國產(chǎn)化第四代篦冷機的技術分析與評價

  摘要：我國國產(chǎn)第四代篦冷機的技術水平與世界先進水平比起來，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的技術現(xiàn)狀及不足，并提出改進措施。

    1 引 言

  水泥篦冷機是水泥生產(chǎn)過程中最重要的能量回收設備之一，除熟料冷卻功能外，從熟料回收的熱量分別以二次風的形式供窯內(nèi)煅燒、以三次風的形式供分解爐預分解、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，是新世紀中水泥工業(yè)需要解決的核心問題[1]。而優(yōu)化冷卻機，尤其是最新型的第四代篦冷機的結構與操作，提高熱回收效率是其中的重點內(nèi)容之一。

  20 世紀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，當時僅僅是為了解決熟料冷卻問題，其它未顧及，結構較粗糙，設備存在問題多，熱回收效果很差；20 世紀70 年代初，第二代篦冷機開始應用于水泥行業(yè)，主要目的是提高設備運轉率，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室供風，熱回收效果較一代篦冷機提高15%～20%；1984年，IKN開發(fā)出第三代充氣梁篦冷機，針對第二代篦冷機普遍存在的問題而強化均勻冷卻，采用了高阻力篦板和充氣梁，大大改善了料層內(nèi)通風的均勻性，提高了冷卻風的利用效率，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，其核心技術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）和模塊化結構等，在便于安裝、維修和設備可靠性方面又有顯著進步，冷卻效果和熱回收效率方面也有所進展。以后富士摩根篦冷機也相繼出現(xiàn)并用于水泥行業(yè)。

  我國從本世紀初期開始就有一些設備廠家仿制史密斯公司的第四代篦冷機，取得了一些進展。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系統(tǒng)并用于新型干法水泥生產(chǎn)線。性能指標也在不斷提高，技術不斷進步。

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

  2 第四代篦冷機的技術特點

  總體而言，第四代篦冷機可分為兩類：一類是以史密斯公司的Cross-Bar篦冷機（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)仿制的四代篦冷機屬于這種結構；另一類是富士-摩根系列的活動地板式結構，亦稱步進式篦冷機。BMH公司的η冷卻機（圖3）、洪堡公司的Pyrofloor Cooler（圖4）均屬此類冷卻機。

  史密斯公司的Cross-Bar篦冷機是最早的第四代篦冷機，其基本特點是采用全固定篦床、基本避免了漏料和漏風；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顆粒富集的區(qū)域不容易因結塊而影響冷卻效果，利于熟料充分冷卻；而其模塊化設計便于設備安裝和維護；而其每塊篦板均設有自動平衡流量閥也設計新穎巧妙。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，改進了推桿結構和尺寸，優(yōu)化了驅(qū)動裝置及潤滑系統(tǒng)，將冷卻機主體由傾斜改為水平，增大了篦板尺寸，進料端優(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，設備運行更可靠。

  采用移動地板式的富士摩根等篦冷機則不設退料裝置，熟料輸送利用連桿機構通過篦床多列篦板的“同進錯退”運動得以實現(xiàn)（參見圖5）；同樣采用了模塊化設計和自動平衡風量調(diào)節(jié)閥。但是，此類篦冷機均采用單端篦床且無攪動設施，料層控制機動性差，原料結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口的富士摩根的篦冷機，由于結粒情況不夠好，細料偏多，篦冷機多次出現(xiàn)堆雪人、紅河等現(xiàn)象，風室間竄風問題也比較嚴重，設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)第四代篦冷機主要有成都院開發(fā)的S-型掃板式篦冷機、天津院開發(fā)的TCS步進式篦冷機、合肥院開發(fā)的WHEC步進式篦冷機和一些設備廠家仿制的第四代篦冷機（大多數(shù)仿制史密斯Cross-Bar篦冷機）等?？傮w而言，各第四代篦冷機比當初較早期的第三代國產(chǎn)篦冷機在加工質(zhì)量、運行參數(shù)、總體指標上都有了顯著進步。

