淺談第四代篦冷機的特點與結構優化

趙光平

摘 要：隨著水泥制造業的不斷發展，水泥篦冷機也不斷地進行結構優化。篦冷機作為水泥生產過程中最關鍵的熱能回收設備，對水泥的生產起著至關重要的作用。本文以當前應用最為廣泛的第四代篦冷機為研究對象，簡要闡述了第四代篦冷機的技術特點，并對第四代篦冷機的結構與升級改造進行了簡單的探討。

關鍵詞：篦冷機；技術特點；結構特性；結構優化

中圖分類號：TQ172 文獻標識碼：A

目前，在新型干法水泥生產過程中所采用的主流機型為第四代水泥篦冷機。在水泥生產過程中，篦冷機不僅能有效降低水泥熟料的溫度，還能將熟料散發的熱量進行有效的回收利用。篦冷機可以將熟料散發的熱量以二次風、三次風的形式分別供窯內煅燒、分解爐預分解以及通過余熱的形式供發電使用或作為生產線上煤磨烘干的熱源。在可持續發展不斷推進的過程中，如何保證水泥篦冷機的高效冷卻率、高效熱回收率、高效運轉以及降低水泥生產成本，是當前各個水泥制造企業根據各自實際情況進行相應改進和優化的研究重點。因此，本文就針對目前常見的第四代水泥篦冷機的特點及結構優化進行簡單的探討，以進一步促進水泥制造業的發展。

1.第四代篦冷機的技術特點

縱觀篦冷機的發展，最具代表性的第四代篦冷機主要有史密斯公司的Cross-Bar篦冷機和富士-摩根的步進式篦冷機兩類。本文就以這兩類最具代表性的第四代篦冷機為例，對其技術特點進行簡要闡述。

Cross-Bar篦冷機是史密斯公司研發的最早的第四代篦冷機，其技術特點主要有以下幾點：（1）采用了全固定的篦床，有效避免了常見的漏料和漏風的問題。（2）采用專門定制的三角斷面推桿系統進行熟料推動輸送，該推桿系統不僅能夠實現熟料推動輸送功能與冷卻功能的相互獨立，而且可利用推桿的不斷攪動功能有效解決了熟料細顆粒富集的區域容易結塊的問題，使得熟料的冷卻效果得到進一步優化。（3）Cross-Bar篦冷機的模塊化設計更加便于進行設備的安裝和維護，而且該篦冷機的每塊篦板均設有新穎巧妙的自動平衡流量閥，可在一定的工作壓力范圍內實現每塊篦板空氣流量更加精確的自調節。雖然Cross-Bar篦冷機在技術上進行以上幾點的技術創新，但是在研制的早期，Cross-Bar篦冷機在技術上也存在一些問題，如流量自動調節閥易失效、液壓系統漏油、熟料輸送裝置易損壞等問題。經過不斷研究，史密斯公司在2010年研制出了新型十字棒式冷卻機，對其推桿結構和尺寸進行了優化改進，同時也對潤滑系統和驅動裝置進行了優化。新型十字棒式冷卻機的主體改為水平，同時增大了篦板尺寸，并在進料端對空氣炮和攪動裝置等進行了優化配置，使得熟料冷卻效果和熱量回收效果更好，設備運行更加穩定、可靠。

富士-摩根的步進式篦冷機的主要技術特點有：（1）采用移動地板式結構，不設退料裝置，利用連桿機構帶動篦床多列篦板的“同進錯退”運動來實現熟料輸送動。（2）步進式篦冷機也采用了模塊化設計和自調節流量閥。與Cross-Bar篦冷機相比，步進式篦冷機采用單端篦床且無攪動設施，導致料層控制機動性差，當熟料結粒情況差時，該篦冷機的冷卻效果就會受到很大的影響。目前我公司采用的篦冷機屬于步進式，這類篦冷機在技術上仍然存在一些問題，如驅動裝置要求高、驅動裝置潤滑點過多、空氣調節閥易失效、液壓缸漏油等問題出現較頻繁。由此可見，對第四代步進式篦冷機的結構進行優化改造是非常有必要的。

