棒式篦冷機(jī)的節(jié)能改造

宋亮亮，尚麗平，馮凱，王安偉

我公司5 000t/d水泥熟料生產(chǎn)線采用帶TDF分解爐的五級(jí)雙系列預(yù)熱器、φ4.8m×72m回轉(zhuǎn)窯、四通道噴煤管及棒式篦冷機(jī)，投產(chǎn)至今，已穩(wěn)定運(yùn)行11年。隨著生產(chǎn)線運(yùn)行時(shí)間的增長，生產(chǎn)設(shè)備老化現(xiàn)象嚴(yán)重，導(dǎo)致出篦冷機(jī)熟料溫度偏高，設(shè)備維修率增加，機(jī)械故障率上升，影響了窯的穩(wěn)定運(yùn)行。目前，篦冷機(jī)的生產(chǎn)能力已達(dá)到極限，風(fēng)機(jī)閥門全部打開，但篦冷機(jī)的冷卻效果依然不理想，制約了燒成系統(tǒng)和水泥粉磨系統(tǒng)最大產(chǎn)能的發(fā)揮。

1 篦冷機(jī)改造的必要性

在水泥生產(chǎn)過程中，篦冷機(jī)是熟料燒成系統(tǒng)運(yùn)行最關(guān)鍵的設(shè)備之一，其主要功能是冷卻和輸送熟料，為回轉(zhuǎn)窯及分解爐提供熱氣體。篦冷機(jī)的冷卻效果對(duì)熟料強(qiáng)度、熟料質(zhì)量、水泥磨產(chǎn)量以及燒成工序的穩(wěn)定運(yùn)行起著重要作用。通過改造篦冷機(jī)，可解決窯產(chǎn)量不穩(wěn)、出窯熟料溫度高、篦冷機(jī)故障率高、系統(tǒng)熱回收率低等問題。

2 熟料冷卻系統(tǒng)存在的問題

2.1 工藝問題

我公司熟料冷卻系統(tǒng)采用的是棒式篦冷機(jī)，2009年供貨，型號(hào)為JL4×5，篦床面積117m2，設(shè)計(jì)處理能力5 000t/d。從近幾年的運(yùn)行情況來看，在夏季窯產(chǎn)量達(dá)到設(shè)計(jì)產(chǎn)能時(shí)，一般出篦冷機(jī)熟料溫度偏高，達(dá)140℃～180℃，熟料冷卻效果較差，超過篦冷機(jī)的極限冷卻能力，篦床“紅河”現(xiàn)象較明顯，換熱效率較低。具體表現(xiàn)為：

（1）二次風(fēng)溫偏低，僅為1 050℃±50℃，與先進(jìn)值相比，偏低100℃左右，在回轉(zhuǎn)窯中助燃效果差，導(dǎo)致煤粉燃燒速率低。為了保證熟料的煅燒，操作上不得不加大喂煤量，造成煤粉燃燒火焰長，燒成帶后移，高溫區(qū)不集中，直接影響了熟料的燒成煤耗。

（2）三次風(fēng)溫偏低，僅為900℃，與先進(jìn)值相比，偏低50℃左右，導(dǎo)致窯和分解爐對(duì)煤質(zhì)的適應(yīng)性降低，表現(xiàn)為煤粉燃燒慢、放熱慢，物料分解慢。

（3）余熱發(fā)電AQC爐進(jìn)口風(fēng)溫偏低，正常運(yùn)行僅340℃～360℃，與先進(jìn)值相比，偏低20℃左右。余熱利用溫度偏低，直接影響了余熱發(fā)電量。

（4）出篦冷機(jī)的熟料溫度過高，不僅影響了熟料的質(zhì)量，而且影響了熟料的存儲(chǔ)和水泥的粉磨，增加了水泥磨工序電耗。

2.2 設(shè)備問題

（1）篦冷機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，液壓系統(tǒng)壓強(qiáng)為15～17MPa，壓強(qiáng)偏高；液壓缸換向時(shí)，管線存在換向沖擊與振動(dòng)，導(dǎo)致液壓油管、液壓缸、驅(qū)動(dòng)鋼板、C型密封件的使用壽命降低，可靠性變差，嚴(yán)重影響設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

（2）為降低液壓系統(tǒng)壓力，篦冷機(jī)篦床推動(dòng)次數(shù)提高到10～15次/min，推動(dòng)次數(shù)較多，導(dǎo)致推料棒磨損加快，容易發(fā)生斷裂。斷落掉下的耐磨件對(duì)下游設(shè)備的運(yùn)行造成威脅，影響下游設(shè)備的安全平穩(wěn)運(yùn)行。

（3）由于熟料溫度過高，會(huì)引發(fā)一系列的問題，影響后續(xù)設(shè)備的安全運(yùn)行。如，增大水泥磨滑履軸承因溫度超標(biāo)而停機(jī)的概率，降低熟料庫底皮帶輸送機(jī)的使用壽命，造成拉鏈機(jī)料斗因輸送高溫熟料而變形等。

