LBTF2750篦冷机提产降耗改造

2020-10-28 01:45魏振生单秀勇北京酷勒斯技术发展有限公司北京102300

水泥工程 2020年3期

魏振生，冀猛，单秀勇，魏阳（北京酷勒斯技术发展有限公司，北京 102300）

1 概述

华新水泥FM工厂有一条2500t/d生产线，该线由成都建筑材料工业设计研究院设计，于2009年4月投产，配置Φ4.0 m×60 m回转窑和第三代LBTF2750篦冷机，篦床有效面积为69 m2，工厂海拔1777 m。该线2018年煅烧普通熟料时，全年平均熟料产量已达2 957 t/d。此时出篦冷机熟料温度达200℃，二次风温度在1050±20℃，三次风温度在970℃。

FM工厂原隶属拉法基，期间曾在拉法基亚洲技术中心主导下，通过沈阳某公司对一段篦床加长6根横梁，二段篦床去掉6根横梁，一段篦床增加6000mm宽度等结构改造；工厂也自主进行过增加风机风量，更换3台风机的改造，效果不理想。

经过华新集团总部技术评估，确定该线窑系统具有≥3 300 t/h的潜力。2019年2月，在生产线大修停窑期间，我们对LBTF2750篦冷机进行了技术改造。在窑尾预热器系统没做任何改动情况下，取得了提高熟料产量269.79 t/d，降低单位热耗39.24×4.18 kJ/kg等效果，超出了预期改造目标。

2 解决方案

2.1 消除“供风系统瓶颈”

FM工厂篦冷机入口阶梯篦床两侧各布置一套脉动供风装置，见图1。冷却风经该装置后，经由Φ 89钢管进入口阶梯横梁；测量风机出口到横梁入口间压力降，得到Δp=1.5 kPa。两台风机工作电流远小于额定电流，标定风量远小于铭牌风量；此附加阻力导致风机不能克服系统阻力，我们判定脉动供风装置及其出口管道是熟料急冷的重要“瓶颈”之一。

为降低管道阻力，本次改造拆除了脉动供风装置及其出口细管，扩展阶梯梁端部进口，实现从冷却风机出口到横梁入口无收缩截面，并可在线调节每根横梁流量，见图2。

图1 脉动供风装置

图2 阶梯梁风量调节

2.2 加强锁风

不论是篦冷机壳体内部漏风还是内部向外部漏风，都会破坏篦冷机“梯度供风”设计理念。经过现场调查，发现FM工厂篦冷机存在以下“三大”漏风点：①风室之间“窜风”；②灰斗电动弧形阀向地沟排放粉尘；③往复运动驱动轴滑板密封装置向外喷撒粉尘。

2.2.1 消除风室之间窜风

在篦床下部，纵向活动框架穿越隔室墙板处窜风是国内外第三代篦冷机的通病，也是各水泥工厂普遍头痛的问题之一。用我们首创的“三维浮动密封”作为这个部位的主密封，见图3。它的密封元件带有凹槽，自锁弹簧卡在凹槽内，密封元件既耐热耐磨又具有自润滑特性；用我们在国内率先应用的“不锈钢金属微丝毛刷”作为辅助密封，见图4。

图3 主密封

图4 辅助密封

主密封与辅助密封分别安装在隔室墙板两端，彻底杜绝了风室之间窜风。该装置已使用一年多，遇检修可向内移动，缩小配合间隙，至今效果良好。需要说明的是：①主密封元件是特制的，元件内部掺加特定金属微量元素；辅助密封“勒紧”活动框架方形抱箍，并且不透光，带有预紧力；②安装方法与经验非常关键；③运行压力梯度明显是密封有效与否的证明。

2.2.2 消除灰斗漏风

国内外第三代篦冷机灰斗卸料与锁风，普遍采用电动弧形阀与料位计组合，采用PLC控制定时放料。国产料位计性能不稳，灵敏度差，寿命低；进口料位计单只价格超万元。灰斗料位计失效后，电控程序紊乱，导致控制系统失效。目前工厂普遍现状是采用人工定时手动放料，这个工厂也不例外。我们将篦冷机9个灰斗电动弧形阀、料位计、电控箱拆除，更新9套双层气动闸板阀自动控制系统，见图5。

