技术 | 第四代步进式篦冷机工艺分析及优化调整

从表2可以看出，篦冷机共配置10台风机，每个风室配置一台风机，每台风机电动机均配置了变频驱动。风机配置按该线最高产量3 800 t/d来设计，并为后续窑增产预留空间，单位熟料配风量为2.14 Nm3/kg。

2 生产初期使用情况

生产线投运后，篦冷机运行稳定，故障率低，操作方便，出篦冷机熟料温度满足要求，冷却效果好。但当窑产量稳定在3 800 t/d后，窑头罩温度平均在1 050 ℃上下，该公司经多方尝试性调整，效果不明显，认为这和第四代篦冷机应有的性能不符，转而质疑该篦冷机结构和配风设计，并邀请了第三方公司对篦冷机运行进行了工艺标定工作，标定期间篦冷机运行中控画面见图1，标定数据见表3。

标定方和工厂根据表3标定数据认为，所有风机工作点（风量和风压）均偏离风机设计值，提出以下几点疑问：

（1）标定数据表明，十台风机实际运行值均大大偏离设计工作点，是风机参数选型出错，还是风机自身设计出错？

（2）固定端篦下压力过低，是否该段篦床设计不合理，导致熟料床薄，或是固定篦床斜度过大，无法形成厚料床？

（3）二次风温低是否因余热发电取风口布置不合理，导致出现头排风机和窑系统“抢风”现象所致？

针对这些疑问，基于此次标定数据和工厂实际运行状况，三方技术人员现场进行了设计审核、计算和理论探讨，达成优化和调整方案。

3 优化和调整方案

此次标定并不是一次全面的篦冷机性能标定，仅是对冷却风机进行了效率检测，并不能全面反映篦冷机工作状况，但三方均认同这组风机标定数据能反映一些关键信息。

3.1 篦下压力

从表3可以看出，篦冷机各风室风压均低于设计值，且风机效率低。

（1）四~十风室平均篦下压力均较设计值低，平均差值为1 074 Pa，这说明篦冷机操作时料床控制偏薄，篦床推速过快。根据同型设备以往实测经验和理论计算，我公司认为标定时料层厚度约为550 mm。

（2）一~三风室纵向长度对应固定篦床和活动篦床前630 mm，篦下压力低，与设计风压的差值分别为4 708 Pa、3 881 Pa和2 495 Pa，这通常和篦冷机固定端进料均布不佳有关。随着熟料向前运动，料层均布情况会逐渐改善，压力偏离也会减小。经工厂方核实，由于项目施工时沟通不充分，固定篦床浇注料砌筑时，因工厂方对设计图纸理解不充分，现场根据以往经验施工，固定篦床处未砌筑成如图2所示马靴状，导致此处堆积熟料两侧边角处易出现薄料区，易吹穿导致“风短路”。同时一、二风室篦下压力过低，还需重点检查篦冷机进料落点处是否存在篦板损坏现象，需避免试生产时，篦板上铺料工作未做到位，窑内出大料块时砸损篦板（若部分损坏翘起，会导致该部位易吹穿，损坏严重时还会出现风室漏料），篦冷机高温摄像画面所显示的较大面积“吹穿”位置是重点检查部位。

（3）十台风机的标定风机效率，最高的八室风机72%，最低的二室风机47%，平均59.6%。虽然风机出口压力偏离设计是风机效率低的一个重要原因，但所有风机均变频驱动，图1显示所有风机转速在42.2~48.2 Hz之间，接近满负荷，风机效率如此之低，均出乎三方意料，需要对风机设计、安装和管道进行全面复核检查，这需要风机厂家来现场协助处理。

3.2 取风口位置

根据该公司篦冷机招标资料，要求能满足窑产量最高3 800 t/d，并需考虑后期产量进一步提升的空间，根据提供的窑运行条件，篦冷机平衡计算见图3，二次风用量为0.313 5 Nm3/kg熟料，二、三次风用量总和为0.812 2 Nm3/kg熟料。窑产量为3 800 t/d时，对应各风室单位熟料的标况风量见表4，一~三风室总供风量为0.368 Nm3/kg熟料，一~五风室总供风量为0.973 Nm3/kg熟料。篦冷机余热发电取风口位于第六风室上方，和六风室中心线接近重合，如图4所示，二次风和三次风分别由红框对应区域提供。经现场确认后，三方均认为该位置设计是合理的，能满足生产要求，运行时，若出现头排风机“抢风”现象，应该是操作不当造成的。

通过三方现场沟通和理论核算，达成以下一致看法：

（1）风机运行偏离设计工作点，操作上要进行调整，应坚持料层偏厚控制。针对风机效率过低问题，由工厂方将标定情况反馈给风机供货厂家，并在检修时联系技术人员来现场指导调整，确保实现风机合同的性能保证。

（2）固定端篦下压力过低，主要是施工时，篦冷机固定篦床浇注料未按设计要求来施工，导致多点吹穿“风短路”。另外，经停窑后检查证实有篦板被砸坏。至于固定篦床15°斜度，对方集团专家列举了同行多家供应商篦冷机该部位设计方案，也认同15°是目前最通行设计，但也有个别厂家采用角度略小方案。对此，我公司持保留意见，并重申该角度是我公司反复实践论证得出的最佳值，且本次标定数据不能证明该设计存在负面影响，若用户要坚持对此进行一些尝试调整，我方建议方案需审慎。

（3）经核算和现场确认，余热发电取风口位置不存在问题，应从操作上来优化解决。

在固定篦床大面积“吹穿”的情况下，二次风温仍在1 050 ℃上下，出篦冷机熟料温度能保证90 ℃上下，且篦冷机半年来总体运行平稳，未出故障，未产生维修费用，从未出现风室漏料现象，该篦冷机的总体性能还是得到了认可。

