關來慶，何永憲

篦冷機作為新型干法水泥生產(chǎn)線的主要工藝設備，其使用效果不僅直接影響熟料的產(chǎn)量和質量，同時也會影響到水泥的生產(chǎn)和品質。影響篦冷機冷卻效果的因素較多，比如篦冷機的結構、各室的配風、熟料的煅燒工況、篦冷機的操作、系統(tǒng)的漏風以及系統(tǒng)內風機的匹配等。河南省豫鶴同力水泥有限公司有一條5 000t/d預分解窯熟料生產(chǎn)線，于2005年建成投產(chǎn)，配套的篦冷機是第三代液壓推動篦式冷卻機，冷卻效果基本能滿足生產(chǎn)需求。2007年10月純低溫余熱發(fā)電系統(tǒng)投入運行，2015年初窯頭電收塵器改為袋式收塵器，系統(tǒng)的每次改變都對篦冷機的使用效果產(chǎn)生了重要影響，本文重點從窯頭系統(tǒng)風的角度來談一下對篦冷機冷卻效果的影響。

1　2005年7月～2007年10月（投入余熱發(fā)電前）窯頭系統(tǒng)風對篦冷機冷卻效果的影響

1．1　窯頭工藝簡圖（圖1）

1．2　窯頭篦冷機供風系統(tǒng)、窯頭系統(tǒng)阻力與窯頭排風系統(tǒng)的平衡計算

1．2．1第三代篦冷機供風情況（見表1）

1．2．2窯頭煤粉燃燒空氣需要量

根據(jù)當時我公司煤粉工業(yè)分析，煤粉低位發(fā)熱量Qnet,ad=24 460．5kJ/kg（抽樣平均值）。

煤粉燃燒理論空氣需要量：

實際空氣需要量：

我公司窯頭實際投煤量12t/h（熟料產(chǎn)量5 400t/d時），窯頭煤粉燃燒空氣需要量：

7．051×12 000=84 612m3（標）/h

1．2．3二次風、三次風風量

正常操作時，一次風（凈風+送煤風）占窯頭煤粉燃燒空氣需要量的10%～15%，取12%，一次風風量為84 612×12%≈10 153m3（標）/h。

因此，二次風風量為（84 612-10 153）=74 459m3（標）/h；

三次風風量約為74 459×1．5=111 688．5m3（標）/h。

圖1　余熱發(fā)電投用前窯頭工藝流程圖

表1　5 000t/d預分解窯生產(chǎn)線第三代篦冷機風機配置表

1．2．4篦冷機冷卻風機總風量

根據(jù)篦冷機冷卻風機參數(shù)，熟料冷卻總用風量為551 258m3/h（常態(tài)），折算為513 649m3（標）/h標況風量。

1．2．5篦冷機余風標況風量

513 649-74 459-111 688．5=327 501．5m3（標）/h

1．2．6余熱發(fā)電未投入運行前的管道總阻力

當未投入余熱發(fā)電時，篦冷機余風直接進電收塵器，煙氣溫度200℃，根據(jù)1．2．5計算出的標況風量327 501．5m3（標）/h，折算為相應的工況風量為567 297．6m3/h，煙氣管道管徑為φ3．8m，氣體密度γ=0．746kg/m3（由于含塵濃度低，入收塵器風管近似用凈空氣管道計算）。各管段阻力計算見表2。

1．2．7窯頭排風機參數(shù)與系統(tǒng)阻力、篦冷機余風的匹配性

窯頭排風機型號為Y4-2×73-14No．26F，風量為650 000m3/h，全壓為1 650Pa（200～250℃）?？紤]到原電收塵阻力200Pa，篦冷機余風取風口負壓400Pa，管道總阻力128．6Pa，篦冷機余風在工況條件下（200℃）風量為567 297．6m3/h。漏風量按4%考慮，可以看出窯頭排風機的能力能滿足系統(tǒng)阻力以及篦冷機余風的需要。