3 改造方案

（1）為滿足窯產(chǎn)量及篦冷機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行的需要，本次改造采用最新的步進(jìn)式篦冷機(jī)系統(tǒng)，替代原有的棒式篦冷機(jī)，拆除原篦冷機(jī)內(nèi)部篦床，保留殼體，將尾置錘式破碎機(jī)改為尾置輥式破碎機(jī)。篦床寬度不變，仍為5.2m，篦床長度延長3m左右，改造后，篦床的面積由原來的117m2增加至132.1m2。

（2）利用冬季生產(chǎn)淡季檢修時(shí)，對(duì)篦冷機(jī)進(jìn)行改造。本著快速達(dá)到改造目標(biāo)且投入少的原則，充分利用原有廠房空間，最大限度地利用原有的風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)和風(fēng)機(jī)所配的高壓電機(jī)。保留原風(fēng)機(jī)、空氣炮、推“雪人”裝置、高溫（高清）攝像頭、窯門罩、余熱風(fēng)管、廢氣風(fēng)管、篦冷機(jī)殼體。拆除篦冷機(jī)內(nèi)部設(shè)備、液壓站、潤滑站、錘式破碎機(jī)。

4 改造方案的實(shí)施

4.1 篦床改造

（1）在篦冷機(jī)內(nèi)部原底框架的上表面，增加過渡底框架，用于連接新篦床支撐。底框架在進(jìn)入篦床前進(jìn)行找平找正。

（2）水平篦床在制造廠整體進(jìn)行預(yù)組裝，單機(jī)試車后，分段發(fā)貨至現(xiàn)場(chǎng)。

（3）現(xiàn)場(chǎng)拆除錘式破碎機(jī)，在篦冷機(jī)尾端殼體開孔，將新篦床逐段從篦冷機(jī)尾端送入殼體內(nèi)，安裝立柱、組裝、調(diào)水平。

（4）新篦床固定斜坡采用具有科恩達(dá)（Coanda）效應(yīng)的篦板，活動(dòng)篦床采用步進(jìn)式輸送原理，篦床總面積132.1m2，篦床規(guī)格為SCLW4S-1308-13×12-RC（13列12個(gè)標(biāo)準(zhǔn)段節(jié)），采用“3+3+3+2+2”形式的5組液壓驅(qū)動(dòng)。

改造前的篦床布置圖見圖1，改造后的篦床布置圖見圖2、圖3。

圖1 改造前的篦床布置圖

圖2 改造后的篦床布置圖1（綠色部分為改造后）

圖3 改造后的篦床布置圖2（綠色部分為改造后）

4.2 破碎機(jī)改造

改造后，破碎機(jī)采用尾置輥式破碎機(jī)，規(guī)格為SCKR4.9-4×48-EC。尾置輥式破碎機(jī)有4支破碎輥，破碎寬度為4 800mm；1號(hào)輥正轉(zhuǎn)，2、3號(hào)輥可正反轉(zhuǎn)，4號(hào)輥只能反轉(zhuǎn)；破碎機(jī)減速電機(jī)驅(qū)動(dòng)功率為4×11kW。

4.3 液壓系統(tǒng)改造

液壓系統(tǒng)全部更換為與新篦冷機(jī)配套的傳動(dòng)系統(tǒng)。其中，干油集中潤滑系統(tǒng)全部更新，同時(shí)新增一套液壓站。新液壓站由電機(jī)、泵、多路比例換向閥、油缸、油箱組件等組成，共計(jì)6臺(tái)（5用1備）。液壓系統(tǒng)主管路布置在篦冷機(jī)外側(cè)。

4.4 電氣系統(tǒng)改造

配套更換風(fēng)機(jī)、液壓站、輥式破碎機(jī)對(duì)應(yīng)啟動(dòng)裝置及控制系統(tǒng)，增加DCS模塊，進(jìn)行軟件編程和硬件改造。

4.5 工藝非標(biāo)件改造

調(diào)整制作風(fēng)機(jī)與篦冷機(jī)殼體的非標(biāo)管道，重新制作下料溜子；尾部檢修平臺(tái)利舊修改，廢氣管道后移；局部修改尾部收塵管道，新做雙重檢修門及平臺(tái)。

4.6 耐火材料施工

在馬蹄口處及篦床處進(jìn)行耐火澆注料的施工。其中，篦床前端頂部與側(cè)上部為高鋁質(zhì)澆注料，篦床前端矮墻處為高耐磨抗侵蝕澆注料，篦床后端頂部與側(cè)上部為高溫高強(qiáng)耐堿澆注料，篦床后端矮墻處為鋼纖維耐磨澆注料。

4.7 土建施工

風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)利舊，篦冷機(jī)基礎(chǔ)利舊，輥式破碎機(jī)基礎(chǔ)重新制作，原液壓站房利舊，液壓站基礎(chǔ)利舊，尾部延長篦床基礎(chǔ)。

