本文著重就控制流篦冷機(jī)有關(guān)風(fēng)量配置方面的問(wèn)題給予討論，為解決篦冷機(jī)使用過(guò)程中存在的問(wèn)題提供思路。

 

    1 風(fēng)量配置與溫度間的關(guān)系

 

　　提高二次風(fēng)和三次風(fēng)溫度，提高煤粉的燃燒效率，縮短火焰長(zhǎng)度，從而提高燒成帶溫度，即提高出窯熟料溫度。事實(shí)上從熱交換的角度考慮，在篦冷機(jī)內(nèi)風(fēng)量一定時(shí)，熟料和冷風(fēng)的熱交換，應(yīng)盡可能增加熱交換時(shí)間和熱交換面積，因此采用厚料層操作是提高篦冷機(jī)換熱效率的基礎(chǔ)。假定熟料溫度只是位置x的函數(shù)，這樣整個(gè)問(wèn)題可簡(jiǎn)化為一維問(wèn)題求解，篦冷機(jī)冷卻物料的過(guò)程可以近似地用下面的數(shù)學(xué)公式來(lái)描述。

 

　　

　　

 

    式中t0——為冷卻空氣溫度，即室溫；

    ω——為在x處單位時(shí)間，單位面積上的通風(fēng)量。

    B——為篦床在x處的有效冷卻寬度。

    K——與傳熱系數(shù)有關(guān)的比例常數(shù)。

    C——為熟料比熱。

    A——為窯單位時(shí)間熟料產(chǎn)量。

    

　　根據(jù)上述公式計(jì)算5000t/d的新型干法水泥生產(chǎn)線采用推動(dòng)式篦冷機(jī)的溫度分布狀況，表1為篦冷機(jī)的風(fēng)量配置情況，表2為計(jì)算結(jié)果，

　　

　　表1為篦冷機(jī)的風(fēng)量配置情況

 

　　

 

　　

 

　　從表2中可以看出熟料溫度在第一段下降速度最快，同時(shí)一段的溫度最高，而第三代篦冷機(jī)大部分采用一段為二次風(fēng)和三次風(fēng)的來(lái)源地，這樣有利于提高二次風(fēng)和三次風(fēng)溫度，而剩余的熱量得利用，現(xiàn)在普遍存在有兩種方式分別為：一段取風(fēng)和二段取風(fēng)。從理論計(jì)算可知，一段取風(fēng)顯然更經(jīng)濟(jì)。

 

　　上述計(jì)算是依照出窯熟料溫度1300℃計(jì)算的，由此可知，第二段的高溫氣體，與第三段的低溫氣體，采用梯級(jí)利用的方式，即高溫二段氣體用于產(chǎn)生過(guò)熱蒸汽，而低溫的第三段廢氣用于加熱水，或者在低溫段提高蒸汽溫度。為雙壓系統(tǒng)鍋爐的運(yùn)行創(chuàng)造了客觀條件。

 