表2　篦冷機余風至窯頭排風機各管段阻力計算表

1．3　未投入余熱發(fā)電前窯頭系統(tǒng)風對篦冷機冷卻效果的影響

由于此階段熟料產(chǎn)能較低，一般產(chǎn)量在5 000～5 400t/d左右，同時窯頭排風機的能力能夠滿足窯頭系統(tǒng)阻力以及篦冷機余風風量的需要，篦冷機在正常操作的情況下，熟料冷卻效果較好，篦冷機的故障率也較低。

2　2007年10月-2014年12月（余熱發(fā)電投入后）窯頭系統(tǒng)風對篦冷機冷卻效果的影響

2．1 窯頭系統(tǒng)工藝簡圖（圖2）

2．2　窯頭系統(tǒng)風的平衡計算

2．2．1AQC鍋爐正常投運時各管段風量、風速以及密度

不同管段的煙氣溫度不同，需根據(jù)篦冷機余風標況風量327 501．5m3（標）/h折算為相應的工況風量。具體結果如下：

篦冷機至沉降室管段：

氣體溫度350℃，工況風量為747 144．6m3/h，相應矩形彎頭3．2m×2．0m×2m截面風速為w=16．21m/s，彎頭φ3．8m圓截面的風速w=18．31m/s，氣體密度γ=0．56kg/m3。

沉降室至余熱鍋爐管段：

圖2　余熱發(fā)電投用后窯頭工藝流程圖

氣體溫度330℃，工況風量為723 165．0m3/h，相應φ3．8m彎頭圓截面的風速w=17．72m/s，氣體密度γ=0．58kg/m3。

余熱鍋爐至電收塵器入口管段：

氣體溫度110℃，工況風量為459 389．3m3/h，相應φ3．8m 彎頭圓截面的風速 w=11．26m/s，相應φ 3．0m 彎頭圓截面的風速w=18．06m/s，氣體密度γ=0．91kg/m3。

電收塵器出口至頭排風機管段：

氣體溫度100℃，工況風量為447 399．5m3/h，相應φ3．8m彎頭圓截面的風速w=10．96m/s，氣體密度γ=0．93kg/m3。

2．2．2管道阻力計算（見表3）

2．2．3窯頭排風系統(tǒng)阻力計算

原電收塵器阻力200Pa，篦冷機余風取風口負壓400Pa，加上AQC鍋爐阻力1 100Pa，沉降室阻力100Pa，以及由表3計算的管道總阻力483．5Pa，合計系統(tǒng)阻力為2 283．5Pa。100℃時系統(tǒng)風量（排風機進口風量）由2．2．1可知為447 399．5m3/h?？紤]系統(tǒng)10%的漏風因素，則需要排風量為492 139．45 m3/h、靜壓＞2 283．5Pa的排風機，與原排風機的能力風量為650 000m3/h、全壓為1 650Pa（200～250℃）相比，可以判斷出，原排風機的能力不能滿足系統(tǒng)阻力的需要。

2．3　系統(tǒng)風對篦冷機冷卻效果的影響

此階段熟料產(chǎn)量一般在5 200～5 500t/d左右，窯頭排風機并未因投運余熱發(fā)電系統(tǒng)而進行技術改造或更新，所以窯頭系統(tǒng)阻力與窯頭排風機的能力不匹配，系統(tǒng)漏風＞10%時，導致篦冷機三段的風機閥門無法開全，篦冷機的冷卻效果差，細料側經(jīng)常出現(xiàn)“紅河”，三段篦板經(jīng)常燒壞，篦冷機的實際故障率比較高，嚴重影響了系統(tǒng)的正常運行。同時由于出廠熟料溫度高，對水泥的正常生產(chǎn)也產(chǎn)生了不利的影響。

