5 000t/d 水泥熟料生產線篦冷機的升級改造

侯振光，許龍旭，劉占元，鞠召會，胡必珍

1 項目概況及改造目標

安徽省廣德市某5 000t/d水泥熟料生產線由天津水泥工業設計研究院有限公司（以下簡稱“天津水泥院”）設計，于2004 年11 月正式投產。該生產線燒成系統窯頭使用了TC-12102型第三代往復推動式篦冷機，有效篦床面積為119.3m2。隨著生產線運行產量的不斷提升，原篦冷機已難以滿足生產需求，主要存在如下問題：

（1）出篦冷機熟料溫度高（150℃～180℃），不能滿足長膠帶輸送機輸送熟料的要求。

（2）風室竄風嚴重，風機運行效率低，工序電耗高（＞6.5kW·h/t.cl）。

（3）篦床漏料嚴重，鎖風閥故障多，影響設備安全運行。

（4）篦板、錘頭等使用壽命短，更換維護工作量大。

為徹底解決以上問題，擬對現有篦冷機系統進行全面升級改造，改造目標確定如下：

（1）篦冷機熟料處理量滿足產量要求，出篦冷機熟料溫度≤65℃+環境溫度。

（2）二次風溫≥1 150℃，三次風溫≥950℃。

（3）篦冷機整機電耗≤5.9kW·h/t.cl。

（4）提高設備運行可靠性、穩定性。

2 改造方案

將現有篦冷機全部拆除，安裝一臺由天津水泥院自主研發設計生產的Sinowalk 型第四代帶中置輥式破碎機的篦冷機；拆除現有液壓裝置及冷卻風機群，配置新的液壓系統和冷卻風機系統；同步優化升級與篦冷機相連接的熱風管道、溜子及槽式輸送機。

2.1 設備選型

2.1.1 篦冷機選型

Sinowalk 型第四代帶中置輥式破碎機的篦冷機篦床由多個緊湊且標準化的模塊組成，具有用風量少、篦床磨損少、輸送效率高、熱回收效率高、運轉率高、冷卻效果好、安裝時間短等優點。篦床的列與列之間配有精密鑄造的特殊迷宮式密封，可保證篦床不漏料。輥式破碎機由耐高溫（600℃～700℃）特殊材料制成，使用壽命長，能耗低；其置于篦冷機的中部位置，可將溫度較高的大塊熟料或窯皮在篦冷機中部破碎，更有利于熟料的冷卻及余熱的回收。篦床是篦冷機的核心部件，其有效面積的確定應根據熟料冷卻量、海拔高度等因素綜合考慮，其列數與長度應根據原有廠房的空間位置、要求的篦床面積、回轉窯的直徑等條件來確定。改造后的篦冷機技術參數如表1所示。

表1 改造后的篦冷機技術參數

2.1.2 風機選型

根據出窯熟料溫度及熟料在篦床位置的不同，將篦冷機下殼體劃分為8個風室，冷卻風機需要為各個風室供風，以保證冷風與熟料之間有較好的換熱效率。

冷卻風機的選型直接影響篦冷機的冷卻性能，需兼顧風量、風壓與效率。冷卻風機的風量取決于篦冷機各風室的面積和風速，風壓則取決于管道阻力、篦床阻力及料層阻力。在篦冷機的高溫區，為保證熟料的急冷效果和窯、爐供風所需的風量，冷卻風機一般會全負荷運行，因此本項目篦冷機1～4風室所配的冷卻風機采用閥門控制；而5～8風室所配的冷卻風機的風量、風壓需隨窯況、窯產量及料層厚度不斷調整，因此選用變頻控制，以降低風機的電耗。冷卻風機的旋轉方向根據冷卻風機出風口與篦冷機進風口的相對高度合理選擇，保證冷卻風機至篦冷機的風管平順過渡，以降低冷卻風管的阻力，進而降低風機的電耗。

2.2 工藝設計

2.2.1 篦冷機布置

中置輥式破碎機將篦冷機分為前、后兩段（一段和二段），一、二段的設備高差～3.4m。受現有窯頭平臺標高及現有窯門罩設備高度的限制，二段的篦冷機需置于現有車間±0.000m 平面以下。確定篦冷機一、二段的底標高時，需要兼顧減少對原結構的拆改、保證結構的安全性、篦冷機與上下游設備對接的合理性、改造的經濟性等因素。

通過綜合考慮，本項目中新篦冷機一段標高確定為1.954m，二段標高確定為-1.446m。新篦冷機一段的基礎利用原篦冷機的混凝土基礎及鋼底框架；二段的基礎則以原有地坑壁為結構支撐，僅新增部分支撐鋼梁，節約了土建投資。篦冷機二段部分需將原±0.000m平面基礎改造為-1.446m地坑基礎；輥式破碎機采用混凝土梁柱結構支撐。新篦冷機主剖面圖如圖1所示。

圖1 新篦冷機主剖面圖

合理設計篦冷機上殼體至余熱鍋爐前的沉降室、煤磨及窯頭廢氣收塵器的取風口尺寸及位置，保證各取風口處的風量及溫度滿足系統要求，確保篦冷機取風口處的殼體與現有結構的梁柱互不干涉，并留出足夠的安裝空間。出篦冷機的熱風管道設計角度應≥40°，防止風管內部積灰。

