新型灰斗卸料鎖風閥的研發應用

魏振生，冀猛，單秀勇，魏陽

1 幾種常見灰斗卸料鎖風閥介紹

第三代篦冷機每段移動篦床下一般有2～4 個風室，每個風室下部均設有集料斗，也稱“灰斗”，用于收集篦床運行過程中，從篦縫掉落的熟料細粉。熟料細粉由灰斗下部的卸料鎖風閥卸入熟料輸送機運走[1]。常見的卸料鎖風閥有電動弧形閥、電動雙弧形重錘閥、氣動重錘翻板閥等，通過間歇性開關閥門實現卸料及鎖風功能。

1.1 電動弧形閥

電動弧形閥在卸料鎖風閥中的應用最為廣泛，占卸料鎖風閥總量的90%以上，如圖1所示。我國于“七五”期間從美國富樂（Fuller）公司引進了電動弧形閥[2]，廣泛應用于我國自行設計、制造的各種形式的第三代篦冷機。迄今為止，我國尚有近千臺第三代篦冷機在使用電動弧形閥。按2 500t/d水泥生產線每臺篦冷機配置9 個灰斗，5 000t/d 水泥生產線每臺篦冷機配置14～16個灰斗，每個灰斗安裝1臺電動弧形閥估算，目前仍有逾萬臺電動弧形閥在使用中。電動弧形閥的技術參數如表1所示。

圖1 電動弧形閥

表1 電動弧形閥的技術參數

（1）電動弧形閥的工作原理

灰斗殼體側壁上一般安裝有上、下兩個料位計，如圖2所示。當灰斗中的熟料細粉累積觸碰到上部料位計時，電動弧形閥板接受指令打開并卸料，當灰斗中的熟料細粉降至下部料位計時，電動弧形閥板接受指令關閉并鎖風，停止卸料。下部料位計與弧形閥板之間始終存有熟料細粉，熟料細粉聚積并形成具有一定高度的料柱，此料柱具有“料封”鎖風功能，可阻斷灰斗上部風室中的正壓氣體與篦下風室中的氣體相接觸。灰斗常用料位計參數與性能如表2所示。

圖2 電動弧形閥結構示意

表2 灰斗常用料位計參數與性能

（2）電動弧形閥使用過程中存在的問題

當窯系統工況波動或篦板間隙變大時，部分“紅料”會從篦床掉落到風室下部的灰斗中。不論是國產射頻導納料位計，還是進口AMETEK 料位計，均會因“紅料”及攜帶熟料細粉的正壓風沖擊探頭而損壞，使電動弧形閥門失去“料封”作用，水泥廠只能按照一定的時間間隔進行“定時放料”。而從篦床掉落的熟料細粉量與篦縫設計結構、篦縫大小、風室面積、熟料結粒情況等多種因素有關，導致放料量與篦床漏料量難以相適應，放料時間難以準確掌握。若采取“定時放料”模式，則會造成有的灰斗中的料粉未放空，而有的灰斗中的料粉早已排空卻仍處于放料狀態。

眾所周知，熟料拉鏈機地坑工作環境惡劣，粉塵量大，環境溫度高。為避免細粉堆積過多頂壞移動篦床以及盡量減少巡檢人員進入地坑放料的次數，工作人員進入地坑放料時，常采用一次放空的方式。而灰斗中的料粉排空后，將很難再及時累積到“料封”高度，進而導致弧形閥失去了“料封”功能。帶壓氣流與粉塵通過內筒與弧板間隙的流動速度增加，直接沖刷閥門下部溜子。電動弧形閥下部溜子受長期沖刷形成孔洞，需反復維修焊補，其磨損修復實際狀態如圖3所示。

圖3 電動弧形閥下部溜子磨損修復實際狀態

（3）電動弧形閥鎖風不嚴的危害

環境空氣經篦下各風室的冷卻風機加壓后鼓入風室，向上穿過篦板與熟料進行熱交換，由于加壓氣流從灰斗部分“逃逸”，導致熟料冷卻效果變差，電耗增加。電動弧形閥鎖風不嚴，使得風室內風壓無法達到設計值，冷風穿透熟料料層的厚度減小，熱交換能力減弱。

另外，電動弧形閥長期鎖風不嚴，造成熟料拉鏈機地坑工作環境惡劣，影響員工身體健康，工廠也無法達到環保要求。同時，電動弧形閥鎖風不嚴導致弧形閥內筒、弧形板、下部溜子、殼體等部分受長期沖刷而產生磨損，故障頻發，嚴重制約了第三代篦冷機整體性能的發揮。

