tc型国产第三代篦冷机技术及其应用

1、TC型国产第三长篦冷机技术及其应用作者：单位:天津水泥工业设计研究院2000-12-22摘要:TC型国产第三长篦冷机技术及其应用1概述往复推动篦式冷却机是水泥厂熟料烧成系统配套的主机设备，其主要功能是对热熟料进行冷却、热回收和输送。由于其性能要求高，工况变化大，机构复杂，操作难度大而造成故障率高，直接影响窑的运转率。因此在国内外篦冷机是公认的窑系统中主机设备的薄弱环节。世界上各国有关篦冷机设计和制造公司都长期不懈地投入力量进行开发研究，力图解决这一关键问题，并已取得显著成果。从本世纪30年代中期第一台篦冷机使用至今，随着熟料烧成技术的进步，篦冷机技术也不断发展，先后已登上三个台阶，即生产了第一

2、、第二、第三代篦冷机。第一代篦冷机产生于30年代，几经改进基本上满足了湿法、半干法及一般干法窑生产配套的需要；70年代初预分解窑技术的出现和逐渐推广应用，使熟料烧成技术发生了巨大的飞跃，它要求篦冷机相应地大幅度提高单位有效面积产量，并提高热回收率降低热耗，于是第二代篦冷机应运而生；80年代中期，新型干法生产技术进一步完善，生产规模进一步扩大，使窑系统主机设备向大型化、高效率、低能耗方向发展，于是，80年代末，各国有关水泥装备设计、制造公司开始开发第三代篦冷机，至89年代中期各国生产的第三代篦冷机开始推广使用。天津水泥工业设计研究院（TCDRD从事篦冷机设计已有三十多年的历史。60年代设计了第一

3、代篦冷机系列装备了几十条湿法水泥生产线；70年代末80年代初设计了第二代篦冷机，以满足当时新型干法水泥生产线的需要；85年引进美国Fuller公司的改进型第二代篦冷机的设计和制造技术，此项引进技术显著提高了TCDRI的篦冷机设计技术水平。如今由TCDRI转化设计的Fuller篦冷机已有60多台在国内投入使用，另有5台出口国外（巴基斯坦4台，马来西亚1台），取得良好的经济效益和社会效益。基于30多年的篦冷机设计实践经验，加上吸取有关国外的先进技术，天津水泥设计研究院于90年代初，开始新一代篦冷机的研制工作。从新篦板的设计试制、模拟实验、工业实验到样机设计制造，前后经历了五年的时间。如今，已形成从

4、1000t/d至4000t/d的TC型第三代篦冷机系列。其中1000t/d级、2000t/d级及2500t/d级的篦冷机已在多个厂家投入使用并取得了令人满意的效果。同时在国内，应用TC篦冷机技术对2000t/d及1000t/d现有老式篦冷机的技术改造也正在陆续展开。2 TC篦冷机的基本构造和工作原理混；TC型篦冷机的天津水泥工业设计研究院（TCDRD90年代开发的第三代篦冷机，如图所示，TC篦冷机由上壳体、下壳体、篦床、篦床传动装置、篦床支承装置、熟料破碎机、漏料拉链机、自动润滑装置及冷却风机组等组成。热熟料从窑口卸落到篦床上，在往复推动的篦板推送下，沿篦床全长分布开，形成一定厚度的料床，冷却

5、风从料床下方向上吹入料层内，渗透扩散，对热熟料进行冷却。冷却熟产后的冷却风成为热风，热端高温热风作为燃烧空气入窑及分解炉（预分解窑系统），部分热风还可作烘干之用。热风利用可达到热回收，从而降低系统热耗的目的；多余的热风将经过收尘处理后排入大气。冷却后的小块熟料经过栅筛落入篦冷机后的输送机中；大块熟料则经过破碎、再冷却后汇入输送机中；细粒熟料及粉尘通过篦床的篦缝及篦孔漏下进入集料斗，当斗中料位达到一定高度时，由料位传感系统控制的锁风阀门自动打开，漏下的细料便进入机下的漏料拉链机中而被输送走。当斗中残存的细料尚能封住锁风阀门时，阀板即已关闭而保证不会漏风。对现代篦冷机的性能要求是高冷却效率、高热回

