tc型國產(chǎn)第三代篦冷機技術(shù)及其應(yīng)用

1、TC型國產(chǎn)第三長篦冷機技術(shù)及其應(yīng)用作者：單位:天津水泥工業(yè)設(shè)計研究院2000-12-22摘要:TC型國產(chǎn)第三長篦冷機技術(shù)及其應(yīng)用1概述往復(fù)推動篦式冷卻機是水泥廠熟料燒成系統(tǒng)配套的主機設(shè)備，其主要功能是對熱熟料進行冷卻、熱回收和輸送。由于其性能要求高，工況變化大，機構(gòu)復(fù)雜，操作難度大而造成故障率高，直接影響窯的運轉(zhuǎn)率。因此在國內(nèi)外篦冷機是公認的窯系統(tǒng)中主機設(shè)備的薄弱環(huán)節(jié)。世界上各國有關(guān)篦冷機設(shè)計和制造公司都長期不懈地投入力量進行開發(fā)研究，力圖解決這一關(guān)鍵問題，并已取得顯著成果。從本世紀30年代中期第一臺篦冷機使用至今，隨著熟料燒成技術(shù)的進步，篦冷機技術(shù)也不斷發(fā)展，先后已登上三個臺階，即生產(chǎn)了第一

2、、第二、第三代篦冷機。第一代篦冷機產(chǎn)生于30年代，幾經(jīng)改進基本上滿足了濕法、半干法及一般干法窯生產(chǎn)配套的需要；70年代初預(yù)分解窯技術(shù)的出現(xiàn)和逐漸推廣應(yīng)用，使熟料燒成技術(shù)發(fā)生了巨大的飛躍，它要求篦冷機相應(yīng)地大幅度提高單位有效面積產(chǎn)量，并提高熱回收率降低熱耗，于是第二代篦冷機應(yīng)運而生；80年代中期，新型干法生產(chǎn)技術(shù)進一步完善，生產(chǎn)規(guī)模進一步擴大，使窯系統(tǒng)主機設(shè)備向大型化、高效率、低能耗方向發(fā)展，于是，80年代末，各國有關(guān)水泥裝備設(shè)計、制造公司開始開發(fā)第三代篦冷機，至89年代中期各國生產(chǎn)的第三代篦冷機開始推廣使用。天津水泥工業(yè)設(shè)計研究院（TCDRD從事篦冷機設(shè)計已有三十多年的歷史。60年代設(shè)計了第一

3、代篦冷機系列裝備了幾十條濕法水泥生產(chǎn)線；70年代末80年代初設(shè)計了第二代篦冷機，以滿足當時新型干法水泥生產(chǎn)線的需要；85年引進美國Fuller公司的改進型第二代篦冷機的設(shè)計和制造技術(shù)，此項引進技術(shù)顯著提高了TCDRI的篦冷機設(shè)計技術(shù)水平。如今由TCDRI轉(zhuǎn)化設(shè)計的Fuller篦冷機已有60多臺在國內(nèi)投入使用，另有5臺出口國外（巴基斯坦4臺，馬來西亞1臺），取得良好的經(jīng)濟效益和社會效益?；?0多年的篦冷機設(shè)計實踐經(jīng)驗，加上吸取有關(guān)國外的先進技術(shù)，天津水泥設(shè)計研究院于90年代初，開始新一代篦冷機的研制工作。從新篦板的設(shè)計試制、模擬實驗、工業(yè)實驗到樣機設(shè)計制造，前后經(jīng)歷了五年的時間。如今，已形成從

4、1000t/d至4000t/d的TC型第三代篦冷機系列。其中1000t/d級、2000t/d級及2500t/d級的篦冷機已在多個廠家投入使用并取得了令人滿意的效果。同時在國內(nèi)，應(yīng)用TC篦冷機技術(shù)對2000t/d及1000t/d現(xiàn)有老式篦冷機的技術(shù)改造也正在陸續(xù)展開。2 TC篦冷機的基本構(gòu)造和工作原理混；TC型篦冷機的天津水泥工業(yè)設(shè)計研究院（TCDRD90年代開發(fā)的第三代篦冷機，如圖所示，TC篦冷機由上殼體、下殼體、篦床、篦床傳動裝置、篦床支承裝置、熟料破碎機、漏料拉鏈機、自動潤滑裝置及冷卻風機組等組成。熱熟料從窯口卸落到篦床上，在往復(fù)推動的篦板推送下，沿篦床全長分布開，形成一定厚度的料床，冷卻