1.2 電動雙弧形重錘閥

針對電動弧形閥使用中存在的問題，有些制造商對其結構進行了改進，優化改進后的電動雙弧形重錘閥如圖4所示。

圖4 電動雙弧形重錘閥

（1）電動雙弧形重錘閥卸料原理

電動雙弧形重錘閥內部設有上、下兩個弧形閥板，閥板焊在各自的回轉軸上，閥板上方各布置一個方形內筒，內筒與弧形閥板之間留有間隙?；剞D軸放置在殼體外側兩端密封套上，軸的一端配有重錘，另一端安裝有撥桿。另外，系統配有上、下兩個行星擺線減速機，每個行星擺線減速機輸出軸端均設有曲柄，一個曲柄撥動對應回轉軸撥桿，打開閥板，卸下物料后，閥板靠重錘的重力關閉；約2s后，另一個曲柄撥動另一個撥桿，打開另一個閥板，再次卸料。電動雙弧形重錘閥結構示意如圖5所示。

（2）電動雙弧形重錘閥使用過程中存在的問題

用普通鋼材制造的內筒與閥板，若長期在帶壓氣流與熟料細粉沖刷環境中工作，則內筒四個角將會先出現磨損，然后逐漸向四周擴展，導致內筒與閥板之間的縫隙越磨越大，風室中攜帶粉塵的帶壓氣流將由此縫隙快速進入下部溜子。另外，2個回轉軸穿過閥體支承在外部4個密封套上，風室下部的帶壓氣流與熟料細粉通過軸與密封套之間的間隙，長期沖刷盤根導致密封失效，粉塵快速泄漏到外部環境中，影響地坑環境。

由圖5 可知，電動雙弧形重錘閥相當于上、下串聯的兩個電動弧形閥，利用控制時間間隔實現卸料鎖風，其不具備“料封”功能，所以無法實現良好的卸料鎖風效果。

圖5 電動雙弧形重錘閥結構示意

1.3 氣動重錘翻板閥

上世紀90 年代，我國從丹麥史密斯公司引進了第三代Coolax篦冷機，其灰斗配有氣動重錘翻板閥，如圖6所示。

圖6 氣動重錘翻板閥

（1）氣動重錘翻板閥工作原理

灰斗上僅布置一個上料位計，當熟料細粉在灰斗中累積觸碰到上料位計時，電磁換向閥控制氣缸拉動重錘上升，閥門迅速打開卸料；完成卸料后，電磁換向閥換向，同時閥門靠重錘的重力作用迅速關閉，此時依靠料位計與翻板之間的料柱“料封”功能，能夠實現卸料鎖風。氣動重錘翻板閥結構示意如圖7所示。

圖7 氣動重錘翻板閥結構示意

（2）氣動重錘翻板閥使用過程中存在的問題

灰斗卸料鎖風控制系統剛投入運行時，效果較好。運行一段時間后，料位計損壞，灰斗放料由“料封”自動放料模式改為在中控室“定時放料”模式。又運行一段時間后，隨著篦板間隙變大，篦床漏料量增加，由于中控放料不及時，篦床漏料量大于放料量，熟料細粉在風室內逐漸累積，易頂壞移動篦床。為保證篦冷機的正常運行，只能將灰斗放料改為“現場人工放料”模式。

1.4 三種常見灰斗卸料鎖風閥的對比

（1）為了保證電動弧形閥閥板轉動靈活、不卡閥板，設計時在內筒與弧形閥板之間預留了5～20mm 的間隙。當料位計失效后，電動弧形閥即失去了“料封”鎖風功能。

（2）電動雙弧形重錘閥不具備“料封”鎖風功能，采用調整時間間隔來控制卸料量，卸料鎖風效果更差。

（3）氣動重錘翻板閥具有開閉快、閥板與內筒接觸嚴密等優點，開始運行時，采用“料封”鎖風自動放料模式，效果很好；但當料位計失效，采用“定時放料”模式放料后，若放料不及時，則會存在重大設備安全隱患；采取現場人工放料模式，無法達到卸料鎖風目的。

2 雙層氣動閘板閥的開發

基于常見灰斗卸料鎖風閥的使用現狀，我公司致力開發設計了一種新型的雙層氣動閘板閥，徹底解決了傳統灰斗閥門內外漏風的問題。

2.1 雙層氣動閘板閥設計思路

（1）嚴格控制閥板與閥體向“零間隙”靠近，達到即使灰斗內沒有料柱也不漏風的目的。

（2）在灰斗受熱、向下微小熱膨脹的情況下，閥體能夠自動吸收、補償、抵抗熱膨脹量。

（3）繼續采用“料封”的鎖風方式。

（4）遇≤25mm高溫熟料顆粒時，閥板不卡澀。

新型雙層氣動閘板閥結構如圖8所示。

圖8 雙層氣動閘板閥

2.2 雙層氣動閘板閥的特點

（1）閥板與閥體之間趨于“零間隙”配合，閥板采用SUS316L不銹鋼制作，既耐熱又耐磨。閥體采用ZG42CrMo 低合金結構鑄鋼制作，具有足夠的強度，能夠確保在灰斗受熱、向下微小熱膨脹的情況下，不會造成閥體變形而卡住閥板。

