國產(chǎn)化第四代篦冷機(jī)的技術(shù)分析與評價

  摘要：我國國產(chǎn)第四代篦冷機(jī)的技術(shù)水平與世界先進(jìn)水平比起來，還有較大差距。該文綜合分析了現(xiàn)在運行的各型第四代篦冷機(jī)的技術(shù)現(xiàn)狀及不足，并提出改進(jìn)措施。

    1 引 言

  水泥篦冷機(jī)是水泥生產(chǎn)過程中最重要的能量回收設(shè)備之一，除熟料冷卻功能外，從熟料回收的熱量分別以二次風(fēng)的形式供窯內(nèi)煅燒、以三次風(fēng)的形式供分解爐預(yù)分解、以余熱的方式供發(fā)電使用，多數(shù)生產(chǎn)線還提供煤磨烘干所需熱源。如何有效地提高水泥生產(chǎn)過程中的能量回收，降低水泥噸能耗，是新世紀(jì)中水泥工業(yè)需要解決的核心問題[1]。而優(yōu)化冷卻機(jī)，尤其是最新型的第四代篦冷機(jī)的結(jié)構(gòu)與操作，提高熱回收效率是其中的重點內(nèi)容之一。

  20 世紀(jì)30 年代美國富勒公司研制成功第一臺用于水泥熟料冷卻的推動冷卻機(jī)，當(dāng)時僅僅是為了解決熟料冷卻問題，其它未顧及，結(jié)構(gòu)較粗糙，設(shè)備存在問題多，熱回收效果很差；20 世紀(jì)70 年代初，第二代篦冷機(jī)開始應(yīng)用于水泥行業(yè)，主要目的是提高設(shè)備運轉(zhuǎn)率，也開始考慮提高熱回收效率，開始采用厚料層操作和較小風(fēng)室供風(fēng)，熱回收效果較一代篦冷機(jī)提高15%～20%；1984年，IKN開發(fā)出第三代充氣梁篦冷機(jī)，針對第二代篦冷機(jī)普遍存在的問題而強(qiáng)化均勻冷卻，采用了高阻力篦板和充氣梁，大大改善了料層內(nèi)通風(fēng)的均勻性，提高了冷卻風(fēng)的利用效率，熱回收效果也得以大幅度提升；1997 年史密斯公司推出了第四代SF型推動棒式篦冷機(jī)，其核心技術(shù)是熟料冷卻與輸送功能分開、采用無漏料固定篦床、空氣自動調(diào)節(jié)閥（MFR）和模塊化結(jié)構(gòu)等，在便于安裝、維修和設(shè)備可靠性方面又有顯著進(jìn)步，冷卻效果和熱回收效率方面也有所進(jìn)展。以后富士摩根篦冷機(jī)也相繼出現(xiàn)并用于水泥行業(yè)。

  我國從本世紀(jì)初期開始就有一些設(shè)備廠家仿制史密斯公司的第四代篦冷機(jī)，取得了一些進(jìn)展。近年來天津院、成都院、合肥院也都開發(fā)了自己的第四代篦冷機(jī)系統(tǒng)并用于新型干法水泥生產(chǎn)線。性能指標(biāo)也在不斷提高，技術(shù)不斷進(jìn)步。

  為了促進(jìn)水泥工業(yè)節(jié)能降耗技術(shù)的發(fā)展，提高我國行業(yè)水平，本文僅就第四代篦冷機(jī)，尤其是國產(chǎn)第四代篦冷機(jī)作一綜合分析評述，與諸位同行商榷。

  2 第四代篦冷機(jī)的技術(shù)特點

  總體而言，第四代篦冷機(jī)可分為兩類：一類是以史密斯公司的Cross-Bar篦冷機(jī)（圖1）為代表，采用全固定篦床、熟料冷卻與輸送完全獨立，Polysius公司的POLYTRACK COOLER（圖2）、國內(nèi)大多數(shù)仿制的四代篦冷機(jī)屬于這種結(jié)構(gòu)；另一類是富士-摩根系列的活動地板式結(jié)構(gòu)，亦稱步進(jìn)式篦冷機(jī)。BMH公司的η冷卻機(jī)（圖3）、洪堡公司的Pyrofloor Cooler（圖4）均屬此類冷卻機(jī)。