6、收率和高运转率。为实现上述的高性能，篦床的设计是关键。TC篦冷机的篦床分为如下三部分：（1）高温区：即熟料淬冷区和热回收区，在该区域采用TC型“充气梁”装置，其中前端五排采用“固定式充气梁”，倾斜15。；后续四排为“活动式充气梁”，倾斜3。高温区采用TC型“充气梁”装置是TC篦冷机达到高冷却效率、高热回收率和高运转率的根本保证。应该强调在最高温区采用“固定式充气梁”装置最大优点是大大降低了热端篦床的机械故障率，这就充分保证篦冷机的运转率。由于正对窑下料口区域的篦床采用“固定式充气梁”装置，热熟料易于堆积，虽可调节冷却风量来对积料厚度加以控制，但为防“雪人”和大块熟料球的堆积，在端部壳体上加装了

7、一组空气炮，按实际需要间断地“开炮”，适时清理过多的积料，以保证稳定安全的操作。（2）中温区：采用低漏料篦板，该篦板有集料槽和缝隙式通风口，因冷却风速较高而具有较高的篦板通风阻力，因而具有降低料层阻力不均匀影响的良好作用，有利于熟料的进一步冷却和热回收。（3）低温区，即后续冷却区。经过前端TC篦板区和低漏料篦板区的冷却，熟料已显著降温，故该区仍采用通常的Fuller篦板，这足以实现对该机性能的要求。3 TC型篦冷机的设计原则和主要技术性能指标3.1 设计定型原则第一，从实际出发，全面考虑篦冷机制造能力，辅机、电气自动化配套，以及使用、管理水平等实际问题，既求先进又保证可靠。第二，在主要技术性能

8、指标方面留有增产的余地。如单位篦面积产量和单位冷却风量两个主要技术指标都留有约10%勺余量，这样，随着熟料烧成技术的进步，当窑产量增加时，适当调整冷却风量即可与窑产量相匹配。实践经验证明：篦冷机冷却能力留有适当的余地以提高对熟料烧成技术进步的适应能力是非常必要的。第三，设计上力求与第二代篦冷机接轨，便于已装用的大量第二代篦冷机的技术改造，有利于新技术的推广使用，既缩短技术改造周期又节省投资费用，对老厂挖潜有很大的意义。3.2 TC型篦冷机的主要类型TC型篦冷机采用复合式篦床，它由TC型充气篦床和普通篦床组合而成。其中TC型充气篦床又可分为两种不同的结构形式一一固定式充气篦床和活动式充气篦床。固

9、定式充气篦床由一组固定式充气梁组成，而活动式充气篦床则由活动式及固定式充气梁交潜排列组合而成。TC型篦冷机按固定式充气篦床、活动式充气篦床和普通篦床的不同组合可有如下三种主要类型：热湍为固定式充气篦床后接普通篦床（见图3a）;热端为活动式充气篦床扣接普通篦床（见图3b）;热端为固定式充气篦床加接活动式充气篦床再后连普通篦床（见图3c）。上述采用风室供冷却风的普通篦床所用的篦板可为通用型Fuller篦板或高阻力低漏料篦板，因此上述三种主要类型的篦板因采用不同的普通篦床而又有多种不同的组合。TC型篦冷机按不同的三次风抽取形式也可分为两种：单独设三次风口，配常规窑头罩（图1）;配大窑头罩，由窑头罩抽

10、三次风，即不单独设三次抽口，二、三次风现时入窑头罩，然后再分别入窑、入分解炉（图2）,这种形式三次风温较高但二次风温较低（相对第一类型而言）。不同类型TC篦冷机取决于用户的不同要求和选择，其性能则均由TC篦冷机系列设计来保证。3.3 TC型篦冷机的主要技术性能指标TC型篦冷机系列的主要技术数据见下表：型号TC-836TC-1062TC-1176TC-1296产量t/d10001150200023003000345040004600篦面积（有效）m226.752.678.8106段数1233单位冷却风量Nm3/kg.cl22.322.322.322.3热效率%7173717371737173出料