5、風從料床下方向上吹入料層內(nèi)，滲透擴散，對熱熟料進行冷卻。冷卻熟產(chǎn)后的冷卻風成為熱風，熱端高溫熱風作為燃燒空氣入窯及分解爐（預(yù)分解窯系統(tǒng)），部分熱風還可作烘干之用。熱風利用可達到熱回收，從而降低系統(tǒng)熱耗的目的；多余的熱風將經(jīng)過收塵處理后排入大氣。冷卻后的小塊熟料經(jīng)過柵篩落入篦冷機后的輸送機中；大塊熟料則經(jīng)過破碎、再冷卻后匯入輸送機中；細粒熟料及粉塵通過篦床的篦縫及篦孔漏下進入集料斗，當斗中料位達到一定高度時，由料位傳感系統(tǒng)控制的鎖風閥門自動打開，漏下的細料便進入機下的漏料拉鏈機中而被輸送走。當斗中殘存的細料尚能封住鎖風閥門時，閥板即已關(guān)閉而保證不會漏風。對現(xiàn)代篦冷機的性能要求是高冷卻效率、高熱回

6、收率和高運轉(zhuǎn)率。為實現(xiàn)上述的高性能，篦床的設(shè)計是關(guān)鍵。TC篦冷機的篦床分為如下三部分：（1）高溫區(qū)：即熟料淬冷區(qū)和熱回收區(qū)，在該區(qū)域采用TC型“充氣梁”裝置，其中前端五排采用“固定式充氣梁”，傾斜15。；后續(xù)四排為“活動式充氣梁”，傾斜3。高溫區(qū)采用TC型“充氣梁”裝置是TC篦冷機達到高冷卻效率、高熱回收率和高運轉(zhuǎn)率的根本保證。應(yīng)該強調(diào)在最高溫區(qū)采用“固定式充氣梁”裝置最大優(yōu)點是大大降低了熱端篦床的機械故障率，這就充分保證篦冷機的運轉(zhuǎn)率。由于正對窯下料口區(qū)域的篦床采用“固定式充氣梁”裝置，熱熟料易于堆積，雖可調(diào)節(jié)冷卻風量來對積料厚度加以控制，但為防“雪人”和大塊熟料球的堆積，在端部殼體上加裝了

7、一組空氣炮，按實際需要間斷地“開炮”，適時清理過多的積料，以保證穩(wěn)定安全的操作。（2）中溫區(qū)：采用低漏料篦板，該篦板有集料槽和縫隙式通風口，因冷卻風速較高而具有較高的篦板通風阻力，因而具有降低料層阻力不均勻影響的良好作用，有利于熟料的進一步冷卻和熱回收。（3）低溫區(qū)，即后續(xù)冷卻區(qū)。經(jīng)過前端TC篦板區(qū)和低漏料篦板區(qū)的冷卻，熟料已顯著降溫，故該區(qū)仍采用通常的Fuller篦板，這足以實現(xiàn)對該機性能的要求。3 TC型篦冷機的設(shè)計原則和主要技術(shù)性能指標3.1 設(shè)計定型原則第一，從實際出發(fā)，全面考慮篦冷機制造能力，輔機、電氣自動化配套，以及使用、管理水平等實際問題，既求先進又保證可靠。第二，在主要技術(shù)性能