  史密斯公司的Cross-Bar篦冷機(jī)是最早的第四代篦冷機(jī)，其基本特點是采用全固定篦床、基本避免了漏料和漏風(fēng)；采用專門的三角斷面推桿系統(tǒng)推動熟料運動，不僅實現(xiàn)了熟料輸送與冷卻功能的各自獨立，而且由于推桿的攪動使得細(xì)顆粒富集的區(qū)域不容易因結(jié)塊而影響冷卻效果，利于熟料充分冷卻；而其模塊化設(shè)計便于設(shè)備安裝和維護(hù)；而其每塊篦板均設(shè)有自動平衡流量閥也設(shè)計新穎巧妙。但在早期也出現(xiàn)過一系列問題，如熟料輸送裝置易損壞、液壓系統(tǒng)漏油、流量自動調(diào)節(jié)閥易失效等，后來2010年史密斯公司又推出了新型十字棒式冷卻機(jī)，改進(jìn)了推桿結(jié)構(gòu)和尺寸，優(yōu)化了驅(qū)動裝置及潤滑系統(tǒng)，將冷卻機(jī)主體由傾斜改為水平，增大了篦板尺寸，進(jìn)料端優(yōu)化配置了空氣炮和攪動裝置等，使得熟料冷卻和熱回收效果更加穩(wěn)定，設(shè)備運行更可靠。

  采用移動地板式的富士摩根等篦冷機(jī)則不設(shè)退料裝置，熟料輸送利用連桿機(jī)構(gòu)通過篦床多列篦板的“同進(jìn)錯退”運動得以實現(xiàn)（參見圖5）；同樣采用了模塊化設(shè)計和自動平衡風(fēng)量調(diào)節(jié)閥。但是，此類篦冷機(jī)均采用單端篦床且無攪動設(shè)施，料層控制機(jī)動性差，原料結(jié)粒情況差時容易影響冷卻效果，驅(qū)動裝置潤滑點過多，驅(qū)動裝置要求高，液壓缸漏油等問題出現(xiàn)較頻繁，空氣調(diào)節(jié)閥易失效。如河南某廠采用了進(jìn)口的富士摩根的篦冷機(jī)，由于結(jié)粒情況不夠好，細(xì)料偏多，篦冷機(jī)多次出現(xiàn)堆雪人、紅河等現(xiàn)象，風(fēng)室間竄風(fēng)問題也比較嚴(yán)重，設(shè)備故障率如液壓缸漏油、液壓缸損壞、油管爆裂等問題多次出現(xiàn)，而且維修也比較麻煩。經(jīng)過廠方和設(shè)備廠家多次調(diào)整方才逐漸有所改觀。

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  國產(chǎn)第四代篦冷機(jī)主要有成都院開發(fā)的S-型掃板式篦冷機(jī)、天津院開發(fā)的TCS步進(jìn)式篦冷機(jī)、合肥院開發(fā)的WHEC步進(jìn)式篦冷機(jī)和一些設(shè)備廠家仿制的第四代篦冷機(jī)（大多數(shù)仿制史密斯Cross-Bar篦冷機(jī)）等?？傮w而言，各第四代篦冷機(jī)比當(dāng)初較早期的第三代國產(chǎn)篦冷機(jī)在加工質(zhì)量、運行參數(shù)、總體指標(biāo)上都有了顯著進(jìn)步。