　　根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果，為了充分利用篦冷機(jī)的余熱，余熱發(fā)電應(yīng)該采用雙壓汽輪機(jī)，因?yàn)殡p壓系統(tǒng)可使相對(duì)高溫?zé)嵩串a(chǎn)生較高參數(shù)的蒸汽，使相對(duì)低溫?zé)嵩?(100～210℃煙氣) 產(chǎn)生較低參數(shù)的蒸汽，使能量分布優(yōu)化，系統(tǒng)充分吸收低參數(shù)熱量，發(fā)出更多的電能。對(duì)于火力發(fā)電，為了提高熱力循環(huán)系統(tǒng)效率，一般應(yīng)盡量提高主蒸汽參數(shù)，而對(duì)于水泥窯純低溫余熱發(fā)電，主蒸汽參數(shù)的選取取決于水泥窯排放廢氣的溫度，應(yīng)盡可能接近廢氣溫度，考慮傳熱溫差和受熱面的經(jīng)濟(jì)性，一般有10～15℃的溫差。而主蒸汽壓力的選取則要多方面斟酌，例如某項(xiàng)目選取l.7MPa，330℃，對(duì)于l.7MPa的主蒸汽，其飽和溫度為204℃，因換熱溫差的存在，煙氣產(chǎn)生主蒸汽后，余熱鍋爐排出煙氣溫度在210℃以上，主蒸汽壓力選擇得越高，產(chǎn)生主蒸汽后的煙氣排出溫度越高。這樣主蒸汽壓力的選取，對(duì)210℃以下煙氣余熱利用有重大影響。這對(duì)于窯尾預(yù)熱器(SP)是合適的，因?yàn)?10℃左右以下的煙氣熱量還要用于原料烘干。但對(duì)于窯頭篦冷機(jī)(AQC)來(lái)說(shuō)，是不經(jīng)濟(jì)的，因?yàn)?10℃以下的熱量排放掉，不僅造成能源浪費(fèi)，還對(duì)環(huán)境產(chǎn)生了熱污染。根據(jù)我國(guó)的實(shí)際情況及技術(shù)水平，AQC的排氣溫度在90～100℃是合適的，這樣造成100～200℃之間熱量的利用成為問(wèn)題，根據(jù)分析這部分熱量占總廢熱量的17％～20％。為了有效地利用這部分熱量，采用雙壓系統(tǒng)，高壓主蒸汽(參數(shù)為1.7MPa，330℃)吸收350℃以上的煙氣熱量，低壓系統(tǒng)蒸汽(參數(shù)為0.45MPa，165℃)可以吸收l(shuí)00～210℃之間的煙氣熱量。

 

　　當(dāng)然，為盡可能利用余熱，提高余熱利用率，也可以再設(shè)置一級(jí)或多級(jí)壓力，通過(guò)定量分析計(jì)算，對(duì)上述余熱，使用三壓后，只比雙壓多發(fā)幾十千瓦電，而系統(tǒng)造價(jià)卻要增加一百多萬(wàn)元，技術(shù)經(jīng)濟(jì)性較差，系統(tǒng)會(huì)更復(fù)雜。同理，多壓的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性更差。因此，對(duì)水泥廠中低溫余熱來(lái)說(shuō)，雙壓技術(shù)是比較合適的。

 

    2 風(fēng)量配置與熱效率的關(guān)系

 

    2.1篦冷機(jī)熱效率的計(jì)算

 

　　第三代推動(dòng)式篦冷機(jī)采用空氣梁供風(fēng)技術(shù)提高了篦冷機(jī)的熱效率，減少了單位熟料的用風(fēng)量 ,二次風(fēng)溫和三次風(fēng)溫均有所提高，這對(duì)窯系統(tǒng)的燃料燃燒產(chǎn)生很大的影響，同時(shí)也優(yōu)化了篦冷機(jī)本身的性能。要保證篦冷機(jī)的正常運(yùn)行并發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)，節(jié)省能耗，必須根據(jù)不同的情況和特點(diǎn)需要進(jìn)行合理的配風(fēng),而配風(fēng)設(shè)計(jì)需以篦冷機(jī)的熱平衡計(jì)算為依據(jù) ,表3是根據(jù)某5000t/d新型干法水泥生產(chǎn)線的篦冷機(jī)，假定篦冷機(jī)表面散熱固定時(shí)的熱平衡計(jì)算表，其中單位冷卻風(fēng)量為1.02Nm3/㎏熟料，計(jì)算出的篦冷機(jī)效率為83.9%。

 

　　表3   5000t/d新型干法水泥生產(chǎn)線的篦冷機(jī)熱平衡計(jì)算

 

　　

　　

 

 

　　表4為單位熟料配風(fēng)量為1.25 Nm3/㎏時(shí)的篦冷機(jī)熱平衡計(jì)算過(guò)程，此時(shí)的篦冷機(jī)計(jì)算的熱效率為82%，對(duì)比表3可以發(fā)現(xiàn)，配風(fēng)量的變化很小，因此只考慮調(diào)整二次風(fēng)溫度和三次風(fēng)溫度，結(jié)果表明，篦冷機(jī)的冷卻效率卻降低很快。而實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中配風(fēng)量的變化不僅會(huì)降低二次風(fēng)和三次風(fēng)的溫度，更重要的是增加排風(fēng)量從而攜帶更多的熱量進(jìn)入大氣，造成熱量損失變大和風(fēng)機(jī)排風(fēng)量增大電耗增加。

