篦冷機(jī)風(fēng)量該如何調(diào)節(jié)
2010-12-13 00:00
隨著新型干法水泥生產(chǎn)方式在國內(nèi)水泥企業(yè)的普遍推廣，水泥生產(chǎn)過程中的能源消耗也在逐步降低。事實(shí)上，由于能源價(jià)格的不斷上漲，能量消耗占生產(chǎn)成本的比重越來越大，能量利用率的高低決定了企業(yè)在未來市場競爭中的優(yōu)劣。出篦冷機(jī)熟料溫度（冷卻效果）直接與熟料質(zhì)量相關(guān)。高溫熟料不能及時冷卻，會造成A礦含量減少，晶體粗大，易磨性變差，抗硫酸鹽性能降低。熟料冷卻的好壞對水泥粉磨工序的影響很大。如果篦冷機(jī)各段風(fēng)量分配不好，不僅影響入窯二、三次空氣溫度，對雙壓型余熱發(fā)電的發(fā)電量影響巨大。
世界上第一臺熟料冷卻機(jī)是1890年出現(xiàn)的單筒冷卻機(jī)， 20世紀(jì)40年代才出現(xiàn)篦式冷卻機(jī)。推動式篦式冷卻機(jī)是在與其它類型的篦冷機(jī)的競爭中，適應(yīng)了生產(chǎn)大型化的發(fā)展趨勢，而成為當(dāng)代預(yù)分解窯配套的主要產(chǎn)品。推動式篦冷機(jī)經(jīng)過了三代的更新，目前國內(nèi)外已經(jīng)開始使用第四代推動棒式篦冷機(jī)，目前國內(nèi)普遍應(yīng)用的第三代控制流篦冷機(jī)很難適應(yīng)于粉料增加，燃料熱值變低，有害雜質(zhì)含量波動大等情況。由于熟料的細(xì)粉數(shù)量增加，造成阻力篦板和物料的沿程阻力增加，同時由于物料的離析作用增強(qiáng)，造成阻力篦板的抑制作用降低，從而再次產(chǎn)生吹穿現(xiàn)象，紅河現(xiàn)象增加，二次風(fēng)溫度和三次風(fēng)溫度降低。
本文著重就控制流篦冷機(jī)有關(guān)風(fēng)量配置方面的問題給予討論，為解決篦冷機(jī)使用過程中存在的問題提供思路。
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，熟料和冷風(fēng)的熱交換，應(yīng)盡可能增加熱交換時間和熱交換面積，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)，這樣整個問題可簡化為一維問題求解，篦冷機(jī)冷卻物料的過程可以近似地用下面的數(shù)學(xué)公式來描述。
式中t0——為冷卻空氣溫度，即室溫；
ω——為在x處單位時間，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，采用梯級利用的方式，即高溫二段氣體用于產(chǎn)生過熱蒸汽，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)可使相對高溫?zé)嵩串a(chǎn)生較高參數(shù)的蒸汽，使相對低溫?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210℃以下煙氣余熱利用有重大影響。這對于窯尾預(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。但對于窯頭篦冷機(jī)(AQC)來說，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)，還對環(huán)境產(chǎn)生了熱污染。根據(jù)我國的實(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l00～210℃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)置一級或多級壓力，通過定量分析計(jì)算，對上述余熱，使用三壓后，只比雙壓多發(fā)幾十千瓦電，而系統(tǒng)造價(jià)卻要增加一百多萬元，技術(shù)經(jīng)濟(jì)性較差，系統(tǒng)會更復(fù)雜。同理，多壓的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性更差。因此，對水泥廠中低溫余熱來說，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，這對窯系統(tǒng)的燃料燃燒產(chǎn)生很大的影響，同時也優(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，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 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/㎏時的篦冷機(jī)熱平衡計(jì)算過程，此時的篦冷機(jī)計(jì)算的熱效率為82%，對比表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)過程中配風(fēng)量的變化不僅會降低二次風(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), 過分強(qiáng)調(diào)某一個指標(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)的推動篦板推料的概念, 利用篦上往復(fù)運(yùn)動的交叉棒來輸送熟料, 使篦冷機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)簡化、 固定的篦板便于密封, 熟料對篦板的磨蝕量小, 沒有漏料,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料層不均時, 機(jī)械氣流調(diào)節(jié)器根據(jù)阻力大小來調(diào)節(jié), 自動調(diào)節(jié)閥板的角度, 從而確保氣流透過料層, 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)能夠均勻地透過每一塊篦板上的料層, 從而確保整個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)
見表7。
由于第四代篦冷機(jī)采用了推動棒和模塊化設(shè)計(jì)等等方面的改進(jìn)措施，使原來第三代篦冷機(jī)中冷風(fēng)通過粗顆粒熟料層的風(fēng)速與冷風(fēng)通過細(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
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，而提高熟料燒成過程中熱量回收利用是未來水泥企業(yè)競爭的關(guān)鍵所在，因此優(yōu)化風(fēng)量配置對篦冷機(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)成為一個體系問題。在正常生產(chǎn)時，篦冷機(jī)的風(fēng)量往往是100%的閥門開度，調(diào)整時無法進(jìn)一步增加風(fēng)量，因此就必須使生產(chǎn)狀況與之適應(yīng)，可以通過調(diào)整配料，喂煤量等等措施來完成。
料層厚度對傳統(tǒng)的篦冷機(jī)是一個重要的考核指標(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)的綜合性能作為評價(jià)指標(biāo)。
隨著推動式篦冷機(jī)制造技術(shù)的進(jìn)步，開發(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, 開發(fā)十字耙式篦床和帶二次料層的篦床等。現(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, 其冷卻效果會更好。第四代推動棒式篦冷機(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>
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