  成都院開發(fā)的S-型掃板式篦冷機(jī)與史密斯Cross-Bar篦冷機(jī)一樣采用了全固定傾斜篦床，模塊化設(shè)計、自動空氣調(diào)節(jié)閥等新技術(shù)，110但推動采用了SCD掃擺式推進(jìn)裝置（圖6），不僅推動熟料向前運動，而且在高溫段能破壞細(xì)料富集區(qū)域容易產(chǎn)生的結(jié)塊，從而較好地保證冷卻效果。TCS和WHEC步進(jìn)式篦冷機(jī)均是以富士摩根篦冷機(jī)為藍(lán)本制作的，只有少量細(xì)節(jié)部分有些區(qū)別。同樣采用了活動地板式篦床結(jié)構(gòu)、模塊化設(shè)計、空氣平衡調(diào)節(jié)閥。TCS步進(jìn)式篦冷機(jī)熟料輸送篦床推送方式參見圖7。這一類篦冷機(jī)的特點與富士摩根基本相同。目前國外第四代篦冷機(jī)已經(jīng)相對比較成熟，尤其是史密斯新型交叉棒篦冷機(jī)，運行可靠、熱效率高、熟料冷卻效果較理想。國內(nèi)開發(fā)的各四代冷卻機(jī)當(dāng)前水平還有待提高。

  3 當(dāng)前國內(nèi)第四代篦冷機(jī)的現(xiàn)狀及評析

  目前我國2000t/d以上生產(chǎn)線基本已經(jīng)全部采用了第三代或第四代篦冷機(jī)，但實際達(dá)到的指標(biāo)都還不夠理想。從熱回收效率看，較理想指標(biāo)低5~8個百分點甚至更多；從實際熟料冷卻效果看，出冷卻機(jī)熟料溫度多數(shù)在100~190℃，個別甚至高達(dá)250~330℃。

  從設(shè)備水平看，關(guān)鍵設(shè)備故障率偏高（如液壓系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、密封系統(tǒng)等）。表1為實際檢測的國內(nèi)部分第四代篦冷機(jī)的性能參數(shù)?？梢钥闯觯@些篦冷機(jī)的參數(shù)還不是很理想，無論熱回收效率還是二、三次風(fēng)溫均明顯偏低，而單位熟料冷卻用風(fēng)量也明顯高于國外水平。

  總體而言，目前國產(chǎn)第四代篦冷機(jī)與國際先進(jìn)水平相比存在如下不足：

  （1）多數(shù)四代篦冷機(jī)投運后設(shè)備關(guān)需較長時間，液壓系統(tǒng)、熟料推送系統(tǒng)及調(diào)節(jié)閥易出故障；

  （2）冷卻風(fēng)機(jī)配風(fēng)與料層壓力不配套，用風(fēng)不合理，使得驟冷效果達(dá)不到，甚至在冷卻機(jī)內(nèi)結(jié)成大塊，容易出現(xiàn)“堆雪人”、“紅河”等故障；

  （3）操作管理方式與新結(jié)構(gòu)篦冷機(jī)不適應(yīng)，影響了熱回收效率和其他熱工參數(shù)；

  （4）有些企業(yè)片面強(qiáng)調(diào)發(fā)電量，余熱發(fā)電系統(tǒng)與燒成系統(tǒng)搶風(fēng)、搶熱量，影響窯內(nèi)通風(fēng)和熟料煅燒；

  （5）破碎機(jī)在冷卻機(jī)尾部，缺少最后“一把力”，影響最終冷卻效果。

  如ZS廠采用的是S-型四代篦冷機(jī)，開始時冷卻機(jī)液壓驅(qū)動系統(tǒng)故障頻發(fā)、自動控制系統(tǒng)嚴(yán)重滯后、一、二段篦床料層厚度只能維持在400~500mm，否則就風(fēng)機(jī)跳停。后來徹底更換了自控系統(tǒng)和液壓系統(tǒng)，更換兩臺高壓冷卻風(fēng)機(jī)，加大了風(fēng)壓風(fēng)量，并進(jìn)一步加強(qiáng)設(shè)備維護(hù)管理，才使得冷卻機(jī)逐漸正常，冷卻效果也進(jìn)一步改善。