3.3 二次风温

会议探讨期间，工厂方提出了更高技术性能诉求，认为篦冷机表现总体性能良好，二次风温能否更进一步，保证1 200 ℃以上。

对此，双方根据图3篦冷机平衡参数，将熟料料床模拟成逆流换热器来进行篦冷机热交换核算，得出图5红框内二次风量（0.313 5 Nm3/kg熟料）供风区处后端，熟料温度会降至900 ℃，同时熟料料床即使按此模型充分完全热交换，此部分气流平均温度最高也只能达到1 010 ℃。该计算得到的温度值大大低于实际运行中二次风温所达到的真实温度值，究其原因，二次风在窑头罩的热交换过程实际包括了如图6所示的两个过程。过程1：熟料料床的气流和物料的逆流热交换；过程2：出料床后到窑口上升段气流与高温热熟料的逆流热交换。

图5 篦冷机熟料料床温降曲线及冷却风量

图6 窑头二次风热交换示意

两级梯式的热交换过程更充分地利用了热交换的温度差，使实际入窑二次风温更高。篦冷机前端出料床（过程1）风温最高只能达到1 000 ℃，因此，二次风风温能达到的高度更取决于热交换过程2，该过程和窑头罩结构、窑操作相关性更大，而并不取决于篦冷机结构形式。

因此，受热交换方式制约，二次风温并不可能无限接近出窑熟料温度。实际生产操作验证，当熟料料床堆积至一定厚度后，继续放慢推速，二次风温不再随熟料料床增厚而升高，有时甚至会略有降低。当然各公司实际运行中，也经常出现二次风温超过1 200 ℃的情况，但大多是通过一些非常规的操作方式来实现的，如以下几种情况：

（1）燃烧器出窑口过多，窑内冷却带缩短，燃烧器火焰对二次风热辐射大。

（2）窑头喂煤量过多，未燃的碳粒随熟料一起落入篦冷机再燃烧。

（3）熟料结粒差，大量出窑的高温飞砂料随二次风扬起，再度入窑。

（4）短时间内提高窑速，增加篦冷机短时间内进料量。

这些操作都会导致二次风温升高，特别当几种情况叠加时，就会出现二次风温超高的现象，但这些做法对单位熟料能耗的影响是负面的，且不能持久、稳定。

综上所述，仅靠篦冷机此次升级换代，是无法确保二次风温达到1 200 ℃的，且从能量守恒角度分析，在正常回转窑运转条件下，是否能实现二次风温1 200 ℃，也尚无理论依据。

4 采取的措施及效果

通过充分沟通，三方达成了认识的统一，工厂方利用2018年8月底临时三天停窑时间组织了相应检查和检修工作，风机厂家对所有冷却风机进行了检查、维护、调整，我方派专业人员配合工厂对篦冷机进行全面检查，篦冷机整体状况良好，仅固定端两块篦板损坏（此次检修时更换），固定端浇注料砌筑改造因检修时间不充裕，未能实施。同时，工厂结合现场检查情况和本次探讨结论对窑操作员进行篦冷机操作规范培训。再次开窑后，篦冷机运行情况得到明显改善，中控运行截图见图7，产量正常时，二次风温能稳定在1 100~1 150 ℃。

篦冷机风机篦下风压见表5，可以看出，除固定篦床对应的一~三风室的篦下压差仍较大外，四~十风室基本吻合。三方均认同，若后期按图2进行浇注料砌筑改造后，一~三风室篦下压力差异也将会得到改善。

5 结束语

同第三代阶梯推动式冷却机及第四代推动棒式篦冷机相比，第四代步进推动篦冷机技术优势明显，主要表现在：

（1）物料输送效率高，篦床运动频次低，运动部件磨损小，设备可靠性大大提高，篦板始终被冷熟料保护，几乎无磨损，设备维护量和维修费用大幅降低。

（2）能减少熟料前进中的料层厚度波动，料床风阻更均衡，改善了冷却风穿透料床的均匀性，热交换得到改善。

（3）同第三代推动式冷却机相比，篦床运动件间的密封更好，能实现风室零漏料，同时减少了冷却风短路的现象。

相较前代产品，第四代步进推动篦冷机不只是个别指标的优化，而是综合指标的全面改善，如：二、三次风温、单位熟料冷却用风量、单位篦床负荷、出料温度、废气温度、单位电耗等。该类篦冷机目前在我集团内得到了广泛应用。

篦冷机的配风设计和优化，需要充分结合各家工厂实际生产情况（熟料成分和结粒情况、燃料成分和特性以及燃烧器结构等）和各自运行操作习惯，进而形成篦冷机特色设计。但在工厂实际运行中，普遍存在固守原有操作习惯和经验的现象，难以随设备改进同步优化操作，加上窑系统是一个非常复杂繁琐的多变量操作系统，该公司篦冷机需要控制的变量已达到十多个（十台风机转速、篦床推速、头排风机转速和余热、煤磨、尾风三个取风阀门开度），因此篦冷机日常操作要达到理想化，本身难度就非常高。因此，建议具备条件的公司最好能实施窑自动操作系统，来完善和稳定第四代篦冷机的操作运行，而暂时不具备条件的公司，则需要使用方通过不断总结新经验和培训来缩短调试期，逐渐实现稳定统一操作，早日发挥先进设备的优势。

另外，第四代篦冷机热回收机理并无实质的改变，只是进行了设备结构和物料输送模式的优化，依据热交换的理论分析和计算，二次风温难以稳定在1 200 ℃以上。

作者单位：华新水泥装备有限公司返回搜狐，查看更多