LBTF2750篦冷機提產降耗改造

2020-10-28 01:45:30魏振生單秀勇北京酷勒斯技術發展有限公司北京102300

水泥工程 2020年3期

魏振生，冀猛，單秀勇，魏陽（北京酷勒斯技術發展有限公司，北京 102300）

1 概述

華新水泥FM工廠有一條2500t/d生產線，該線由成都建筑材料工業設計研究院設計，于2009年4月投產，配置Φ4.0 m×60 m回轉窯和第三代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。

經過華新集團總部技術評估，確定該線窯系統具有≥3 300 t/h的潛力。2019年2月，在生產線大修停窯期間，我們對LBTF2750篦冷機進行了技術改造。在窯尾預熱器系統沒做任何改動情況下，取得了提高熟料產量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“供風系統瓶頸”

FM工廠篦冷機入口階梯篦床兩側各布置一套脈動供風裝置，見圖1。冷卻風經該裝置后，經由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，實現從冷卻風機出口到橫梁入口無收縮截面，并可在線調節每根橫梁流量，見圖2。

圖1 脈動供風裝置

圖2 階梯梁風量調節

2.2 加強鎖風

不論是篦冷機殼體內部漏風還是內部向外部漏風，都會破壞篦冷機“梯度供風”設計理念。經過現場調查，發現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，密封元件既耐熱耐磨又具有自潤滑特性；用我們在國內率先應用的“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。國產料位計性能不穩，靈敏度差，壽命低；進口料位計單只價格超萬元。灰斗料位計失效后，電控程序紊亂，導致控制系統失效。目前工廠普遍現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，見圖5。

圖5 灰斗卸料鎖風自動控制系統

需要指出：這個系統由多個元器件組成，任何一個元器件質量都決定著整個系統的可靠性。各元器件均要適應正壓、高溫、物流小且波動大、磨蝕性強、環境惡劣等工況。更新后的自控系統用PLC控制、觸摸屏調節，實現了：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

國內外第三代篦冷機往復運動驅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，磨損后動靜板間產生縫隙，內部帶壓粉塵流經此縫隙排向外部大氣，既污染環境，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點施加可調軸向力，確保動板始終貼緊靜板；動靜板均由高碳鋼經淬火削制而成，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“在不同篦板區域配置不同的風量風壓”。利用我們多年改造積累的經驗，把握好以下環節：①根據海拔高度和夏季環境最高溫度，修正配風量與靜壓；②根據熟料產量和總用風量，分配各室風量；③根據各室面積與位置，檢驗風載密度；④選擇經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 在線調節細化的供風單元

國內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。充氣梁上沒有調節閥門，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，監測運行靜壓發現嚴重“偏風”，即篦床兩端充氣梁篦板得到的風量不同；現場調查還發現距離2614風機較遠側供風管道已被熟料“堵死”。

我們將2614風機拆除，在篦床兩側各布置一臺新風機，分別向6根充氣梁單側供風，解決了“偏風”和遠側風管“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）。本項目要實現達標冷卻，不采取特殊技術措施是難以實現改造目標的。

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內，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。

如在中控或現場發現“紅河”，在線調節四個閥門開度見圖11。通過調節四列風載密度，可徹底消除“紅河”。