针对“红河”现象的冷却机机械改造

2016-07-01戴军康合肥水泥研究设计院安徽合肥230051

新世纪水泥导报 2016年1期

戴军康合肥水泥研究设计院，安徽　合肥　230051

针对“红河”现象的冷却机机械改造

戴军康
合肥水泥研究设计院，安徽合肥230051

摘要“红河”现象的产生很容易被认为与篦冷机篦床上的阻力分布有关。针对“红河”现象的冷却机机械改造方法是：消除熟料在落料急冷中的离析现象，冷却机高温端采用马蹄形结构设计；将二室的固定梁改为充气梁结构设计，由于采用充气梁结构对篦板供风，具有针对性的强制供风效果；在篦床上适当位置增加“桥板”。

关键词“红河”现象离析马蹄形结构充气梁“桥板”

0　引言

在预分解窑水泥的生产中，在篦床上熟料层的细料侧，从进料至出料段呈现一条高温熟料红料带，俗称“红河”（见图1）。浙江某水泥厂的篦床就经常出现这种“红河”现象，影响了熟料的冷却和冷却机的热回收效率，使得出料温度较高，加快了篦板的磨损。在对该厂冷却机的改造中，“红河”问题需首要解决。但“红河”问题不仅与工艺设计、操作控制有关，还与冷却机结构有关。本文仅针对“红河”现象的冷却机机械改造进行介绍。

图1　“红河”现象

1　“红河”的形成原因分析

物料在窑内煅烧，受离心力的作用会产生离析。当熟料从窑头落至篦床上时，大颗粒集中在一侧，细颗粒集中在另一侧。当窑转速较快且窑内细颗粒熟料较多时，细颗粒集中在一侧的现象尤为明显。其中粗料侧的风阻较小，细料侧的阻力较大，这就导致冷却风从阻力较小的粗料侧跑掉，从而产生冷却风短路的现象，如图2所示，细料侧的熟料冷却效果差，高温熟料会加速篦板的磨损。

图2　冷却风短路示意图

由此可见，“红河”现象的产生很容易被认为与篦冷却篦床上的阻力分布有关，冷却风透过篦板的阻力通过以下公式来计算[1]：

Δ P=γλV2/2g

式中：Δ P—冷却风的阻力损失， Pa；

V—气体通过篦板出口的速度， m/s；

λ—熟料的阻力系数，其值大小确定于熟料结粒大小、熟料之间的缝隙率以及熟料的粘度大小等；

g—重力加速度，m/s2；

γ—冷却风的容重，单位kg/m3。

由该公式可知，冷却风透过料层的阻力值大小与冷却空气的容重、熟料的阻力系数、冷却风篦板出口的气流速度的大小有关。当冷却风通过篦板出口对高温熟料进行冷却时，由于两者之间存在较大的温差，冷却风和熟料之间产生热交换，熟料内的热量被冷却风带走，冷却风受热后其温度也相应升高，体积也随之增大，并提高风的流速。冷却风穿过熟料层的阻力大小与气流速度的平方成正比关系，而单位气体的密度则随着温度增加而减小，这就导致了通过熟料的气体阻力随着气体的温度增加的一次方关系增加。而当冷却风穿过温度较低的熟料层时，由于气流产生的温差较小，导致冷却风的温度增加较少，因此料层的阻力增加也较低，这就导致了冷却风容易从阻力较低区域料层穿过，在篦床上，冷却风的透过量越多，熟料的温度则越低。

当熟料从窑掉落到篦冷机固定端时，由于受到离心力的作用，熟料的分布产生离析现象，粗颗粒熟料集中在篦床一侧，细颗粒熟料集中在篦床的另一侧，篦床中部为粗细颗粒熟料混合区域，由于熟料颗粒粗细的不同，这就导致了熟料料层的风阻的差异。另外窑的转速较快且窑内烧成的细颗粒熟料较多时，粗细颗粒熟料分布在篦床两侧的现象就更加明显。

从篦冷机的横向方向上来看，空气阻力小的地方，冷却风多，冷却效果好，而空气阻力大的地方，冷却风量少，冷却效果差，这就导致了冷却风主要从风阻低的熟料层处通过，而风阻高的熟料部分则通过很少的冷却风，由于阻力高的地方冷却风少，熟料得不到较好的冷却。

在篦床的纵向方向上，熟料随着篦冷却机活动篦板的前后往复推动慢慢向前移动，在推动过程中，由于冷却风的作用以及熟料的移动，熟料颗粒分布虽然产生变化，但是变化不是很大，这时冷却机篦床的两侧会出现细颗粒的熟料在一侧形成一条带状分布，而粗颗粒的熟料在篦床另一侧也形成一条带状分布。熟料细颗粒间隙较小、粘度较高，产生的空气阻力较大，而粗颗粒熟料的间隙较大，产生的空气阻力较小，冷却风会较多地吹向粗颗粒熟料层，而细颗粒熟料层则得到很少的冷却风。由于细颗粒层处的冷却风量少而使得熟料得不到充分和及时地冷却，这就导致了细颗粒熟料层表面因为高温呈现一条红色的长河，而粗料侧由于得到了充足的冷却风，其熟料层表面呈现黑色。这就导致两侧的熟料呈现不同的颜色，形成一条从篦冷机的进口到破碎机出口的红色长河的现象。这就是“红河”现象产生的原因[2]。

2　针对“红河”现象的冷却机机械改造

“红河”现象产生的原因较为复杂，不仅和篦冷机本身结构有关，还和配料及熟料烧成系统的稳定与否有很大的关系，这些都将直接影响熟料的此问题结粒度及粘度，影响篦床上阻力的分布是否均匀。本文不多讨论，主要从机械设计方面来解决“红河”现象。

首先，消除熟料在落料急冷中的离析现象。熟料前端固定端老式的浇注料设计是两侧前后宽度一致，而此次改造冷却机高温端采用的是马蹄形结构设计，让熟料从前端落料端有一个由窄到宽的分布，这样可以有效地避免熟料分布不均，马蹄形结构设计见图3所示。

图3　落料端马蹄形结构设计

其次，改善高温端熟料的冷却效果：将二室的固定梁改为充气梁结构设计。采用充气梁结构对篦板供风，具有针对性的强制供风效果。

最后，由于篦床上容易产生“红河”现象，熟料得不到良好的冷却，所以在篦床上适当位置增加“桥板”，见图4。桥板是安装在活动篦板梁上不动的篦板，这样熟料经过该篦板时，因为该篦板不运动，无法将熟料往前推，导致熟料只能往中间集中，这样可以有效地减少细料侧的熟料的料层厚度，使得熟料更容易吹透料层，提高冷却效果。桥板的布置如图5所示。

图4　桥板结构示意图

3　改造后的效果

按照以上设计方法对篦冷机进行改造，并整体提高了一段篦床的风机压力，冷却效果更佳；一段篦床采用厚料层操作，料层厚度由原来的600 mm左右提高到800 mm左右，避免了熟料一边吹穿而另一边冷却不好的现象（注意：料层厚度的加厚，要避免细料侧通风的不畅。），消除了“红河”现象，熟料的冷却效果明显加强，热回收效率明显提高。改造前后主要指标如表1所示。