:關(guān)于篦冷機(jī)設(shè)計(jì)若干方面的探討
2007-02-07 00:00
篦冷機(jī)是水泥生產(chǎn)線上重要的冷卻設(shè)備，上個(gè)世紀(jì)30年代開發(fā)出篦式冷卻機(jī)設(shè)備，為水泥生產(chǎn)線向大型化發(fā)展奠定基礎(chǔ)，我國從事篦冷機(jī)設(shè)計(jì)開發(fā)是在60～70年代，80年代中期我國引進(jìn)了美國FULLER公司第二代篦冷機(jī)制造技術(shù)，篦冷機(jī)技術(shù)的引進(jìn)開發(fā)使我國水泥工業(yè)向前邁出一大步，相繼開發(fā)的一大批新型干法水泥生產(chǎn)線都使用的是FULLER型篦冷機(jī)，90年代中期我國又開發(fā)出第三代空氣梁式篦冷機(jī)，第三代篦冷機(jī)的開發(fā)應(yīng)用成功最顯著的特點(diǎn)就是同規(guī)格的回轉(zhuǎn)窯產(chǎn)量提高近20%以上。丹麥?zhǔn)访芩构鹃_發(fā)的第四代篦冷機(jī)已投放市場多臺，顯示出了高一籌的先進(jìn)性。篦冷機(jī)的研究工作仍在不斷深入進(jìn)行。本人多年從事篦冷機(jī)的研究工作，謹(jǐn)利用本文針對有關(guān)篦冷機(jī)設(shè)計(jì)方面的一些問題進(jìn)行探討。
一、篦冷機(jī)規(guī)格的確定
篦冷機(jī)規(guī)格有兩種表示方法，一種用產(chǎn)量表示，例如2000t/d篦冷機(jī)，3000t/d篦冷機(jī)。另一
種是用篦床寬度×篦床長度表示，篦冷機(jī)規(guī)格與單位篦床面積產(chǎn)量有關(guān)，單位篦床面積產(chǎn)量大，篦冷機(jī)規(guī)格就小，反之就大。第二代篦冷機(jī)單位篦床面積產(chǎn)量僅為30～40t/m2.d，而第三代篦冷機(jī)乃至第四代篦冷機(jī)單位篦床面積產(chǎn)量已達(dá)到40～50t/m2.d以上。
篦冷機(jī)的寬度B，對于一般窯型B是窯的有效內(nèi)徑的80%，對于預(yù)分解窯B是窯的有效內(nèi)徑的（50～60）%。
經(jīng)驗(yàn)公式： B=0.52G0.44， B=1.04Dr—1.75
（B———篦床寬度，m；G———窯產(chǎn)量，t/d；Dr———窯有效內(nèi)徑，m。）
篦冷機(jī)篦床面積：A=G/g （A———篦床面積，m2；g———篦床單位面積產(chǎn)量，t/m2d。）
篦床長度：L=A/B （L———篦床長度，m。）
關(guān)于篦床長度，在設(shè)計(jì)第二代篦冷機(jī)時(shí)一般規(guī)定1500t/d以下規(guī)格，采用一段篦床，1500t/d以上規(guī)格采用二段篦床，3000t/d以上規(guī)格采用三段篦床。
在第三代篦冷機(jī)設(shè)計(jì)過程中情況出現(xiàn)大變化，2000t/d規(guī)格的篦冷機(jī)篦床已有采用一段的，5000t/d規(guī)格乃至10000t/d規(guī)格篦冷機(jī)篦床采用三段。所以在確定單段篦床長度時(shí)，除考慮產(chǎn)量因素外，另外是考慮制造，安裝的方便，傳動(dòng)裝置負(fù)荷大小的因素。一般要求第一段篦床長度應(yīng)是足夠允許回收空氣能通過的有效篦床面積。篦床長度與寬度之比約為4：1，不應(yīng)超過5：1。
二、窯中心線和篦冷機(jī)中心線偏心距