3　窯頭電收塵改為袋收塵后，窯頭系統(tǒng)風對篦冷機冷卻效果的影響

表3　篦冷機余風經(jīng)余熱發(fā)電至窯頭排風機各管段阻力計算表

3．1　電收塵器改為袋收塵器前的熱工標定

為保證電收塵器改為袋收塵器后，窯頭排風機的選型與系統(tǒng)阻力相匹配，我們不僅進行了理論計算，同時還請國家建筑材料工業(yè)能效環(huán)保評價檢驗測試中心于2014年7月14日～16日對窯頭系統(tǒng)進行了熱工標定（見表4）。

表4　窯頭各主要測點的熱工標定結果

標定時，當?shù)卮髿鈮?1．6kPa，環(huán)境溫度為30℃，天氣晴。熟料產(chǎn)量為5 400t/h，篦冷機三段風機有部分風機閥門沒有開全，窯頭排風機前的閥門已經(jīng)全開。

從實際標定結果可以看出，AQC鍋爐前的風量與篦冷機的計算余風量相比，篦冷機的風機沒有滿負荷運行；系統(tǒng)漏風嚴重，漏風量＞20%；窯頭排風機超負荷運行仍不能滿足篦冷機的最大供風需要。從運行實踐看，篦冷機的三段篦板經(jīng)常被燒壞，易出現(xiàn)篦下室漏紅料現(xiàn)象，熟料冷卻效果差，弧形閥、灰斗燒壞等故障甚至會導致篦冷機系統(tǒng)停機維修，不能滿足5 400t/d的產(chǎn)能需要。

3．2　電收塵器改袋收塵器后窯頭風機參數(shù)的確定

3．2．1根據(jù)原窯頭排風機推算新風機風壓

原窯頭排風機風量650 000m3/h，全壓為1 650 Pa（200～250℃），考慮到原電收塵阻力200Pa，篦冷機余風取風口負壓400Pa，動壓按150Pa考慮，管道阻力為128．6Pa，則上AQC鍋爐之前，原風機有771．4Pa靜壓富余量。

增加AQC鍋爐之后，新增管道的阻力（483．5-128．6）=354．9Pa，加 上 AQC 鍋 爐 的 阻 力1 100Pa，沉降室的阻力100Pa，小計1 554．9Pa。

電收塵器改袋收塵器后，收塵器阻力再增加1 100Pa（袋收塵的壓差按1 300Pa計算）。

則，新風機全壓：1 650-771．4+1 554．9+1 100=3 533．5Pa（100℃）。

3．2．2根據(jù)實測數(shù)據(jù)推算新風機風壓

根據(jù)公司實測數(shù)據(jù)，電收塵器出口的靜壓為-2 200Pa，風機入口靜壓為-2 246Pa，電收塵器改袋收塵器后，收塵器阻力再增加1 100Pa。則，新風機入口靜壓為：2 246+1 100=3 346Pa（100℃）。

加上動壓150Pa，新風機的全壓：3 496Pa（100℃）。

3．2．3根據(jù)理論計算新風機風壓

AQC鍋爐篦冷機取風口處負壓400Pa，沉降室阻力100Pa，AQC鍋爐阻力1 100Pa，袋收塵器阻力1 300Pa，管道阻力483．5Pa。

加上動壓150Pa，風機全壓：400+100+1 100+1 300+483．5+150=3 533．5Pa（100℃）。

3．2．4窯提產(chǎn)后新風機風壓

目前公司窯產(chǎn)量5 400t/d，考慮到將來窯產(chǎn)量提高為5 800t/d后，風量增加，新增管道阻力由354．9Pa變?yōu)?．074×1．074×354．9≈409．4Pa。

提產(chǎn)后新風機全壓：

（1）根據(jù)原頭排風機推算：1 650-771．4+1 100+409．4+1 100+100=3 588Pa（100℃）。

（2）根據(jù)實測數(shù)據(jù)推算：2 246+1 100+（1．074×1．074×483．5-483．5）+1．074×1．074×150≈3 593．2Pa。

（3）根據(jù)理論推算：3 533．5+（1．074×1．074×483．5-483．5）≈3 607．7Pa。

3．2．5窯頭排風機的確定

AQC鍋爐停運旁路時，篦冷機余風直接進收塵器，煙氣溫度200℃，原窯頭排風機全壓為1 650Pa（200～250℃），電收塵器改袋收塵器后，新增收塵器阻力1 100Pa，因此新風機的風壓為：1 650+1 100=2 750Pa。