（2）布置一個“中間箱”，確保每個灰斗放料之后，灰斗中存有部分熟料細粉，中間箱中也存有部分熟料細粉，實現兩層“料封”。

（3）布置上、下兩個氣動閘板閥，放料時，一個閘板迅速打開，放料后迅速關閉，數十秒后，另一個閘板迅速打開，周而復始放料，每次僅迅速放掉中間箱內的熟料細粉。

（4）電磁換向閥的壓縮空氣不外排，將壓縮空氣返回至閘板腔內反吹閘板，防止閘板表面粘料。同時，將滑道內隱藏堆積的熟料細粉迅速吹到閥門出口，既可防止細粉外漏，又可減小氣缸推力。

（5）閥體內部設計了熟料顆粒的“逃逸”機構，該機構利用氣動傳動響應迅速的特性，防止熟料顆粒等物料卡堵閘板。

（6）對灰斗進行編號和分組，通過PLC 觸摸屏控制箱，可在線調整每個灰斗閘板的打開時間、放料時間、關閉時間以及灰斗閘板動作的等待間隔或各組灰斗動作的等待間隔時間。

雙層氣動閘板閥防塵耐高溫，配套的電氣控制系統采用特制二位五通電磁換向截止閥執行機構，可實現集“自動化、零故障、零泄漏、免維護”于一體的灰斗卸料鎖風閥自動控制功能。

2.3 雙層氣動閘板閥的應用

（1）用于第三代篦冷機灰斗

雙層氣動閘板閥可替代傳統灰斗電動弧形閥，實現鎖風卸料功能，保持篦下各風室內的壓力，改善熟料冷卻效果，如圖9 所示。截至目前，該閥門已在近百條生產線上成功應用。

圖9 雙層氣動閘板閥用于篦冷機灰斗

（2）用于窯頭除塵器灰斗

窯頭除塵器灰斗和拉鏈機之間的回轉卸料器磨損較快，易導致漏風漏料，且維修頻繁，環保不達標。這主要是由于窯頭除塵器下部灰斗內熟料細粉量少，較細而堅硬的熟料顆粒磨蝕性強，較細熟料顆粒填充在長期運行的回轉卸料器轉子與殼體內壁的間隙中，導致轉子與殼體長期被熟料細粉研磨，轉子外徑逐漸變小，殼體內徑逐漸變大，二者之間的縫隙越來越大。隨著縫隙的增大，冷風從回轉卸料器下部被灰斗內部負壓吸入除塵器內，造成內漏，而此時，回轉卸料器外觀尚完整。隨著運行時間的延長，回轉卸料器殼體或端蓋等處被磨漏，環境空氣從磨出的孔洞被吸入到除塵器灰斗內，灰斗內的粉塵從孔洞泄露到外部環境中，造成環境污染，回轉卸料器維修頻繁。維修的方法主要有：在殼體或端蓋外表包敷鋼板焊接，粘結耐磨陶瓷片，粘結橡膠板等。外表包敷鋼板焊接后的回轉卸料器如圖10所示。

圖10 外表包敷鋼板焊接后的回轉卸料器

回轉卸料器的殼體或端蓋磨出的孔洞經外表包敷后，表面看似不漏，但經現場測量發現，轉子與殼體內壁的實際縫隙已超出設計間隙的20～30倍，內漏一直“隱藏”在殼體內部。為窯頭除塵器灰斗換裝雙層氣動閘板閥后，較好地解決了內漏問題，如圖11所示。

圖11 雙層氣動閘板閥用于窯頭除塵器灰斗

3 結語

（1）水泥廠目前仍在使用的第三代篦冷機有近千臺，雙層氣動閘板閥的應用為第三代篦冷機灰斗的改造提供了實用可靠的解決方案。

（2）新型干法水泥熟料生產線普遍選用篦式冷卻機，一般都會配置1臺窯頭除塵器以處理多余廢氣。目前，窯頭除塵器灰斗普遍使用回轉卸料器等傳統閥門，而這些傳統閥門不能滿足清潔發展要求，達不到“六不漏”標準。窯頭除塵器灰斗使用雙層氣動閘板閥，可以很好地解決漏風和漏料問題。

（3）輥磨制備生料常采用單風機工藝布置的袋收塵器，其承擔著全部成品的收集功能。袋收塵器灰斗的運行負壓較高，成品通過量較大，灰斗內外漏風現象比較普遍，雙層氣動閘板閥在此領域將有較廣闊的應用前景。

（4）灰斗漏風是新型干法水泥生產過程中的常見問題。灰斗漏風遍及各類除塵器下部、增濕塔下部、SP爐下部、AQC爐下部、旋風除塵下部、輥磨吐渣溜子等諸多部位，雙層氣動閘板閥將成為水泥工廠治理灰斗漏風的一種有效設備。