4.8 風(fēng)機(jī)選型

原有風(fēng)機(jī)全部利舊。

5 改造效果

項(xiàng)目改造充分利用了原有殼體及基礎(chǔ)，減少了設(shè)備更換成本，縮短了改造工期。在保持冷卻機(jī)主體結(jié)構(gòu)基本不變的前提下，通過實(shí)施技術(shù)改造方案，大幅提高了冷卻機(jī)的單位面積負(fù)荷和冷卻效率，滿足了窯產(chǎn)量提升的要求，提高了煅燒系統(tǒng)的穩(wěn)定性，降低了煤耗，機(jī)械設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定性大幅上升。項(xiàng)目改造前后數(shù)據(jù)對(duì)比見表1。

表1 項(xiàng)目改造前后數(shù)據(jù)對(duì)比

（1）回轉(zhuǎn)窯產(chǎn)量提高

篦冷機(jī)改造后，設(shè)備技術(shù)可靠性提高，窯系統(tǒng)產(chǎn)量得到保障，日增加熟料產(chǎn)量200t，年增加熟料產(chǎn)量200t/d×270d=54 000t。按噸熟料凈利70元計(jì)，年可增加凈利54 000t×70元/t=378萬元。

（2）熟料煤耗降低

篦冷機(jī)改造后，二次風(fēng)溫、三次風(fēng)溫提高，直接改善了助燃煤粉的效果，使窯的熱工制度更加穩(wěn)定，生料分解效率提高，對(duì)煤質(zhì)變化的適應(yīng)性增強(qiáng)，窯的操作和控制變得容易。直觀表現(xiàn)為，熟料煤耗降低約2kg/t.cl，煤磨電耗有所降低。

（3）維修費(fèi)用降低

原棒式篦冷機(jī)的易損件更換頻繁，每年更換液壓缸、油管、推料棒、密封件、篦板、錘頭等部件的維修費(fèi)用約為100萬元。

改造后，步進(jìn)式篦冷機(jī)的維護(hù)次數(shù)及備件更換量極少，每年維修費(fèi)用＜10萬元，可節(jié)省維修費(fèi)用約90萬元/年。

（4）篦冷機(jī)電耗降低

改造后，通過優(yōu)化，降低了設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行功率，每噸熟料可節(jié)電約2.1kW·h。

（5）余熱發(fā)電量提高

改造后，可回收更多的熱量用于余熱發(fā)電和煤磨烘干，提高了熱回收效率。用于窯頭余熱發(fā)電的廢氣溫度提高，單位熟料的余熱發(fā)電量也相應(yīng)增加，噸熟料可增加2kW·h發(fā)電量，按照年生產(chǎn)熟料162萬噸計(jì)算，年可產(chǎn)生凈利129萬元。

（6）水泥磨工序電耗降低

改造后，出窯熟料經(jīng)過急冷，使熟料顆粒產(chǎn)生了大量裂紋，大大增加了熟料的易磨性，降低了水泥粉磨的電耗。

（7）熟料強(qiáng)度提高

改造前，熟料出窯以后，熟料顆粒晶型由β-C2S轉(zhuǎn)變?yōu)棣?C2S，體積膨脹10%，易造成熟料的粉化，同時(shí)，γ-C2S礦物無強(qiáng)度，會(huì)導(dǎo)致熟料質(zhì)量下降。改造后，篦冷機(jī)可快速急冷熟料，熟料液相大部分轉(zhuǎn)變成玻璃體，即使結(jié)晶也較以前冷卻時(shí)的結(jié)晶粒小，從而保證了熟料質(zhì)量。篦冷機(jī)改造后，熟料的早期強(qiáng)度明顯提高，3d抗壓強(qiáng)度可維持在30～31MPa左右。

（8）出窯熟料溫度降低

技改后，當(dāng)窯系統(tǒng)產(chǎn)量穩(wěn)定在5 000t/d時(shí)，出篦冷機(jī)熟料的溫度比技改前降低約40℃，間接降低了出水泥磨的水泥溫度，改善了水泥的物理性能。出窯熟料溫度降低后，設(shè)備的整體運(yùn)行工況環(huán)境有了明顯改善，為下游設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行提供了保障，也減少了因高溫環(huán)境發(fā)生的維修成本。

6 結(jié)語

隨著水泥工業(yè)的發(fā)展，水泥生產(chǎn)線逐漸大型化，單位生產(chǎn)成本相應(yīng)降低的同時(shí)，對(duì)水泥裝備的技術(shù)要求也越來越高，而篦冷機(jī)系統(tǒng)冷卻效能的發(fā)揮是影響熟料成本的主要因素。我公司通過對(duì)篦冷機(jī)進(jìn)行改造，解決了出窯熟料溫度過高、熱回收率低的問題，且各項(xiàng)指標(biāo)數(shù)值趨于優(yōu)化，有效降低了生產(chǎn)成本，達(dá)到了節(jié)能降耗的目的。