各种水泥熟料冷却机的技术改造方案

进入到本世纪以来，随着新型干法水泥生产线的不断建设，对那些生产技术落后、能耗高、污染严重的回转窑企业进行提产降耗技术改造的步伐也在加快。对这些生产线进行技术改造的方案是根据不同工厂的自然条件和生产技术条件，对烧成系统进行个性化设计，主要内容是改造原有窑尾系统为预热分解系统，改造回转窑的传动装置提高转速，改造回转窑窑头和窑尾的密封装置，增加窑头罩至预分解系统的三次风管，改造熟料的冷却系统，此外还需对煤粉制备、计量、窑头窑尾燃烧系统，以及废气处理系统进行相应的技术改造，大幅度提高回转窑的产量，降低热耗。  

回转窑生产线的技术改造是个系统工程，技改效果的优劣直接取决于烧成系统的各个方面的设计是否先进可靠。根据笔者在技术改造实践中的体会，随着产量的提高，确定一个合理的冷却机改造方案，以达到投资少、改造方便快捷、热回收效率高、运行费用低、熟料质量好的目的，反倒经常成为确定整体方案中的一个难题。  

北京四方联科技有限责任公司先后开发了十一项与各种冷却机改造相关的专利技术，可以对各种形式的冷却机进行改造，满足产量提高、能耗降低的要求。  

1 对单筒冷却机的改造——复合式冷却技术  
对于原来已经采用单冷机的生产线，当改造后熟料产量大幅度提高时，原有的单冷机往往无法满足要求。更换更大的单冷机或篦冷机不仅投资大，而且由于厂房、基础、空间位置、工艺流程等限制使其难以实现，而且更换大单冷机方案时，还存在无法对熟料进行急冷的缺点。因此目前广泛应用的改造技术为我公司开发的复合式冷却专利技术。应用该项技术进行改造的工艺布置见图1。  

1.1 实施方案  
（1）、保持原单冷机不动，根据现场情况将单冷机进料端截短；  
（2）、将窑头罩下料溜子改成一台专门设计的篦式冷却机；  
（3）、篦冷机与单冷机之间用我公司专利密封技术连接。 

 
1   应用复合式冷却技术改造单筒冷却机            


1.2 技术特点:  

（1）、实现了出窑熟料高温下的急冷。当熟料温度在1250℃时，C3S矿物不稳定，只有急冷可阻止C3S晶体长大，有利于熟料的早期强度及易磨性改善；当将熟料迅速冷却到1080℃以下时还可以使MgO和C3A大部分地留在玻璃体内，有利于熟料的安定性的改善及抗化学侵蚀能力；  

（2）、有效地利用了窑头罩下的空间，有效地利用了单冷机的土建基础和厂房，节省土建投资；  

（3）、大幅度降低了入单冷机的熟料温度，有效地保护了单冷机的筒体，提高了入料端的耐火砖寿命。单冷机段的耐火砖可以设计得很短，相对增加了扬料区段，提高了单冷机的热交换效果，提高了扬料勺的寿命，减少了单冷机的负荷；  

（4）、提高了二、三次风温度，有利于窑的稳定操作和热量回收，降低烧成系统的热耗，进一步提高产量；  

（5）、冷却空气用量少，冷却机无余风排出或排出余风量较小，并可以方便地引入煤粉制备系统，与篦冷机相比减少了余风排出收尘系统的大量投资及运行中的电耗，减少了粉尘对环境的污染；  

（6）、篦冷机采用充气梁篦床、防漏料篦板、防红河篦板、防雪人篦板等全新的专利技术设计,保证了篦冷机的冷却效果，彻底消灭雪人、红河及边部漏料现象；  

（7）、采用了与其它篦冷机不同的设计理念和设计参数，使得其运转率极大地提高，使用安全可靠。  

2 对多筒冷却机的改造——复合立式冷却技术  

对于原已采用多筒冷却机的生产线，或窑头罩下部空间较大的生产线，当大幅度提高熟料产量时，同样会遇到类似于单冷机改造时存在的问题，这时可采用北京我公司开发的复合立式冷却专利技术。  

2.1 实施方案  
（1）、拆除原有多筒冷却机；  
（2）、新增或更换大窑头罩，并将窑头罩落料竖井底部改成一台专门设计的篦式冷却机；  
（3）、出篦冷机的熟料入立式冷却机（固定布置，类似于立窑的冷却带，底部强制通风冷却）。  

2.2 技术特点:  
   

 复合立式冷却机除具有复合式冷却机的上述技术特点外，还具有料层更厚（远大于现有的各类型篦式冷却机），停留时间更长，热交换更为直接、充分，冷却速度快、效果好，空气用量少，占地少，投资少，运转率高，可靠性好，有利于环保等特点。  