11、粒度mm<25<25<25<25进料温度c1371137113711371出料温度c65+环温65+环温65+环温65+环温4实现技术性能的措施4.1 冷却工艺措施篦冷机冷却工艺设计的核心问题是如何达到尽可能高的冷却效果和热回收率。力求以最少的冷却风冷却尽可能多的热熟料，使冷却风与热熟料充分进行热交换，提高入窑系统的二、三次风的温度，从而达到高产、高效、低热耗的目的。4.1.1 采用第三代篦冷机的充气梁”技术TC篦冷机在篦床的高温区（淬冷区和主要热回收区）采用高冷却效率、高热回收率的充气梁”装置。全面考虑料层纵、横向的阻力（料厚及颗粒组成）和料温的分布规律，即沿纵向又沿

12、横向将篦床划分成足够小的区域，形成合理的冷却小单元，并有针对性地分配以可调节的冷却风（称可控气流）。最终达到以最少的冷却风，高效冷却一定量的热熟料并高效热回收的目的。每根充气梁”一般分隔为左右两个小风室”或左、中、右三个小风室”，以便于进一步细分冷却单元，每个小风室”都有独立进风口。按工艺布置要求，由充气梁”有机排列组合成为充气篦床将充气梁”各小风室”的进风口与带调节阀的管路系统分组连接起来，配以具有相应风量风压的风机便构成了充气篦床”的冷却系统。TC型充气篦板”的气流出口为缝隙式结构，由于几乎所有的冷却风都通过出口缝隙，因而其气流速度明显高于普通篦板的篦孔气流速度。这一特点使充气篦板”具有两

13、个特性：一是高阻力；另一是气流高穿透性。它对熟料冷却工艺有重要意义，前者增加了篦床阻力对系统总阻力的百分比，相对降低了料层阻力变化的影响。当料层波动时仍可保持冷却风系统的稳定工作，确保冷却效果；第二个特点则有利于料层深层次的气固热交换，特别是对红热细料的冷却更有特殊的作用，有利于消除红河”现象，解决了第二代篦冷机难以克服的主要问题。在篦床的中温区，采用TC型低漏料篦板，用冷风室通风。这种篦板有纵向集料槽，冷却风以较高的速度从集料槽的两侧缝隙喷出，因此既减少细粒熟料的漏料量，又增加了篦板的通风阻力。篦板阻力的增加同样可降低不均匀料层阻力对篦床总阻力的影响。因而虽然用冷风室通冷却风，仍可较有效地对

14、熟料进行冷却。4.1.2 采用厚料层冷却技术设计最大料层厚600700mm,增加料层厚度使冷却风与热熟料有充分的热交换条件：增加接触面积和延长接触时间。充分的热交换使热熟料得到有效的冷却并提高了冷却熟料后的热风温度，有利于热回收；厚料层冷却工艺显著提高了单位篦面积产量。止匕外，厚料层操作还使篦板受到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害。4.1.3 合理配冷却风在淬冷区和热回收区为充气篦床”配有合适风量、风压的冷却风是保证其冷却性能的关键。风量取决于料量、料温及所要求的冷却后的出料温度，它难过热平衡计算，气、固（风与料）热交换等热工计算得出基本理论值，再根据TC篦床工业实验

15、等实践经验加以修正；风压的确定基于管路系统阻力计算、TC篦床阻力数据（实验）和料层阻力的计算结果再行修正。由于熟产经主要冷却区冷却后其温度已较低（与第二代篦冷机相比），故在后续冷却区，所需的冷却风量也比第二代的少；但为了适应窑产量的波动（有时窑不正常，产量变化可多达30%）,因此配风仍留有一定的余地。4.2 按工艺要求，力求完善设备设计4.2.1 TC篦板设计TC篦板是充气篦床”的核心机件，设计时考虑我国水泥厂操作笔管理水平的实际，采用整体铸造结构(国外多为组合结构)，既减少了加工量又有良好的抗高温变形能力。TC篦板内部气道和气流出口设计力求良好的气动性能，出口冷却气流顺着料流的方向喷射并向上