8、指標方面留有增產(chǎn)的余地。如單位篦面積產(chǎn)量和單位冷卻風量兩個主要技術(shù)指標都留有約10%勺余量，這樣，隨著熟料燒成技術(shù)的進步，當窯產(chǎn)量增加時，適當調(diào)整冷卻風量即可與窯產(chǎn)量相匹配。實踐經(jīng)驗證明：篦冷機冷卻能力留有適當?shù)挠嗟匾蕴岣邔κ炝蠠杉夹g(shù)進步的適應(yīng)能力是非常必要的。第三，設(shè)計上力求與第二代篦冷機接軌，便于已裝用的大量第二代篦冷機的技術(shù)改造，有利于新技術(shù)的推廣使用，既縮短技術(shù)改造周期又節(jié)省投資費用，對老廠挖潛有很大的意義。3.2 TC型篦冷機的主要類型TC型篦冷機采用復(fù)合式篦床，它由TC型充氣篦床和普通篦床組合而成。其中TC型充氣篦床又可分為兩種不同的結(jié)構(gòu)形式一一固定式充氣篦床和活動式充氣篦床。固

9、定式充氣篦床由一組固定式充氣梁組成，而活動式充氣篦床則由活動式及固定式充氣梁交潛排列組合而成。TC型篦冷機按固定式充氣篦床、活動式充氣篦床和普通篦床的不同組合可有如下三種主要類型：熱湍為固定式充氣篦床后接普通篦床（見圖3a）;熱端為活動式充氣篦床扣接普通篦床（見圖3b）;熱端為固定式充氣篦床加接活動式充氣篦床再后連普通篦床（見圖3c）。上述采用風室供冷卻風的普通篦床所用的篦板可為通用型Fuller篦板或高阻力低漏料篦板，因此上述三種主要類型的篦板因采用不同的普通篦床而又有多種不同的組合。TC型篦冷機按不同的三次風抽取形式也可分為兩種：單獨設(shè)三次風口，配常規(guī)窯頭罩（圖1）;配大窯頭罩，由窯頭罩抽

10、三次風，即不單獨設(shè)三次抽口，二、三次風現(xiàn)時入窯頭罩，然后再分別入窯、入分解爐（圖2）,這種形式三次風溫較高但二次風溫較低（相對第一類型而言）。不同類型TC篦冷機取決于用戶的不同要求和選擇，其性能則均由TC篦冷機系列設(shè)計來保證。3.3 TC型篦冷機的主要技術(shù)性能指標TC型篦冷機系列的主要技術(shù)數(shù)據(jù)見下表：型號TC-836TC-1062TC-1176TC-1296產(chǎn)量t/d10001150200023003000345040004600篦面積（有效）m226.752.678.8106段數(shù)1233單位冷卻風量Nm3/kg.cl22.322.322.322.3熱效率%7173717371737173出料

11、粒度mm<25<25<25<25進料溫度c1371137113711371出料溫度c65+環(huán)溫65+環(huán)溫65+環(huán)溫65+環(huán)溫4實現(xiàn)技術(shù)性能的措施4.1 冷卻工藝措施篦冷機冷卻工藝設(shè)計的核心問題是如何達到盡可能高的冷卻效果和熱回收率。力求以最少的冷卻風冷卻盡可能多的熱熟料，使冷卻風與熱熟料充分進行熱交換，提高入窯系統(tǒng)的二、三次風的溫度，從而達到高產(chǎn)、高效、低熱耗的目的。4.1.1 采用第三代篦冷機的充氣梁”技術(shù)TC篦冷機在篦床的高溫區(qū)（淬冷區(qū)和主要熱回收區(qū)）采用高冷卻效率、高熱回收率的充氣梁”裝置。全面考慮料層縱、橫向的阻力（料厚及顆粒組成）和料溫的分布規(guī)律，即沿縱向又沿

12、橫向?qū)Ⅲ鞔矂澐殖勺銐蛐〉膮^(qū)域，形成合理的冷卻小單元，并有針對性地分配以可調(diào)節(jié)的冷卻風（稱可控氣流）。最終達到以最少的冷卻風，高效冷卻一定量的熱熟料并高效熱回收的目的。每根充氣梁”一般分隔為左右兩個小風室”或左、中、右三個小風室”，以便于進一步細分冷卻單元，每個小風室”都有獨立進風口。按工藝布置要求，由充氣梁”有機排列組合成為充氣篦床將充氣梁”各小風室”的進風口與帶調(diào)節(jié)閥的管路系統(tǒng)分組連接起來，配以具有相應(yīng)風量風壓的風機便構(gòu)成了充氣篦床”的冷卻系統(tǒng)。TC型充氣篦板”的氣流出口為縫隙式結(jié)構(gòu)，由于幾乎所有的冷卻風都通過出口縫隙，因而其氣流速度明顯高于普通篦板的篦孔氣流速度。這一特點使充氣篦板”具有兩