根據(jù)以上計算，電收塵器改袋收塵器后，窯產(chǎn)量提高為5 800t/d。

AQC鍋爐投運時，風機入口煙氣溫度100℃，工況風量為447 399．5×1．074≈480 507．1m3/h，考慮系統(tǒng)10%總漏風系數(shù)，風量為528 557．8m3/h，風壓取計算最大值3 607．7Pa。

AQC鍋爐停運旁路時，風機入口煙氣溫度200℃，工況風量為 567 297．6×1．074=60 9277．6m3/h，考慮系統(tǒng)4%總漏風系數(shù)，風量為633 648．7m3/h，風壓為2 750Pa。

綜上所述，頭排風機工作點：

工作點A（AQC鍋爐投運）：風量530 000m3/h，風壓3 700Pa，溫度100℃。

工作點A風機電機功率：

式中：

Q——530 000m3/h

ΔP——3 700Pa

0．8——風機內效率估計值

0．98——機械效率估計值

1．15——儲備系數(shù)

工作點B（AQC鍋爐停運）：風量640 000m3/h，風壓2 800Pa，溫度200℃。

工作點B風機電機功率：

式中：

Q——640 000m3/h

ΔP——2 800Pa

0．8——風機內效率估計值

0．98——機械效率估計值

1．15——儲備系數(shù)

考慮到同力集團已有3家公司選用功率為1 250kW的電機，為保證集團設備的可互換性，同時也為窯頭收塵器進一步提產(chǎn)改造預留足夠的功率儲備，最終確定選用窯頭排風機型號：Y4-2×65-3№22F，全壓3 900Pa，工作溫度200℃，流量660 000m3/h，配電機YRKK-710-6，轉速980r/min，功率1 250kW，并通過增加變頻控制的方式來實現(xiàn)設備的節(jié)能。

系統(tǒng)投用以來，變頻器正常使用輸出轉速在42～44Hz之間，最大轉速曾經(jīng)短時間達到45Hz。根據(jù)變頻器轉速可大致推算出窯頭排風機電機的輸出功率P。

式中：

n——變頻器轉速，Hz

0．85——電機功率因數(shù)

1 250——電機功率，kW計算結果：變頻器輸出功率P在630～724kW之間，與生產(chǎn)實際相吻合。

3．3　電收塵改袋收塵后窯頭系統(tǒng)風對篦冷機冷卻效果的影響

3．3．1電收塵和袋收塵系統(tǒng)設備參數(shù)對比（表5）

表5　電收塵器和袋收塵器系統(tǒng)設備對比表*

3．3．2電收塵器改袋收塵器后篦冷機的使用效果

從2015年3月投入運行至今，熟料產(chǎn)能可達5 600～5 800t/d，由于窯頭排風機的排風能力與篦冷機的供風及系統(tǒng)阻力相適應，同時，也對余熱發(fā)電的漏風處進行了堵漏的情況下，出篦冷機的熟料溫度在100～150℃左右，滿足了生產(chǎn)的需要，篦冷機的故障率大幅降低，滿足了高產(chǎn)、穩(wěn)定、安全、連續(xù)運行的生產(chǎn)要求。

4　結語

窯頭排風機的能力與篦冷機的供風以及窯頭整個系統(tǒng)風量阻力應相互匹配，另外，要經(jīng)常檢查系統(tǒng)漏風情況，并及時進行堵漏，確保系統(tǒng)漏風在合理的范圍內，只有這樣篦冷機的冷卻效果才能得到充分實現(xiàn)，系統(tǒng)熱效率才能得到充分發(fā)揮。任何工藝系統(tǒng)的改變，都應進行詳細計算并在保證相互匹配的基礎上進行改變。否則，不僅影響設備的安全運行，更會直接影響生產(chǎn)?！?/p>