篦冷機(jī)的布置和窯的相對位置一般是采用順流，既料流方向一致。由于回轉(zhuǎn)窯在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中離心力作用，導(dǎo)致落下的熟料一側(cè)為粗顆粒，一側(cè)為細(xì)顆粒，粗細(xì)顆粒的離析分布，使熟料在篦床上分布不均，阻力不均，影響通風(fēng)及冷卻，為解決這一問題，采用窯中心和篦冷機(jī)中心偏離一段距離的方法，既人為讓出回轉(zhuǎn)窯的細(xì)料落在篦冷機(jī)中心上。
設(shè)回轉(zhuǎn)窯中心和篦冷機(jī)中心的偏心距為S ，則關(guān)于S 的確定：日本公司認(rèn)為一般窯型S=（10～15）%Dr， 預(yù)熱器窯S=13%Dr ， 預(yù)分解窯S=（15～18）%Dr
美國FULLER公司認(rèn)為：
一般窯型S=（12～15）%Dr ， 分解窯S=15%Dr
在水泥廠改造中，由于有些工廠場地狹窄采用篦冷機(jī)按順流布置不合適，故改為逆流布置或T型布置，采用逆流布置或T型布置篦冷機(jī)篦床的篦板排列要進(jìn)行調(diào)整，不能完全采用順流布置的篦床，這一點(diǎn)對于要改造的生產(chǎn)廠家要格外注意。
三、篦床運(yùn)動(dòng)速度
篦冷機(jī)篦床運(yùn)動(dòng)為往復(fù)運(yùn)動(dòng)軌跡，往復(fù)行程120～130mm，運(yùn)動(dòng)速度單位為次/min，一般運(yùn)動(dòng)速度在5～20次/min之間，具體計(jì)算公式如下:
（1）計(jì)算熟料流量：W=G/1.44γ（W———熟料流量，m3/min；γ———熟料密度，kg/m3。）
（2）計(jì)算篦冷機(jī)在進(jìn)料端的推料量：F=BShη
（F———推料量，m3/沖程；S———行程，m。h———料層厚度，m；η———輸送效率，%。）
（3）計(jì)算篦床運(yùn)動(dòng)速度：V=W/F（V———篦床運(yùn)動(dòng)速度，沖程次數(shù)/min。）
篦床運(yùn)動(dòng)速度是一個(gè)經(jīng)常變化的參數(shù)，當(dāng)篦床上熟料量減少，料層減薄，就要放慢速度，保持篦床上有一定的料層厚度，若當(dāng)篦床上的熟料量增加，料層增厚，就要加快篦床運(yùn)動(dòng)速度，加快排料量，恢復(fù)原料層厚度。一般篦床運(yùn)動(dòng)速度由中控室控制。
四、傳動(dòng)功率
一般中小型篦冷機(jī)均為一段篦床，傳動(dòng)功率在22～35kw之間，大型篦冷機(jī)一般分二段或三段篦床，傳動(dòng)功率在30～45kw之間。2000t/d規(guī)格篦冷機(jī)采用一段篦床，傳動(dòng)功率在55kw左右，篦床傳動(dòng)功率計(jì)算公式:P=VAU0/12.44(P———篦床傳動(dòng)功率，kw；UO———綜合料層厚度和換算系數(shù),0.24+0.0011h；h———料層厚度，mm。)
電機(jī)的選擇：（1）電機(jī)轉(zhuǎn)矩的校核:T=9550P/n （2）電機(jī)功率的校核:N=KP(T———電機(jī)轉(zhuǎn)矩，N.m；N———電機(jī)功率，kw；n———電機(jī)轉(zhuǎn)速，r/min；K———工況系數(shù)。)
五、熟料在篦冷機(jī)里的停留時(shí)間
熟料從窯口落人篦冷機(jī)內(nèi)到從篦冷機(jī)出口出來這段時(shí)間為停留時(shí)間，停留時(shí)間與出料溫度，冷卻效率有關(guān)，一般為保證出料溫度低于100℃，廢氣排放溫度低于300℃，，必須要保證熟料在篦冷機(jī)里有一定的停留時(shí)間，控制停留時(shí)間主要是控制篦床運(yùn)動(dòng)速度，熟料在篦冷機(jī)的停留時(shí)間:T=BLγh/W(T———熟料在篦冷機(jī)里的停留時(shí)間，min。)