13、個特性：一是高阻力；另一是氣流高穿透性。它對熟料冷卻工藝有重要意義，前者增加了篦床阻力對系統(tǒng)總阻力的百分比，相對降低了料層阻力變化的影響。當料層波動時仍可保持冷卻風系統(tǒng)的穩(wěn)定工作，確保冷卻效果；第二個特點則有利于料層深層次的氣固熱交換，特別是對紅熱細料的冷卻更有特殊的作用，有利于消除紅河”現(xiàn)象，解決了第二代篦冷機難以克服的主要問題。在篦床的中溫區(qū)，采用TC型低漏料篦板，用冷風室通風。這種篦板有縱向集料槽，冷卻風以較高的速度從集料槽的兩側(cè)縫隙噴出，因此既減少細粒熟料的漏料量，又增加了篦板的通風阻力。篦板阻力的增加同樣可降低不均勻料層阻力對篦床總阻力的影響。因而雖然用冷風室通冷卻風，仍可較有效地對

14、熟料進行冷卻。4.1.2 采用厚料層冷卻技術(shù)設(shè)計最大料層厚600700mm,增加料層厚度使冷卻風與熱熟料有充分的熱交換條件：增加接觸面積和延長接觸時間。充分的熱交換使熱熟料得到有效的冷卻并提高了冷卻熟料后的熱風溫度，有利于熱回收；厚料層冷卻工藝顯著提高了單位篦面積產(chǎn)量。止匕外，厚料層操作還使篦板受到溫度較低的冷料層的保護，避免與紅熱熟料直接接觸而受到熱損害。4.1.3 合理配冷卻風在淬冷區(qū)和熱回收區(qū)為充氣篦床”配有合適風量、風壓的冷卻風是保證其冷卻性能的關(guān)鍵。風量取決于料量、料溫及所要求的冷卻后的出料溫度，它難過熱平衡計算，氣、固（風與料）熱交換等熱工計算得出基本理論值，再根據(jù)TC篦床工業(yè)實驗

15、等實踐經(jīng)驗加以修正；風壓的確定基于管路系統(tǒng)阻力計算、TC篦床阻力數(shù)據(jù)（實驗）和料層阻力的計算結(jié)果再行修正。由于熟產(chǎn)經(jīng)主要冷卻區(qū)冷卻后其溫度已較低（與第二代篦冷機相比），故在后續(xù)冷卻區(qū)，所需的冷卻風量也比第二代的少；但為了適應(yīng)窯產(chǎn)量的波動（有時窯不正常，產(chǎn)量變化可多達30%）,因此配風仍留有一定的余地。4.2 按工藝要求，力求完善設(shè)備設(shè)計4.2.1 TC篦板設(shè)計TC篦板是充氣篦床”的核心機件，設(shè)計時考慮我國水泥廠操作筆管理水平的實際，采用整體鑄造結(jié)構(gòu)(國外多為組合結(jié)構(gòu))，既減少了加工量又有良好的抗高溫變形能力。TC篦板內(nèi)部氣道和氣流出口設(shè)計力求良好的氣動性能，出口冷卻氣流順著料流的方向噴射并向上

16、方滲透，強化冷卻效果。TC篦板初步設(shè)計后，經(jīng)試制、模擬實驗和工業(yè)實驗后定型。TC篦冷機樣機投入使用后，實踐證明TC篦板的良好冷卻性能，尤其對消除紅河”現(xiàn)象有明顯效果。4.2.2 TC充氣管道設(shè)計第三代篦冷機充氣管道系統(tǒng)比較復(fù)雜，結(jié)構(gòu)設(shè)計有相當大的難度。其中最大的難點是與活動充氣梁'相連的活動風管裝置的設(shè)計。它一端固定。另一端隨活動框架前后擺動，要求移動靈活且密封良好。國外現(xiàn)有活動風管設(shè)計有軟管型、活絡(luò)關(guān)節(jié)型和機內(nèi)立式滑閥型等。TC型活動風管裝置設(shè)計自成一格，共有三種：(1)帶密封滑板的軟管裝置；(2)機外帶滑板式密封箱的充氣風管裝置；(3)帶特殊密封箱的機外套管式裝置。既簡化管路系統(tǒng)又