在篦冷機一段端部的“馬蹄口”位置設置空氣炮并定期噴吹，清理固定篦床及“馬蹄口”斜坡上的積料，防止形成“雪人”；同時，專門設置推“雪人”裝置，以解決窯內易出現“雪人”的問題。推“雪人”裝置的尾端應頂至現有1號窯墩的側面，以抵抗推“雪人”過程中設備產生的水平力。

在冷卻風機不停機的情況下，維修人員可通過篦冷機下殼體的雙重檢修門進入篦冷機風室內進行巡檢維修，從而確保篦冷機在一般故障情況下仍可正常生產。本項目中篦冷機的雙重檢修門集中布置于冷卻風機群的另一側，便于現場維修人員的日常集中巡檢。篦冷機一段新增加的鋼平臺大小、二段新增加的地坑大小均滿足設備本體周邊有≥800mm 的巡檢空間，同時兼顧了巡檢區域通行的連貫性及現場的美觀性。

2.2.2 冷卻風機布置

改造后，冷卻風機群布置在篦冷機沿料流方向的左側（F1B～F9）及前端（F1A），便于集中管理；風機上下交錯布置，每臺冷卻風機周邊均留有≥800mm 的巡檢空間。盡量保證冷卻風機至篦冷機的風管呈直線布置，以減少風管阻力；冷卻風機的混凝土基礎全部重新澆筑，冷卻風機全部用地腳螺栓固定；風機進風口全部設置消聲器，以減少風機產生的噪聲。本項目輥式破碎機設有兩臺冷卻風機（一用一備），防止因冷卻風機故障造成輥式破碎機的高溫損壞，保證了輥式破碎機的使用壽命及系統運行的連續性。

圖2 為新篦冷機平面布置圖。從圖2 可以看出，所有風機至篦冷機的冷卻風管，除F2風機的冷卻風管稍有彎曲外，其余冷卻風管均呈直線正對布置。圖3為一、二段風機剖面圖。從圖3可以看出，所有風機出口均有足夠的過渡段，且冷卻風管均在＞20°的拐彎處設置了彎頭，確保風管內部氣流通暢；冷卻風管在過渡段后的尺寸與篦冷機進風口相同，以保證風管內有較低的風速。以上兩點設計保證了各冷卻風管內的阻力較低，更利于降低風機的電耗。

圖2 新篦冷機平面布置圖

圖3 一、二段風機剖面圖

2.2.3 液壓油站布置

液壓油站一般要求設置在相對潔凈的空間內，以保證液壓系統運轉的穩定性，進而提高篦冷機系統的可靠性。如圖2所示，原有篦冷機的液壓油站房正好位于新篦冷機一段尾部、二段開始的位置，且有足夠空間，因此考慮將新液壓裝置仍放置于原有廠房內，可保證油站至一、二段液壓油管的距離相近（即管道壓力損失相近）。本著就近、安全的原則，新增的篦冷機推“雪人”裝置的液壓站放置于1 號窯墩下方。篦冷機液壓油管出液壓油站廠房后，一段鋪設于新增鋼平臺下方，并從篦冷機的底部進入各風室；二段跨過雙重檢修門，從篦冷機的側面進入各風室，鋪設時要保證油管走向及布置的通暢、美觀。液壓油站及輥式破碎機的控制柜布置于液壓油站廠房內，可保證控制柜處于相對潔凈的工作環境中，提高設備運行穩定性及使用壽命。

2.2.4 其他工藝布置

改造后的新篦冷機不同于原第三代篦冷機，其各風室下部無灰斗放料裝置，僅在最尾端設置卸料口，因此將現有的槽式輸送機尾部縮短了31m，以進一步降低電耗。

考慮到出篦冷機的熟料量隨窯況的變化而波動，熟料量過多會造成槽式輸送機輸送斗過滿而溢料，導致揚塵并增加清掃工作量，因此將篦冷機尾部的卸料溜子分成兩路設置。

改造后，新篦冷機尾部卸料口比原篦冷機前移～1m，因此將現有的篦冷機尾部收塵風管前移至新篦冷機的卸料點處，以保證此處不產生揚塵。

重新設計窯頭密封裝置下的回灰溜子，并保證溜子角度≥45°，防止出現積灰造成堵塞。

3 改造效果

改造前后的生產技術指標對比見表2，改造后的中控畫面見圖4。篦冷機系統改造后，熟料冷卻效果明顯改善，出篦冷機熟料溫度大幅降低，二、三次風溫提高，標準煤耗及電耗降低，噸熟料發電量增加，設備運行穩定性提高，維修及備件成本顯著降低。車間干凈整齊，無揚灰現象，設備四周的巡檢空間明亮、寬敞。

表2 改造前后的生產技術指標對比

圖4 改造后的中控畫面

改造后，窯系統產量平均提高了214t/d，全年多生產熟料6.42萬噸，節約標準煤5 878t/年，節電175.4×104kW·h/年，全年增加發電量265.48×104kW·h，每年為企業帶來直接經濟效益約1 400 萬元。本技改項目達到了預期效果，經濟效益顯著，值得在國內同規格水泥熟料生產線篦冷機改造項目中推廣。