3 对推动篦式冷却机的改造——可控流充气梁篦式冷却机改造技术、不漏料篦式冷却机改造技术  
   

 对各种传统形式的推动篦式冷却机，可以采用上述两种篦冷机改造技术，即可控流充气梁冷却技术和不漏料冷却技术，现分述如下。  

3.1 可控流充气梁篦式冷却机改造技术  
往复推动式篦冷机长期以来一直是现代水泥厂熟料烧成系统配套的主要设备。对早期采用篦冷机的生产线，采用一、二代推动篦式技术的较多，即使采用了第三代篦冷机技术，由于该项技术也在不断地加以改进提高，原有技术也逐渐落后。当熟料产量提高时，应用我公司经过多年研究开发的可控流充气梁篦式冷却机技术对原有篦冷机进行改造，主要技术特点是采用高冷却效率、高热回收效率的充气梁装置，采用高阻力、高气流穿透性以及防红河、防雪人、防边部漏料等专利技术篦板，以及我公司在技术改造中总结出的特殊设计理念和设计参数，可提高运转的可靠性，提高冷却效率和热回收率，满足提产要求。改造后采用厚料层操作技术，使冷却风与热熟料有充分的热交换，增加风料接触面积和延长接触时间。厚料层冷却工艺提高了单位篦床面积的冷却能力，使传统的篦冷机不用增加或增加较少的篦床面积，即可适应改造后的提产要求。由于篦板受到了温度较低的冷料层的保护，避免与红热熟料直接接触而受到热损坏。  

对于具备较好技术条件的工厂，结合自动化控制可以进一步保证改造后篦冷机的性能稳定、安全操作。例如可以采用篦板推动速度控制、鼓风量控制和余风排放控制，并以冷却机篦下压力、供风系统风管压力、窑头压力的综合数值作为控制依据，大大提高冷却机的运转率。  

3.2 不漏料篦式冷却机改造技术  
 我公司不断把握篦冷机发展的最新技术，最新开发成功了一种新的冷却机即不漏料式冷却机，并已为国内六家水泥工厂冷却机的改造提供了该项技术服务。  

不漏料冷却机的特点是全部篦板为固定式，在冷却机运转过程中不运动，只负责向熟料供应冷却用风，而推动熟料运动的任务则全部由埋入熟料中的若干个辊式转动部件完成。由于篦冷机内没有活动篦板，因此不会产生越磨越大的间隙，不会造成熟料的泄漏，因此大大简化了篦下的结构形式，此外生产时辊式转动部件与篦板之间永远存在熟料层，不会对篦板造成磨损，大大提高了篦板的使用寿命。从生产效果来看，这种冷却机提高了熟料冷却效率，降低了熟料热耗，降低了冷却风机和排风机的电耗，运转率高，维护量少，节能效果显著。  

该种冷却机还有一个显著的特点，就是可以很方便地实现篦床面积的扩大，可以象拼积木似的对篦床进行拼接，非常方便，因此当通过技术改造使熟料产量提高时，或想进一步降低熟料冷却机出料温度时，对篦冷机的改造非常容易。此外，由于该种篦冷机布置高差低，无灰斗、锁风阀、拉链机等，对第三代篦冷机的改造也非常地方便，可以在基本不用改动原有篦冷机的前提下，在出料端增加一小段不漏料的篦冷机，并适当改造鼓风和余风排出系统即可。  

目前我公司开发的不漏料式篦冷机，已在SJH、QJ、LH、LX等多个工厂的冷却机改造中成功投入使用，规模为600t/d～1500t/d，并正在为CH 厂改造一台600t/d 不漏料篦冷机，为YH厂制造一台1000t/d的不漏料篦冷机。   
                        
传统篦式冷却机应用不漏料技术进行改造后达到的产量指标       表1
 

  
4、冷却机技术改造案例  

4.1 利用复合式冷却技术改造单冷机  
TH水泥有限责任公司特种水泥厂是一条余热发电窑系统，回转窑规格为Φ4.0×80m，单筒冷却机规格为Φ3.5×36m，改造前窑头密封为迷宫+摩擦片式，窑尾和单冷机密封为石墨块式。生产中存在的主要问题是：热耗高，产量低，未达到设计指标。窑头、窑尾和单冷机漏风、漏灰严重，工人操作环境差；单冷机出料端扬尘严重，出料温度高，不得已在单冷机出料端增设了一台提升机，专门用于降低熟料温度和减少扬尘；系统操作不稳定，水泥熟料强度低、质量差，发电量小。  

针对上述问题，该厂决定采用北京四方联公司复合式冷却机和复合式密封专利技术。改造用了9天的时间完成。仅应用上述技术，熟料产量由改造前的23～24t/h提高至26～27t/h，热耗由改造前的1800 kcal/kg熟料降至1460kcal/kg熟料。改造前后效果对比见表1。   
                         改造前后生产使用效果对比                    表2