2.第四代篦冷機的結構與升級改造

2.1 結構特性

第四代水泥篦冷機的結構特性主要包括以下幾點：（1）增加了余熱發電裝置，第四代篦冷機余熱供應系統與窯頭、窯尾的余熱發電裝置實現了配合使用。在未安裝余熱發電時，篦冷機的三次風的一部分供預熱器及煤磨的烘干后，其余熱就混入冷風，待降溫到一定溫度后經收塵器將廢氣排掉，而且廢氣在排出時仍具有較高的溫度，其余熱不能得到更好的利用。在安裝余熱發電裝置后，便可在篦冷機中部取熱風用于余熱發電，在降低尾部廢氣溫度同時還節約了發電煤粉的用量。（2）破碎機改造，第四代篦冷機在篦床中采用輥式破碎機，以替換尾部錘式破碎機。通過改造，大的熟料塊在篦冷機中部就可將其破碎到25mm以下，使得料塊內部的熱量能夠得到有效的回收，同時也降低了篦冷機尾部廢氣溫度和粉塵的濃度。第四代篦冷機選用的輥式破碎機一般具有一年以上的破碎壽命，可以滿足回轉窯的檢修周期要求，不用在回轉窯運轉期間對篦冷機的破碎機進行檢修，提高了設備整個生產系統的運行效率。（3）篦板結構改進，第四代篦冷機采用焊接結構的優質固定篦板。在實際生產過程中，優質固定篦板能更好的控制篦縫的大小，減小了篦板質量對熟料冷卻效果的不利影響，使得風量在篦床上的分布更加均勻，可以有效地控制“紅河”現象的發生。優質篦板對當前的鑄造技術提出了越來越高的要求，面對當前高質量篦板的鑄造技術不夠成熟、成本較高、質量不穩定等問題，對第四代篦冷機采用的焊接篦板進行適當地改進，首先選用耐磨鋼板，并將其折成U型結構，再通過焊接技術將U型篦板焊接成篦縫為豎向凹槽式，將篦縫風道改為迷宮式結構，并采用激光切割的橫向耐磨隔板對篦縫的大小進行更加精確的控制，以確保風量的分布更加均勻。（4）在改進的篦板下方安裝自動空氣流量調節閥，進一步提高冷卻風的利用效率，在保證高效降溫的同時，減少冷卻風量的用量，減少供風機的電量消耗。（5）通常在篦床的上方常常存在一些相對固定的死料層，使得優質篦板能有效避免高溫熱熟料的侵蝕，對篦板起到了良好的保護作用，大大增加了篦板的使用壽命，同時也節約了設備零件更換的材料費和人工費。（6）第四代篦冷機在結構上采用了模塊化的設計和安裝，進一步提高了各部件的制造精度和安裝精度，同時也大大縮短了技改現場施工的周期。

2.2 升級改造方案

結合第四代篦冷機目前的結構特性與實際生產過程，對第四代篦冷機運行過程進型相關的分析，并對第四代篦冷機的運行過程進行一定的升級改造，改造主要有以下幾點：

（1）篦冷機內部的熟料輸送過程及操作控制，對篦床進行一定的改造，采用多行相獨立的輸送道梁，實現各行篦速的單獨調整。在熟料的輸送首先由多行輸送道梁一起以一定的推動速度，把熟料向前推移到一個程距，隨后各道梁逐個快速交替返程，利用兩側面的阻礙和慣性力使熟料在向前推移一定的距離，以滿足熟料運動輸送的目的。篦床采用平行輸送道梁整行式輸送結構后，每行輸送梁的篦速可單獨進行調整，保證了料層厚度分布更加均勻。多行相獨立的輸送道梁工作的受力主要只在篦床向前推進時，料層受到篦床推動力和進口端輸送熟料的推力，同時在篦冷機側壁熟料還受到一定阻力的影響。

（2）篦冷機供風系統設計與操作，供風系統的設計與熟料冷卻效果和系統能耗有著直接的關系。篦冷機在工作中，由于其篦床上輸送的熟料層厚度基本相同，在每塊篦板下配置一個自調節流量控制閥，利用閥板在流體中的重力與浮力相平衡原理，實現閥體過流面積的自動調節，進一步確保熟料在篦床中供風的均勻性。

（3）熟料冷卻過程改造，熟料在水泥篦冷機中的冷卻過程比較復雜，其控制難度也較大。熟料的冷卻過程近似固定篦床中氣固相流之間的熱交換過程，因此，可通過對這一熱交換過程進行相應的研究，進一步分析篦床層中熟料及氣體的溫度變化規律，實現熟料冷卻過程更加有效的控制。將篦冷機的換熱過程進行簡化，并對整個篦冷機系統進行一定理想化假設，在充分慮熟料的物理幾何特征的條件下對熟料床層進行相應的網格劃分，每一個網格作為一個換熱單元，建立篦冷機熟料與空氣換交熱過程的模型，并進行模型計算，通過相關的參數調整，使得模型更加貼近實際生產，最后利用模型分析計算的結果知道實際生產，以確保冷卻過程更加高效。

結語

隨著國家“節能減排”戰略目標的進一步推進，對水泥篦冷機提出了更高的要求。第四代篦冷機通過結構優化和改造升級，大大提高了冷卻率、熱回收率，在確保設備高效運轉的同時進一步降低了水泥生產成本，為水泥制造企業帶來更大的經濟效益，促進水泥制造業的進一步發展。

參考文獻

[1]劉淵，蔡玉良，孫德群，等.NC型第四代篦冷機結構特性研究[J].中國水泥，2014（7）：75-79.