  成都院開發(fā)的S-型掃板式篦冷機與史密斯Cross-Bar篦冷機一樣采用了全固定傾斜篦床，模塊化設計、自動空氣調(diào)節(jié)閥等新技術，110但推動采用了SCD掃擺式推進裝置（圖6），不僅推動熟料向前運動，而且在高溫段能破壞細料富集區(qū)域容易產(chǎn)生的結塊，從而較好地保證冷卻效果。TCS和WHEC步進式篦冷機均是以富士摩根篦冷機為藍本制作的，只有少量細節(jié)部分有些區(qū)別。同樣采用了活動地板式篦床結構、模塊化設計、空氣平衡調(diào)節(jié)閥。TCS步進式篦冷機熟料輸送篦床推送方式參見圖7。這一類篦冷機的特點與富士摩根基本相同。目前國外第四代篦冷機已經(jīng)相對比較成熟，尤其是史密斯新型交叉棒篦冷機，運行可靠、熱效率高、熟料冷卻效果較理想。國內(nèi)開發(fā)的各四代冷卻機當前水平還有待提高。

  3 當前國內(nèi)第四代篦冷機的現(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，但實際達到的指標都還不夠理想。從熱回收效率看，較理想指標低5~8個百分點甚至更多；從實際熟料冷卻效果看，出冷卻機熟料溫度多數(shù)在100~190℃，個別甚至高達250~330℃。

  從設備水平看，關鍵設備故障率偏高（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)部分第四代篦冷機的性能參數(shù)?？梢钥闯?，這些篦冷機的參數(shù)還不是很理想，無論熱回收效率還是二、三次風溫均明顯偏低，而單位熟料冷卻用風量也明顯高于國外水平。

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

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

  （2）冷卻風機配風與料層壓力不配套，用風不合理，使得驟冷效果達不到，甚至在冷卻機內(nèi)結成大塊，容易出現(xiàn)“堆雪人”、“紅河”等故障；

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

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

  （5）破碎機在冷卻機尾部，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，開始時冷卻機液壓驅(qū)動系統(tǒng)故障頻發(fā)、自動控制系統(tǒng)嚴重滯后、一、二段篦床料層厚度只能維持在400~500mm，否則就風機跳停。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機，加大了風壓風量，并進一步加強設備維護管理，才使得冷卻機逐漸正常，冷卻效果也進一步改善。

  而采用活動地板式冷卻機的廠家，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，作者認為主要有幾個方面：首先是我國基礎機械加工和材料制造水平還遠遠落后于國外先進水平，使得設備加工質(zhì)量上還存在較大差距；其次，我國第四代篦冷機起步較晚，研究深度還不夠，主要以仿制為主，自主知識產(chǎn)權的東西少；其三，中國新型干法水泥發(fā)展速度過快，設備廠家供不應求，“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)權保護方面的限制，使得研究與生產(chǎn)脫節(jié)、設備企業(yè)與用戶交流少，而技術侵權則甚至被很多企業(yè)根本無視；此外，由于新型干法水泥發(fā)展太快，人員技術培訓不夠，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)第四代篦冷機水平的途徑

  為了提高我國國產(chǎn)第四代篦冷機的技術水平，促進行業(yè)進步，進一步節(jié)能降耗，作者認為我們可以從以下方面不斷努力，從而趕超世界先進水平：

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

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

  （3）在冷卻機設備安裝方面嚴格要求、強化規(guī)范，確保安裝質(zhì)量和運行穩(wěn)定；

  （4）對風機配風問題深入研究，確保風載負荷分布的合理性，采用“高壓段高風量，低壓段適當?shù)惋L載負荷”的風機分配，尤其要強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）破碎機置于冷卻機中后部，確保熟料冷卻效果；

  （6）強化密封，尤其是風室之間的密封，減少“竄風”現(xiàn)象；

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

  （8）加強人員培訓，強化操作、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)第四代篦冷機完全有希望趕超國際先進水平。