擋風墻在篦冷機中的應用

黃達通，劉登強，薛俊東

阿爾及利亞ZAHANA 4 500t/d 水泥熟料生產線燒成系統窯頭采用德國IKN 公司的Pendulum 篦冷機，篦冷機配備擋風墻用于提高篦冷機系統熱回收效率。本文主要對篦冷機擋風墻的結構、工作原理及其使用情況進行介紹，與業內同仁共享。ZAHANA水泥熟料生產線項目基本配置見表1。

表1 項目基本配置

1 擋風墻結構與工作原理

篦冷機擋風墻可將篦冷機熱回收區與冷卻區隔開，防止高溫氣體被窯頭風機抽出，有效提高篦冷機熱回收效率，降低篦冷機余熱風溫。

1.1 擋風墻結構

擋風墻由方形耐熱鋼管制成，呈多排布置，主管上有22 個φ20mm 的排風口，該排風口也被稱為Coanda噴嘴。擋風墻內部結構見圖1，Coanda噴嘴見圖2。擋風墻上部是中空軸，懸掛于篦冷機頂部，兩臺冷卻風機安裝在中空軸上，可隨軸旋轉。風機從中空軸的兩側鼓風，由Coanda噴嘴排出，用于冷卻擋風墻。冷卻風機參數見表2。中空軸兩端各有一個液壓缸驅動擋風墻旋轉，在與液壓缸相連接的軸上有一個氣動彈簧，由電磁閥控制充、放氣，液壓驅動機構見圖3。擋風墻在工作位置時，氣動彈簧會給其一個反向力，有大塊熟料推動擋風墻時，易產生角度變化；在擋風墻處于升起狀態時，氣動彈簧會給其一個同向力，以減小液壓系統的負荷；在擋風墻下降的過程中，氣動彈簧會自動放氣以避免液壓系統承受額外負荷。完成擋風墻安裝后，在擋風墻外部敷設耐火澆注料，防止溫度過高損壞內部耐熱鋼管道，耐火澆注料及擋風墻尺寸見圖2，擋風墻外部結構見圖4。中空軸的外套上裝有兩個限位器，用于限定擋風墻的工作區間，角位移傳感器則可以隨時顯示擋風墻當前的角度。

圖4 擋風墻外部結構

表2 冷卻風機參數

圖1 擋風墻內部結構

圖2 Coanda噴嘴

圖3 液壓驅動機構

1.2 擋風墻的安裝位置

擋風墻安裝在篦冷機第36 排篦板上方，位于第4 風室（見圖5），該位置是理論上篦冷機熱回收區與后續冷卻區之間的分界線。將擋風墻安裝于此處，既能滿足窯系統在滿負荷生產時所需的風量，又不會超過窯系統所需風量太多，否則會導致高溫風機拉風過大，造成熱量損失，且還會引起窯頭罩正壓，窯頭負壓難以控制。

圖5 擋風墻安裝位置

1.3 擋風墻工作原理

擋風墻操作有手動和自動兩種控制模式。

1.3.1 手動控制模式

在手動控制模式下，操作人員可在高、低限位器之間手動操作擋風墻。擋風墻下降時，氣動彈簧會先排空氣體，此操作既可在現場操作面板上進行，也可以在中控室完成。

1.3.2 自動控制模式

在自動控制模式下，擋風墻會在升降到偏移位后自動停泵。當擋風墻板到達偏移位置后，將被氣動彈簧抬起2°～4°，到達工作位。同時，氣動彈簧的壓縮空氣自動關閉，氣囊內保持0.6MPa的壓強。

在氣動彈簧完全驅動狀態下，若擋風墻仍無法到達工作位置，則將通過中空軸角位移傳感器發出信號，使氣動彈簧泄壓，并以液壓方式上升到高限位置，重新進入自動控制模式。隨后擋風墻再次下降到偏移位，氣動彈簧再次充氣，使擋風墻定位到工作位。如果擋風墻重復上述操作三次后，仍不能到達工作位，則需檢查氣動彈簧的壓強是否足夠（0.6MPa），檢查液壓系統是否存在管路漏油。

當角位移傳感器或氣動系統出現故障時，必須將擋風墻提升到上部限位并關閉自動模式。若電源發生故障時，應急電源應能確保擋風墻冷卻風機的運行。

1.3.3 大塊物料處理

當有大塊物料時，高于熟料冷卻篦床平面的大塊物料碰撞到擋風墻后，擋風墻會因受壓而被稍微抬起，引起角度變化，角位移傳感器檢測到角度變化后，擋風墻會自動提升。擋風墻在重新回到工作位置前，會在上限位保持一段時間（設定180s），保持的時間可以通過控制面板調節。

若在復位過程中，擋風墻在一段時間內不能到達偏移位置，則判定為“被未完全通過的熟料塊阻擋”，擋風墻會再次被抬起。若以上操作重復三次仍不能達到偏移位置時，擋風墻將保持在最高位置。出現這種情況后，需人工到現場檢查大塊物料是否已經通過，并適當調節擋風墻在上部限位的保持時間，然后重新啟動自動控制模式。擋風墻的參數設置見表3，擋風墻的工作位置見圖6，擋風墻大塊物料處理過程見圖7。