17、便于安裝和維護。4.2.3 漏料鎖風裝置的設(shè)計漏料鎖風是冷卻風有效利用的保證。TC篦冷機篦下漏料鎖風裝置采用集料斗加電動料位鎖風閥的結(jié)構(gòu)，這種裝置既能有效鎖風又使篦床下有足夠的檢修空間；鎖風閥由料位傳感裝置自動控制，斷續(xù)工作，鎖風好，壽命長，又有節(jié)能功效。4.3 選配性能優(yōu)良的風機風機的性能是篦冷機主要性能的根本保證，它應(yīng)滿足如下要求：(1)風機必須保證在一定負載下有穩(wěn)定的足夠的風量和風壓；(2)有良好的效率，以降低能耗；(3)要配有良好性能的調(diào)節(jié)閥門及執(zhí)行器，保證風量的良好調(diào)節(jié)；(4)高壓風機配裝消聲器，有利于環(huán)境保護。4.4 設(shè)置自動控制和安全操作檢測系統(tǒng)4.4.1 三元自動控制系統(tǒng)自動控

18、制是TC篦冷機性能和穩(wěn)定、安全操作的極其重要的保證。三元控制即篦速控制、風量控制和余風排放控制(即窯頭負壓控制)，其控制原理與第二代篦冷機雖然相同，但篦速和風量控制的控制條件卻有差異。第二代篦冷機以篦下壓力為控制依據(jù)，而第三代篦冷機以供風系統(tǒng)的固定和活動風管管內(nèi)壓力的綜合數(shù)值為依據(jù)。自控設(shè)計時按TC型管路系統(tǒng)的特點設(shè)置測點，最后將數(shù)據(jù)進行綜合處理作為篦速和風量控制的依據(jù)。4.4.2 安全操作檢測及保護裝置TC型篦冷機設(shè)有下列監(jiān)測和保護裝置：(1)篦板測溫及報警裝置；(2)料層狀況電視監(jiān)測裝置；(3)風室漏料鎖風閥的故障報警及電機過載保護裝置；(4)漏料拉鏈機斷鏈報警裝置；(5)冷卻風機監(jiān)測和報

19、警裝置。5實際應(yīng)用情況TC篦冷機技術(shù)在國內(nèi)水泥廠新線建設(shè)和老廠技改中得到廣泛的應(yīng)用(詳風TC篦冷機應(yīng)用業(yè)績表)其中第一臺TC2000t/d篦冷機已于1999年5月在安徽白馬山水泥廠通過國家鑒定。實測其入窯二次風溫達1079C；入分解爐三次風溫達875C；單位冷卻風量為1.98m3/kg.cl;熱回收率達到74.1%;單位表面積產(chǎn)量為45.63t/m2d（產(chǎn)量2400t/d）。各項技術(shù)性能指標已評定為達到90年代國際先進水平。該機熱端篦板壽命保證為1年以上，實際運轉(zhuǎn)至今已兩年，熱端篦板未更換過一塊。在老廠技改中，比較突出的是采用TC技術(shù)對北京水泥廠原2000t/dFuller篦冷機進行的技術(shù)改造。在不增加原有篦床面積的條件下，對原一、二段篦床進行較徹底的改造：第一段篦床進料端改為固定式充氣篦床，后按活動式充氣篦床和阻力加充氣組合篦床；第二段第一室改為阻力篦床后按普通篦床。一段新裝6臺風機；二段利用原有風機。改造周期約半個月（風機基礎(chǔ)提前施工）。改造后一次投料成功。并很快達到預(yù)期目標：最大投料量達