16、方渗透，强化冷却效果。TC篦板初步设计后，经试制、模拟实验和工业实验后定型。TC篦冷机样机投入使用后，实践证明TC篦板的良好冷却性能，尤其对消除红河”现象有明显效果。4.2.2 TC充气管道设计第三代篦冷机充气管道系统比较复杂，结构设计有相当大的难度。其中最大的难点是与活动充气梁'相连的活动风管装置的设计。它一端固定。另一端随活动框架前后摆动，要求移动灵活且密封良好。国外现有活动风管设计有软管型、活络关节型和机内立式滑阀型等。TC型活动风管装置设计自成一格，共有三种：(1)带密封滑板的软管装置；(2)机外带滑板式密封箱的充气风管装置；(3)带特殊密封箱的机外套管式装置。既简化管路系统又

17、便于安装和维护。4.2.3 漏料锁风装置的设计漏料锁风是冷却风有效利用的保证。TC篦冷机篦下漏料锁风装置采用集料斗加电动料位锁风阀的结构，这种装置既能有效锁风又使篦床下有足够的检修空间；锁风阀由料位传感装置自动控制，断续工作，锁风好，寿命长，又有节能功效。4.3 选配性能优良的风机风机的性能是篦冷机主要性能的根本保证，它应满足如下要求：(1)风机必须保证在一定负载下有稳定的足够的风量和风压；(2)有良好的效率，以降低能耗；(3)要配有良好性能的调节阀门及执行器，保证风量的良好调节；(4)高压风机配装消声器，有利于环境保护。4.4 设置自动控制和安全操作检测系统4.4.1 三元自动控制系统自动控

18、制是TC篦冷机性能和稳定、安全操作的极其重要的保证。三元控制即篦速控制、风量控制和余风排放控制(即窑头负压控制)，其控制原理与第二代篦冷机虽然相同，但篦速和风量控制的控制条件却有差异。第二代篦冷机以篦下压力为控制依据，而第三代篦冷机以供风系统的固定和活动风管管内压力的综合数值为依据。自控设计时按TC型管路系统的特点设置测点，最后将数据进行综合处理作为篦速和风量控制的依据。4.4.2 安全操作检测及保护装置TC型篦冷机设有下列监测和保护装置：(1)篦板测温及报警装置；(2)料层状况电视监测装置；(3)风室漏料锁风阀的故障报警及电机过载保护装置；(4)漏料拉链机断链报警装置；(5)冷却风机监测和报

19、警装置。5实际应用情况TC篦冷机技术在国内水泥厂新线建设和老厂技改中得到广泛的应用(详风TC篦冷机应用业绩表)其中第一台TC2000t/d篦冷机已于1999年5月在安徽白马山水泥厂通过国家鉴定。实测其入窑二次风温达1079C；入分解炉三次风温达875C；单位冷却风量为1.98m3/kg.cl;热回收率达到74.1%;单位表面积产量为45.63t/m2d（产量2400t/d）。各项技术性能指标已评定为达到90年代国际先进水平。该机热端篦板寿命保证为1年以上，实际运转至今已两年，热端篦板未更换过一块。在老厂技改中，比较突出的是采用TC技术对北京水泥厂原2000t/dFuller篦冷机进行的技术改造。在不增加原有篦床面积的条件下，对原一、二段篦床进行较彻底的改造：第一段篦床进料端改为固定式充气篦床，后按活动式充气篦床和阻力加充气组合篦床；第二段第一室改为阻力篦床后按普通篦床。一段新装6台风机；二段利用原有风机。改造周期约半个月（风机基础提前施工）。改造后一次投料成功。并很快达到预期目标：最大投料量达