圖6 擋風墻的工作位置

圖7 擋風墻大塊物料處理過程

表3 擋風墻的參數設置

2 擋風墻的使用情況

2.1 擋風墻的投運條件

在回轉窯點火升溫階段和投料初期，不建議使用擋風墻，擋風墻應處于上限位，中空軸兩側的冷卻風機需開啟。當窯系統運行穩定后，擋風墻方可投入使用，但需做好投運前的準備工作。

回轉窯喂料量與篦冷機風量的對應關系見表4。當喂料量達280t/h 時，篦冷機風量已達到裝機總風量的90%，需關掉自動控制窯頭罩負壓的PID回路，適當加大高溫風機轉速，將窯頭負壓提高到-150Pa，開啟擋風墻。

表4 回轉窯喂料量與篦冷機風量的對應關系

2.2 擋風墻使用過程中出現的問題及解決辦法

在擋風墻使用過程中，有以下兩個常見問題：一是擋風墻投入初期，窯頭容易形成正壓；二是回轉窯突然止料時，窯頭負壓不好控制。窯頭微負壓由高溫風機控制，由窯頭排風機平衡，只有在保證窯內通風的情況下，才能用窯頭的一次風機自動調節窯頭負壓。如果在沒有保證窯內通風的情況下，強行用窯頭風機來保證窯頭罩負壓，則會造成窯頭罩內溫度過高，窯頭罩的使用壽命大大縮減，窯頭罩頂部的澆注料很快被燒掉，同時，也會使窯內形成還原氣氛，極易出現黃心熟料。

2.2.1 擋風墻啟動過程中易出現窯頭罩正壓

即使提前增加高溫風機轉速和窯頭負壓，也不能完全避免出現窯頭罩正壓的情況。當窯頭罩出現正壓時，首先應迅速減小第3 風室F6 風機開度，然后減小第2風室F5風機開度，最后調整第4風室F7風機。因為擋風墻位于第4風室第36排篦板上方，對應的是F7風機，但該風室大部分風量由窯頭風機排出，所以調節F7 風機風量變化不明顯。因第3 風室F6 風機風量大，調節后風量下降快，能使窯頭罩快速產生負壓，所以先調節第3 風室風量，再細調第2～4風室的風量，逐步把總風量分配到第2～4 風室風機上。在調節過程中應始終觀察窯尾氧含量的變化，保證窯尾氧含量不低于2.5%。因為需要用第1風室的風壓控制篦床的速度，所以對第1風室的風機不作調整。

最好在回轉窯喂料量達90%后使用擋風墻，如在低喂料量時使用，則會造成高溫風機相對拉風過大，“料少風多”會導致預熱器系統不穩定。擋風墻第一次啟動成功后，隨著回轉窯喂料量的增加，高溫風機轉速也會相應增加，而篦冷機增加的風量主要在第4風室之后，即可逐步用窯頭排風機控制窯頭負壓。

擋風墻投入使用后，離料床的高度只有200mm，雖然仍可通過窯頭排風機來控制窯頭負壓，但實際控制效果會下降很多。

2.2.2 突然止料時，窯頭正壓難以控制

窯操作系統配置有安全聯鎖，若觸發了窯止料聯鎖條件，窯速會自動下降到0.5r/min，篦冷機風量會自動降至喂料量為0t時的風量，分解爐會自動止火，窯尾排風機和高溫風機也會自動降速。為避免窯系統突然止料后，高溫風機降速，篦冷機風量降低相對滯后造成的影響，我們將擋風墻的提升同窯的止料進行了聯鎖，即，在窯止料條件觸發的同時，擋風墻會自動升起，并保持在最高位。這樣即可有效解決突然止料時，窯頭正壓難以控制的問題。

3 擋風墻應用效果

使用擋風墻后，窯系統二、三次風溫有了較大提升，熱回收效率提高，熱耗降低，篦冷機余熱風溫也隨之下降。擋風墻使用前后的參數對比見表5。

表5 擋風墻使用前后的參數對比

（1）節省燃料效果明顯。由于二、三次風溫的提高，窯頭及分解爐天然氣使用量明顯減少，每年可節省天然氣3 875 598m3。隨著篦冷機出口溫度的下降，窯頭熱交換器冷卻風機的轉速由40Hz 下降到35Hz，窯頭風機功率也由原來的178～181kW小幅波動下降到177kW 穩定運行。從月統計用電量比較，使用擋風墻后，節電效果并不明顯。

（2）擋風墻投入使用前，窯頭罩負壓的波動在-110～-20Pa 之間，投入使用后，擋風墻窯頭罩負壓波動范圍變小，基本穩定在-55～-45Pa。

（3）篦冷機內飛砂減少，可見度有所提高。

（4）擋風墻的使用，證明了窯頭負壓的形成是由高溫風機風量的調節控制來實現的。只要窯內出現結圈，窯尾縮口出現結皮增厚，或是分解爐下縮口結皮增厚，即可明顯看出窯頭負壓有所下降，窯內通風不良，需及時清理窯尾煙室、分解爐縮口等易結皮且不易發現的部位。