                              

4.2 利用可控流充气梁技术改造推动篦式冷却机  

LN水泥厂为日产2000t熟料的水泥生产厂，篦冷机原是第二代富勒型篦式冷却机，采用孔式篦板、分室供风，投产运行十几年来，一直存在操作料层较薄、出料温度较高、篦板寿命短等问题。后对窑头罩改造后，三次风的取风点从篦冷机改至窑头罩后，篦冷机的上述问题更为突出，且有“红河”现象出现，严重影响了烧成系统的稳定运行。  

后该厂对烧成系统实施全面的技术改造，并由北京四方联公司对篦冷机进行了换代改造，第一段篦床全部采用鱼骨形充气梁分区供风、高阻力篦板、低漏料篦板和侧吹篦板等第三代篦冷机技术；第二段篦床仍采用分区供风、孔式篦板技术，只对风机参数进行了调整。  

（1）、主要改造项目  
a、本次改造主要是在冷却机的热端，即第一段篦床来完成的，改造后原设备外壳、基础均不需要作改动。第一段篦床前部第1~7排篦板为固定篦床，均采用固定充气梁、高阻力控制流篦板。这种篦板可有效降低料层阻力变化不均时对熟料冷却效果的影响，保持较高的热交换效率（料层阻力变化不均的主要原因是熟料粒度变化、粗细料离析等）。篦板进风压力9000Pa、出口压力600~800Pa、风速40~42m/s，可满足600~800mm厚度料层的操作要求。为使固定床上的物料向前运动，防止“堆雪人”等现象的发生，前七排固定床是向下倾斜布置的，并在第一排篦板上方300mm处设置了4台空气炮。  

b、第一段篦床后部第8~28排篦板为固定活动篦床，其中固定充气梁共计11排，活动充气梁共计10排，两种篦板相间布置，活动充气梁固定在活动框架上。所有充气梁均为箱形结构，内部分割成若干个空气通道，活动充气梁固定通风管之间采用可挠伸偏转装置来连接，该装置既可满足活动篦板往复运动时密闭不漏风，又能克服篦床沉降、跑偏等现象。篦板进风压力8000Pa、出口风压700~800Pa，风速35~36m/s,可满足500~600mm厚料层操作的要求。  

为避免“红河”现象的发生，在第一段篦床的细料侧加装了侧吹篦床，以充分冷却高温细料。侧吹篦板的出风口是向上倾斜的，倾角则正好保证能够吹向红料区，提高冷却效果，并减少了对底部冷却风的影响。  

c、篦板布置及风机配备见图4。 
  
（2）、改造效果
改造后的篦冷机各项指标均达到了设计要求，满足了生产需要。 
                          技术改造效果                                表3

 
4.3 利用不漏料篦式冷却机改造技术改造推动篦式冷却机
SJH水泥有限责任公司是一条日产1000t熟料的水泥生产厂，熟料实际产量在1200t/d左右。篦冷机是第三代充气梁篦式冷却机，改造前就已暴露出热耗较高，熟料出料温度高等问题。后该厂拟将生产线的生产能力改造至1500t/d以上。受各种因素的影响，该厂准备分阶段改造烧成系统的各工艺环节，并委托北京四方联公司对篦冷机先期进行改造，改造原则是满足达到1500t/d时熟料冷却要求。

结合现场原有的工艺布置情况及原有篦冷机的设备情况，我们对改造后的冷却系统进行了详细的热工计算，对设备改造方案进行了认真的研究论证。采取了如下的改造方案，见图5。

（1）、保留原有的篦冷机，底部拉链机和入熟料库的链斗输送机的布置不变，熟料破碎机后移3780mm，下移825mm；破碎机基础按照原土建基础图施工，但基础标高相应地降低；原篦冷机的链幕随破碎机一起移动；

（2）、在破碎机与原有篦冷机之间增加一段不漏料篦式冷却机，不漏料篦冷机自带传动装置，设备基础按照新增部分的土建基础图施工；

（3）、增加一台鼓风机，用于新增不漏料篦冷机段的鼓风；

（4）、改造余风排出系统，增加余风排出系统的处理能力。
改造完成后，熟料的出料温度明显下降。由于烧成系统提产降耗改造还未完全实施，因此待烧成系统改造完成后，在将改造前后的各项技术指标进行详细对比后公布。 
  

图5  利用不漏料篦式冷却技术改造传统推动篦式冷却机

5 结语

从目前已经发展到的技术水平来看，对各种形式冷却机进行技术改造，我们都可以得到一个技术经济指标合理、投资节省、改造周期短的改造方案，为水泥工厂的提产降耗提供技术上的支持。