  而采用活動地板式冷卻機(jī)的廠家，多數(shù)都因超過1560個潤滑點的驅(qū)動系統(tǒng)、過分長而重的篦床而使得連桿裝置、液壓系統(tǒng)故障率高，而且料層控制也因單段篦床而不易控制，容易影響冷卻效果和熱回收效率。

  而造成這些不足的原因，作者認(rèn)為主要有幾個方面：首先是我國基礎(chǔ)機(jī)械加工和材料制造水平還遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于國外先進(jìn)水平，使得設(shè)備加工質(zhì)量上還存在較大差距；其次，我國第四代篦冷機(jī)起步較晚，研究深度還不夠，主要以仿制為主，自主知識產(chǎn)權(quán)的東西少；其三，中國新型干法水泥發(fā)展速度過快，設(shè)備廠家供不應(yīng)求，“無暇”深入研究與開發(fā)，等“有暇”時則因效益下滑也不愿投入去研究；其四，我國體制和知識產(chǎn)權(quán)保護(hù)方面的限制，使得研究與生產(chǎn)脫節(jié)、設(shè)備企業(yè)與用戶交流少，而技術(shù)侵權(quán)則甚至被很多企業(yè)根本無視；此外，由于新型干法水泥發(fā)展太快，人員技術(shù)培訓(xùn)不夠，人員素質(zhì)和管理、生產(chǎn)操作方面的問題較多。

  4 提高我國國產(chǎn)第四代篦冷機(jī)水平的途徑

  為了提高我國國產(chǎn)第四代篦冷機(jī)的技術(shù)水平，促進(jìn)行業(yè)進(jìn)步，進(jìn)一步節(jié)能降耗，作者認(rèn)為我們可以從以下方面不斷努力，從而趕超世界先進(jìn)水平：

  （1）從理論和實際兩方面深入研究第四代篦冷機(jī)的相關(guān)技術(shù)，從工藝上使得裝備水平達(dá)到盡可能理想的水平，并強(qiáng)化工藝操作管理；

  （2）提高基礎(chǔ)加工水平，從細(xì)節(jié)入手，從根本上解決設(shè)備加工質(zhì)量粗糙的問題，顯著提高設(shè)備可靠性（尤其是液壓系統(tǒng)、驅(qū)動裝置等設(shè)備）；

  （3）在冷卻機(jī)設(shè)備安裝方面嚴(yán)格要求、強(qiáng)化規(guī)范，確保安裝質(zhì)量和運行穩(wěn)定；

  （4）對風(fēng)機(jī)配風(fēng)問題深入研究，確保風(fēng)載負(fù)荷分布的合理性，采用“高壓段高風(fēng)量，低壓段適當(dāng)?shù)惋L(fēng)載負(fù)荷”的風(fēng)機(jī)分配，尤其要強(qiáng)化高溫段的熟料驟冷效果，保證熟料在前面三室的高效冷卻；

  （5）破碎機(jī)置于冷卻機(jī)中后部，確保熟料冷卻效果；

  （6）強(qiáng)化密封，尤其是風(fēng)室之間的密封，減少“竄風(fēng)”現(xiàn)象；

  （7）建立高效完善的設(shè)備管理體制，強(qiáng)化設(shè)備維護(hù)，保證液壓系統(tǒng)、驅(qū)動裝置、熟料輸送裝置、破碎機(jī)等各設(shè)備的長期、穩(wěn)定高效運行。

  （8）加強(qiáng)人員培訓(xùn)，強(qiáng)化操作、管理人員基本素質(zhì)，不斷提高操作和管理水平。

  如果這些方面得到重視并踏踏實實做工作，相信在不久的將來，我們的國產(chǎn)第四代篦冷機(jī)完全有希望趕超國際先進(jìn)水平。