图5 灰斗卸料锁风自动控制系统

需要指出：这个系统由多个元器件组成，任何一个元器件质量都决定着整个系统的可靠性。各元器件均要适应正压、高温、物流小且波动大、磨蚀性强、环境恶劣等工况。更新后的自控系统用PLC控制、触摸屏调节，实现了：①地沟无人化；②卸料与锁风过程自动化；③地沟粉尘排放为零；④风室不失压。

2.2.3 消除滑板密封装置漏风

国内外第三代篦冷机往复运动驱动轴与壳体间配有滑板密封装置，以补偿动静件的相对位移。该装置动板装在轴上，因动板与静板有摩擦力，磨损后动静板间产生缝隙，内部带压粉尘流经此缝隙排向外部大气，既污染环境，又导致风室失压，浪费带压风能，降低换热效果。

我们更新了4套经特殊设计的新型滑板密封装置，见图6，在它的动静板之间强行加入润滑剂。在集中润滑系统主管上开孔，取高压润滑脂入两进两出分配器，用高压软管从分配器出口将润滑脂引入动板；动板上用进口矩形截面弹簧4点施加可调轴向力，确保动板始终贴紧静板；动静板均由高碳钢经淬火削制而成，寿命超过5年。

图6 滑板密封装置

图7 后向圆弧板叶轮

2.3 重新配风

合理的配风是篦冷机技术改造的核心。如何“把合适的风送到合适的地方”即如何“在不同篦板区域配置不同的风量风压”。利用我们多年改造积累的经验，把握好以下环节：①根据海拔高度和夏季环境最高温度，修正配风量与静压；②根据熟料产量和总用风量，分配各室风量；③根据各室面积与位置，检验风载密度；④选择经实践检验的风机模型。

最后FM工厂篦冷机配置12台风机，其中7台是新风机，叶片是后向圆弧板见图7。它具有静压高、效率高等特点。装机功率1346kW，比改造前降低15kW。配置工况风量约38万m3/h，比改造前增加3.5万m3/h。海拔1777m（81.71kPa），单位熟料装机功率9.7kW/t。单位熟料配置工况风量2.7 m3/kg，折合标况风量1.96 m3/kg。

经验表明：新配置的风机要具有足够的静压，允许一段篦床在“较厚的料层”状态下运行是至关重要的。改变冷却风机的实际配置可能会增加一点儿成本，但是多年多台篦冷机改造结果表明其成本投入是值得的。

2.4 在线调节细化的供风单元

国内外第三代篦冷机共同的结构特点是利用充气梁技术，借此细化供风单元，实现均匀供风、强制供风、顺序冷却。

FM工厂篦冷机充气梁分布是：入口阶梯篦床4根，一室3根，二室4根，三室2根，改造前供风结构见图8。充气梁上没有调节阀门，尤其是二、三室6根充气梁共用一台2614风机向6根充气梁两端同时供风，监测运行静压发现严重“偏风”，即篦床两端充气梁篦板得到的风量不同；现场调查还发现距离2614风机较远侧供风管道已被熟料“堵死”。

我们将2614风机拆除，在篦床两侧各布置一台新风机，分别向6根充气梁单侧供风，解决了“偏风”和远侧风管“堵死”问题，改造后供风结构见图9。

图8 改造前供风结构

图9 改造后供风结构

2.5 增加第二固定篦床

在69 m2的篦床面积上冷却熟料3 300 t/d，单位面积冷却负荷达47.8 t/（d·m2）。单位面积冷却负荷是衡量一台篦冷机冷却能力的关键指标。数值越大，越难冷却。丹麦F.L.Smidth最大值取44 t/（d·m2）。本项目要实现达标冷却，不采取特殊技术措施是难以实现改造目标的。

在FM工厂篦冷机的一、二段间，利用已有两段篦床“高度差”，布置我们首创的第二固定篦床（称入口固定篦床为第一固定篦床）。这里位于篦冷机“零压面”外，对熟料施加强制冷却，既不影响二次风，也不影响三次风。这里仍在热量回收区内，处于AQC取气口下方，在此对熟料强制冷却置换出的热量进AQC锅炉，有利于提高余热发电量。这里“红河”仍未消失，“红河”料虽少，一旦流到篦冷机出口，不仅热量损失过多，还会造成熟料温度过高，给下道工序制造麻烦。安装后的第二固定篦床见图10。

如在中控或现场发现“红河”，在线调节四个阀门开度见图11。通过调节四列风载密度，可彻底消除“红河”。