六、篦冷機(jī)風(fēng)量、風(fēng)壓的配置
篦冷機(jī)同單冷機(jī)比較最大的優(yōu)點(diǎn)就是篦冷機(jī)是強(qiáng)制通風(fēng)，強(qiáng)制冷卻，所以出料溫度低，熟料質(zhì)量好。
篦冷機(jī)所配風(fēng)機(jī)的風(fēng)量和風(fēng)壓是一個(gè)重要參數(shù)，它關(guān)系到出料溫度，廢氣溫度，二、三次風(fēng)溫度等參數(shù)的變化。所以多年來人們一直在探討這一問題。
關(guān)于篦冷機(jī)風(fēng)量的選擇，一般采用風(fēng)載這一概念———每分鐘每平米篦床面積承載風(fēng)量。在第二代篦冷機(jī)風(fēng)量設(shè)計(jì)上，美國FULLER公司曾提出一臺篦冷機(jī)在標(biāo)準(zhǔn)條件下的平均風(fēng)載在95～85m3/m2.min（有效面積），最大設(shè)計(jì)風(fēng)載為115m3/m2.min。相鄰風(fēng)室最大風(fēng)載差為15m3/m2.min。
關(guān)于風(fēng)壓的設(shè)計(jì)，美國FULLER公司提出計(jì)算公式：
P壓=6.9308×10-5Q2×（1.28h）(P壓———篦冷機(jī)某一風(fēng)室的壓力降，mmH2O；Q———某一風(fēng)室對應(yīng)的篦床風(fēng)載，m3/m2.min；H———料層厚度，mm。）
上述公式僅限于第二代篦冷機(jī)，對于第三代篦冷機(jī)意義不大。
關(guān)于第三代篦冷機(jī)風(fēng)量的選擇觀點(diǎn)不一，有人認(rèn)為第三代篦冷機(jī)風(fēng)載應(yīng)大于第二代篦冷機(jī)風(fēng)載，即最高設(shè)計(jì)風(fēng)載為130m3/m2.min。
筆者認(rèn)真研究了第三代篦冷機(jī)風(fēng)量風(fēng)壓配置，認(rèn)為應(yīng)遵循“高風(fēng)壓，低風(fēng)量”的原則，即入料端高風(fēng)壓在11000～12000Pa之間，風(fēng)載在100～110m3/m2.min之間。
在冷卻空氣穿過料層時(shí)，熱量從物料傳遞到空氣中，使空氣擴(kuò)散。因此在入料端有較高的空氣壓力，以保持空氣應(yīng)有的流動(dòng)。
第三代篦冷機(jī)采用高阻力篦板，篦板阻力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于普通篦板，空氣穿過篦板縫隙產(chǎn)生速度達(dá)到40m/s，通過實(shí)驗(yàn)可知，當(dāng)速度達(dá)到一定時(shí)，篦床壓力再增加，風(fēng)速不發(fā)生變化，這就告訴我們穿過高阻力篦板的冷風(fēng)，繼續(xù)穿過料層時(shí)，風(fēng)速變化很小，結(jié)果為通過篦床上的冷風(fēng)速度均勻，冷卻速度均勻。所以不需要太多的風(fēng)量。
單位熟料用風(fēng)量小，是考核篦冷機(jī)的一個(gè)重要指標(biāo)。一般較先進(jìn)的篦冷機(jī)要求單位熟料用風(fēng)量小于2.0Nm3/kg。所以采用科學(xué)的配風(fēng)方法，以保證篦冷機(jī)熟料能正常冷卻，盡量減少篦冷機(jī)的總供風(fēng)量，可以保證減少窯頭，窯尾排風(fēng)機(jī)和收塵器的處理風(fēng)量，提高二、三次風(fēng)溫，有利于改善煤粉的燃燒環(huán)境，加快煤粉在窯，爐內(nèi)的燃燒速度。