   

   　2.2 生產(chǎn)例證

 

　　實(shí)際生產(chǎn)情況也證明了上述理論計(jì)算的正確性，表5所示為篦冷機(jī)改造前后的參數(shù)變化，表6為改造獲得的結(jié)果，從表5可以看出，改造后冷卻風(fēng)機(jī)的風(fēng)量，風(fēng)機(jī)功率以及風(fēng)壓，較改造前都有一定程度的增加，風(fēng)量的配置增加較少，而表6的結(jié)果表明： 篦冷機(jī)系統(tǒng)總風(fēng)量與推算的數(shù)值相差不大； 出篦冷機(jī)熟料溫度也接近推算的數(shù)值。而窯的二次風(fēng)溫比原來(lái)的平均900℃提高了將近200℃，冷卻機(jī)出口風(fēng)溫下降90℃。

 

　　2.3 第四代篦冷機(jī)

 

　　篦冷機(jī)冷卻效果的提高應(yīng)該是一個(gè)綜合指標(biāo)，第三代和第四代篦冷機(jī)已進(jìn)步到把篦冷機(jī)的綜合指標(biāo)作為評(píng)價(jià)指標(biāo)。正常運(yùn)轉(zhuǎn)的篦冷機(jī)，其產(chǎn)量、二次風(fēng)溫、三次風(fēng)溫、廢氣溫度、出料溫度等指標(biāo)應(yīng)該是都處于正常狀態(tài), 過(guò)分強(qiáng)調(diào)某一個(gè)指標(biāo)，而忽視其他指標(biāo)是不科學(xué)的。冀東磐石水泥公司3 000t/d第四代篦冷機(jī)出現(xiàn)廢氣溫度高和出料溫度高等現(xiàn)象, 其原因就是篦冷機(jī)本身不平衡所致。改進(jìn)措施: 優(yōu)化配料和系統(tǒng)操作, 改善熟料粒度；提高風(fēng)量, 尾部風(fēng)室增加風(fēng)機(jī), 且將尾部篦板上的調(diào)節(jié)閥都摘掉, 增大風(fēng)量。因此采用第四代篦冷機(jī)能夠全面實(shí)現(xiàn)熟料冷卻的較多目標(biāo)，這與第三代推動(dòng)式篦冷機(jī)有了根本區(qū)別。

 

　　上世紀(jì)90年代末出現(xiàn)的SF交叉棒式篦冷機(jī), 改變了傳統(tǒng)的推動(dòng)篦板推料的概念, 利用篦上往復(fù)運(yùn)動(dòng)的交叉棒來(lái)輸送熟料, 使篦冷機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化、 固定的篦板便于密封, 熟料對(duì)篦板的磨蝕量小, 沒(méi)有漏料,篦下不需設(shè)置拉鏈機(jī), 降低了篦冷機(jī)的高度, SF交叉棒式篦冷機(jī)的另一特點(diǎn)是每塊篦板下設(shè)置機(jī)械氣流調(diào)節(jié)器(MFR) (圖1) , 該調(diào)節(jié)器的原理是根據(jù)料層上不同部位的顆粒大小不均和料層厚度不均造成氣體透過(guò)料層不均時(shí), 機(jī)械氣流調(diào)節(jié)器根據(jù)阻力大小來(lái)調(diào)節(jié), 自動(dòng)調(diào)節(jié)閥板的角度, 從而確保氣流透過(guò)料層, 使料層上的熟料得以冷卻, 由于每一塊篦板下面均設(shè)置機(jī)械氣流調(diào)節(jié)器, 其控制范圍可以準(zhǔn)確到每一塊篦板的面積, 使冷風(fēng)能夠均勻地透過(guò)每一塊篦板上的料層, 從而確保整個(gè)篦床面上熟料冷卻均勻。

 

 

　　圖１　　機(jī)械氣流調(diào)節(jié)器(MFR)

 

　　

 

