长兴南方篦冷机更新改造效果

臧剑波

1 前言

长兴南方水泥有限公司（以下简称长兴南方）建有一条5 000t/d水泥熟料生产线，其烧成系统原第三代往复推动式篦冷机已投入使用十余年，存在热回收效率和冷却效率低、故障率高和维护费用高等诸多问题。随着熟料产量的逐年提高，以上问题更加突出，严重影响了正常生产运行。为此，公司于2017年对篦冷机进行了技术改造，将原有第三代篦冷机整体拆除，更换为配套中置辊式破碎机的第四代篦冷机。

该技改项目自2017年2月4日启动，至2017年3月21日点火，总历时46d，同年7月完成了篦冷机的性能考核验收。截至目前，该篦冷机已平稳运行4年多，各项性能指标优异。

2 项目实施和性能考核验收

该技改项目采用EPC总承包方式，将原有窑头车间厂房内的旧篦冷机拆除，新安装了一台由天津水泥工业设计研究院有限公司（以下简称天津院）设计生产的带中置辊式破碎机的步进式第四代篦冷机，并更换了所有的冷却风机。受限于窑头平台的高度，技改时，采取基础下挖等措施，实现了熟料辊式破碎机的中置安装，设备布置紧凑合理。改造后，项目顺利实现了达产达标，经过几个月的生产试运行，工作人员基本掌握了新设备的参数调整原则和日常维护保养方法，同年7月通过了性能考核验收。

2.1 标定测量内容

验收期间，采用皮托管和数字压力计Testo435-4、Testo512测量篦冷机冷却风量、二三次风量；采用Testo435-4温度计、WD-3数字温度计和热电偶测量二三次风温、出篦冷机熟料温度；采用MRU-3型多功能手持式烟气分析仪测量烟室和分解炉气体成分，并统计了篦冷机电耗、系统煤耗和余热发电量。其中，部分数据进行了多次测量标定，取平均值修正。

2.2 标定测量数据计算方法

2.2.1 熟料温度测量计算方法

熟料温度用水热法测量，每次取水20kg左右，加入10kg左右的熟料，分不同时段取熟料样品，多次测量样品温度，取平均值作为熟料温度。考核期间，每2h取样测量一次，以72h平均值作为熟料最终考核温度。

2.2.2 电耗计算方法

篦冷机系统电耗主要包含冷却风机、液压传动和中置辊式破碎机三部分设备电机的电耗。篦冷机电耗计算主要是通过对篦冷机系统各电机电流进行监测，每2h保存一次数据，根据保存的数据计算出3d内每台电机的实际功率消耗和合计电耗。功率计算公式如下：

式中：

U——电压，V

I——电流，A

cosφ——功率因数

2.2.3 热回收效率计算方法

依据GB/T 26281-2010《水泥回转窑热平衡、热效率、综合能耗计算方法》、GB/T 26282-2010《水泥回转窑热平衡测定方法》对热回收效率进行计算。

（1）篦冷机收入热量共包含出窑熟料带入显热和入篦冷机空气显热两部分。

式中：

Qysh——出窑熟料显热，kJ/kg

tysh——出窑熟料温度，℃

Csh——出窑熟料比热，kJ/kg·℃

Q'Lk——入篦冷机空气显热，kJ/kg熟料

QLzs——篦冷机热量总收入，kJ/kg熟料

（2）篦冷机支出热量包含二次风显热、三次风显热、烘干炉渣风显热、热风炉风显热、煤磨风显热、废气风显热及表面散热等。

式中：

Msh——熟料产量，kg/h

QF3k——入分解炉三次风显热，kJ/kg熟料

VF3k——入分解炉三次风体积，m3/h

TF3k——入分解炉三次风温度，℃

Qy2k——入窑二次风显热，kJ/kg熟料

Vy2k——入窑二次风体积，m3/h

Ty2k——入窑二次风温度，℃

Qpk——篦冷机排出空气显热，kJ/kg熟料

Vpk——篦冷机排出空气体积，m3/h

Tpk——篦冷机排出空气温度，℃

（3）篦冷机热回收效率

式中：

QF3k——入分解炉三次风显热，kJ/kg熟料

Qy2k——入窑二次风显热，kJ/kg熟料

Qysh——入篦冷机熟料显热，kJ/kg熟料

η——热回收效率，%

2.3 考核结果及数据分析

（1）熟料产量

在同等生料投料量下，盘库核算对应的熟料产量。考核期间，平均熟料产量5 800t/d。

（2）出篦冷机熟料温度

采用水热法对技改后熟料温度进行测量，共测量36次，取平均温度，测量数据见表1。

由表1可知，技改后出篦冷机熟料平均温度为95.0℃（63.4℃+环境温度），较技改前降低了60℃（技改前熟料平均温度为155.0℃）。

（3）二、三次风温

考核期内，每2h录取一次中控画面，记录二次风温、三次风温和进余热发电风温。经统计，在3d考核期内，二次风温平均1 192℃，三次风温平均961℃，进余热发电风温平均456℃，见图1。

（4）标准煤耗

考核期间，窑头煤累计用量883.84t，窑尾煤累计用量1 303.10t，合计用煤2 186.94t；煤粉平均发热量按2 517.6kJ/kg计，折合标煤1 881.78t，按熟料产量5 800t/d计算，标煤耗为108.15kg/t熟料。

（5）余热发电量

考核期间余热发电总量696 923kW·h，较技改前总发电量每天提升了12 300kW·h。

表1 熟料温度测量数据表

图1 风温数据图

（6）电耗

篦冷机电耗包含冷却风机、液压传动和中置辊式破碎机三部分设备电机电耗。其中，篦床冷却风机共9台，辊式破碎机辊轴冷却风机1台，液压传动电机6台，中置辊式破碎机电机4台。考核期间，每2h录取一次中控画面，记录风机开度及电流值，共记录36组数据，然后取平均值，由此，计算出相应的系统电耗，计算结果见表2。

改造后的标定结果显示，风机效率相对改造前偏低。近期将前几台风机更换为高效节能风机，风机电耗下降了0.3～0.5kW·h/t熟料，节电效果明显。

（7）热回收效率

热回收效率计算结果见表3，考核数据显示，第四代篦冷机实际运行指标优于设计指标，达到了既定的技改目标。

考核结果数据汇总见表4。

3 结语

四年多的实际运行情况表明，带中置辊式破碎机的第四代篦冷机运行稳定可靠，相比第三代篦冷机，具有明显的优势。

（1）冷却效果好。使用了中置辊式破碎机，出篦冷机熟料温度平均95.1℃，且没有红料，平均熟料温度大幅降低。

（2）热回收效率高。二、三次风温提高了30～50℃，实物煤耗下降了0.5～1.0kg/t熟料。

表2 整机电耗结果

表3 热回收效率计算结果

表4 考核结果数据汇总表

（3）发电量明显提升。进窑头锅炉风温达430℃～480℃，9MW锅炉日发电量（22～23）×104kW·h，最高可达（24～25）×104kW·h，平均日发电量增加了约2×104kW·h。

（4）维修、备件成本显著降低。运行至今未发生因篦冷机造成的停窑事故，易损件使用寿命长，维护费用显著减少。

（5）运行稳定可靠。对各类大块窑皮、“雪人”的破碎能力强，可在线处理“雪人”。

篦冷机改造后，长兴南方水泥有限公司不断优化操作流程，提升管理水平，使设备性能得到了有效发挥，尤其在预热器优化之后，窑系统产量稳定在6 300～6 400t/d，各项运行指标稳步提升。