天津水泥工業(yè)設(shè)計(jì)院熊會(huì)思先生在他著的《新型干法燒成水泥熟料設(shè)備設(shè)計(jì)、制造、安裝與使用》一書中針對篦冷機(jī)的風(fēng)壓、風(fēng)量的設(shè)計(jì)進(jìn)行了論述，對第二代篦冷機(jī)：
（1）風(fēng)量計(jì)算：Qi=60FVi （Qi———篦冷機(jī)各風(fēng)室的風(fēng)量，m3/min；F———篦冷機(jī)篦床有效面積，m2；Vi———通過篦床上熟料層空氣速度，m/s。）
（2）風(fēng)壓計(jì)算，風(fēng)機(jī)的靜壓額定值要大于或等于通過篦板壓力降和通過熟料層壓力降：△P=△Pg+△Pcl （△P———風(fēng)機(jī)靜壓額定值，mmH2O；△Pg———空氣通過篦板的壓力降，mmH2O；△Pcl———空氣通過熟料層的壓力降，mmH2O。）△Pg=V2通孔γ空氣／2g （V通孔———通過篦板通孔的風(fēng)速，m/s；γ空氣———空氣密度，kg/m3；g———重力加速度，m/s2。）
△Pcl=0.25Vi2h 選用風(fēng)機(jī)壓力為：P風(fēng)機(jī)=1.5△P
對第三代篦冷機(jī)而言，熊會(huì)思先生認(rèn)為在熱回收區(qū)高阻力篦板的風(fēng)載大大低于第二代篦冷機(jī)的風(fēng)載。壓力設(shè)計(jì)可仍采用△P=△Pg+△Pcl公式，只是V通孔的數(shù)值不同，這樣計(jì)算出的P值大約在11000Pa左右。
上述理論僅限于在一般平原地區(qū)，若在高海拔地區(qū)情況就發(fā)生變化了，由于高海拔地區(qū)氣壓低，空氣體積增大，所以在篦冷機(jī)的設(shè)計(jì)上和風(fēng)量風(fēng)壓配置上就要遵循下列規(guī)則：
（1）在高海拔地區(qū)遵循下列公式:VH=V0PO/PH ， QH=Q0PO/PH， HH=H0P0/PH, NH=N0（P0/PH）2 ， γH＝γ0PH/P0（VH———H高度的風(fēng)速，m/s；V0———海平面高度的風(fēng)速，m/s；P0———海平面高度的氣壓，Pa；PH———H高度的氣壓，Pa；QH———H高度的風(fēng)量，m3/s；Q0———海平面高度的風(fēng)量，m3/s；HH———H高度的阻力降，Pa；H0———海平面高度阻力降，Pa；NH———H高度風(fēng)機(jī)軸功率，kw；N0———海平面高度風(fēng)機(jī)軸功率，kw；γH———H高度空氣密度，kg/m3；γ0———海平面高度空氣密度，kg/m3。）
（2）在篦冷機(jī)設(shè)計(jì)上有三種方法
①保持篦冷機(jī)規(guī)格不變（篦床面積不變），保持氣體質(zhì)量流量不變，這時(shí)就需要加大風(fēng)量，增加空氣體積流量，增加的空氣量為P0/PH，這是常用的方法。
②適當(dāng)加大篦冷機(jī)規(guī)格，保持空氣流體阻力不變，這時(shí)保證風(fēng)速VH=V0（P0/PH）1/2，空氣流量增加P0/PH倍，篦冷機(jī)篦床面積增加（P0/PH）1/2倍。
③篦冷機(jī)篦床面積變化完全等同于風(fēng)量的增加，即保持海平面高度的風(fēng)載與H高度的風(fēng)載相同，這時(shí)需保證風(fēng)速VH=V0，則風(fēng)機(jī)的功率不變，壓力降為HH=H0γH/γ0。
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