　　第三代篦冷機(jī)的配風(fēng)原則是 “高風(fēng)壓, 低風(fēng)量”入料口區(qū)的最高風(fēng)壓達(dá)到11 000Pa~12 000Pa左右而第四代篦冷機(jī)入料口區(qū)最高風(fēng)壓是在9500Pa。魚(yú)峰水泥廠2 000t/d型第四代篦冷機(jī), 正常工作風(fēng)壓在7 000Pa~7 500Pa。 2 500t/d型和3 000t/d型第四代篦冷機(jī)的風(fēng)機(jī)參數(shù)

見(jiàn)表7。

 

 

　　

 　　

　　

　　由于第四代篦冷機(jī)采用了推動(dòng)棒和模塊化設(shè)計(jì)等等方面的改進(jìn)措施，使原來(lái)第三代篦冷機(jī)中冷風(fēng)通過(guò)粗顆粒熟料層的風(fēng)速與冷風(fēng)通過(guò)細(xì)顆粒熟料層風(fēng)速的比值由1.75降低為1。這樣風(fēng)量能在全篦床上均勻分布，避免了紅河現(xiàn)象的發(fā)生。

 

　　3 結(jié)束語(yǔ)

 

　　由于第三代篦冷機(jī)是采用控制流和阻力篦板技術(shù)實(shí)現(xiàn)冷風(fēng)在篦床上的均布，然而實(shí)際上產(chǎn)過(guò)程中，隨著粉料數(shù)量的增加，劣質(zhì)燃料的使用，有害微量元素含量的增加等現(xiàn)實(shí)情況的變化，不能在適應(yīng)風(fēng)量配置的要求，而提高熟料燒成過(guò)程中熱量回收利用是未來(lái)水泥企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的關(guān)鍵所在，因此優(yōu)化風(fēng)量配置對(duì)篦冷機(jī)性能的提高非常重要，如何才能得出合適的風(fēng)量配置，既跟使用的冷卻設(shè)備有關(guān)，也跟熟料的生產(chǎn)狀況相關(guān)，實(shí)際上這已經(jīng)成為一個(gè)體系問(wèn)題。在正常生產(chǎn)時(shí)，篦冷機(jī)的風(fēng)量往往是100%的閥門開(kāi)度，調(diào)整時(shí)無(wú)法進(jìn)一步增加風(fēng)量，因此就必須使生產(chǎn)狀況與之適應(yīng)，可以通過(guò)調(diào)整配料，喂煤量等等措施來(lái)完成。

 

　　料層厚度對(duì)傳統(tǒng)的篦冷機(jī)是一個(gè)重要的考核指標(biāo)。第一代篦冷機(jī)料層厚度在200～300mm左右, 第二代篦冷機(jī)由于篦板的革新, 使料層厚度提高到400～500mm, 入口處最高達(dá)到700mm。而第三代和第四代篦冷機(jī)已不太注重料層厚度指標(biāo), 因?yàn)橹灰鼙ＷC正常的產(chǎn)量就必保一定的料層厚度。第三代和第四代篦冷機(jī)已進(jìn)步到把篦冷機(jī)的綜合性能作為評(píng)價(jià)指標(biāo)。

 

 　　隨著推動(dòng)式篦冷機(jī)制造技術(shù)的進(jìn)步，開(kāi)發(fā)耐磨復(fù)合篦板, 采用激光加工篦板縫隙, 采用環(huán)形噴咀, 改善氣流的方向和分布, 開(kāi)發(fā)十字耙式篦床和帶二次料層的篦床等?，F(xiàn)在使用的篦冷機(jī)其篦板是鑄造成形, 篦縫尺寸再縮小是很難控制的,篦板篦縫在2~3mm, 若能達(dá)到1mm左右, 其冷卻效果會(huì)更好。第四代推動(dòng)棒式篦冷機(jī)全面創(chuàng)新了冷卻機(jī)構(gòu)和設(shè)計(jì)方式，為適應(yīng)不同生產(chǎn)狀況創(chuàng)造了良好條件，尤其是靈活的機(jī)械調(diào)整機(jī)構(gòu)，能夠較好的實(shí)現(xiàn)氣體的均布?！　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　?/DIV>