统最为重要的项目，它能使整个生产线的操作与管理、技经指标上上升到一个新的台阶。在增产、节能、减排等方面将对企业产生长期的效益。改造后正常运行一年所产生的综合效益一般都可以收回改造的全部投资。
四、总结
在水泥行业产能过剩、节能、减排等客观形势下，迫使水泥企业转向练“内功”，向精细化操作与管理上下功夫，寻求更节能，更高效的冷却技术，提高篦冷机的效能。以上技术可有效解决目前篦冷机运行过程中的通病，改造篦冷机同样可以获得与改造窑尾系统相似的经济效益和社会效益，在日益激烈的竞争中，我们必须为了提高企业自身的生存力和竞争力而寻求更节能，更高效的水泥装备。