赵光平

摘 要：随着水泥制造业的不断发展，水泥篦冷机也不断地进行结构优化。篦冷机作为水泥生产过程中最关键的热能回收设备，对水泥的生产起着至关重要的作用。本文以当前应用最为广泛的第四代篦冷机为研究对象，简要阐述了第四代篦冷机的技术特点，并对第四代篦冷机的结构与升级改造进行了简单的探讨。

关键词：篦冷机；技术特点；结构特性；结构优化

中图分类号：TQ172 文献标识码：A

目前，在新型干法水泥生产过程中所采用的主流机型为第四代水泥篦冷机。在水泥生产过程中，篦冷机不仅能有效降低水泥熟料的温度，还能将熟料散发的热量进行有效的回收利用。篦冷机可以将熟料散发的热量以二次风、三次风的形式分别供窑内煅烧、分解炉预分解以及通过余热的形式供发电使用或作为生产线上煤磨烘干的热源。在可持续发展不断推进的过程中，如何保证水泥篦冷机的高效冷却率、高效热回收率、高效运转以及降低水泥生产成本，是当前各个水泥制造企业根据各自实际情况进行相应改进和优化的研究重点。因此，本文就针对目前常见的第四代水泥篦冷机的特点及结构优化进行简单的探讨，以进一步促进水泥制造业的发展。

1.第四代篦冷机的技术特点

纵观篦冷机的发展，最具代表性的第四代篦冷机主要有史密斯公司的Cross-Bar篦冷机和富士-摩根的步进式篦冷机两类。本文就以这两类最具代表性的第四代篦冷机为例，对其技术特点进行简要阐述。

Cross-Bar篦冷机是史密斯公司研发的最早的第四代篦冷机，其技术特点主要有以下几点：（1）采用了全固定的篦床，有效避免了常见的漏料和漏风的问题。（2）采用专门定制的三角断面推杆系统进行熟料推动输送，该推杆系统不仅能够实现熟料推动输送功能与冷却功能的相互独立，而且可利用推杆的不断搅动功能有效解决了熟料细颗粒富集的区域容易结块的问题，使得熟料的冷却效果得到进一步优化。（3）Cross-Bar篦冷机的模块化设计更加便于进行设备的安装和维护，而且该篦冷机的每块篦板均设有新颖巧妙的自动平衡流量阀，可在一定的工作压力范围内实现每块篦板空气流量更加精确的自调节。虽然Cross-Bar篦冷机在技术上进行以上几点的技术创新，但是在研制的早期，Cross-Bar篦冷机在技术上也存在一些问题，如流量自动调节阀易失效、液压系统漏油、熟料输送装置易损坏等问题。经过不断研究，史密斯公司在2010年研制出了新型十字棒式冷却机，对其推杆结构和尺寸进行了优化改进，同时也对润滑系统和驱动装置进行了优化。新型十字棒式冷却机的主体改为水平，同时增大了篦板尺寸，并在进料端对空气炮和搅动装置等进行了优化配置，使得熟料冷却效果和热量回收效果更好，设备运行更加稳定、可靠。

富士-摩根的步进式篦冷机的主要技术特点有：（1）采用移动地板式结构，不设退料装置，利用连杆机构带动篦床多列篦板的“同进错退”运动来实现熟料输送动。（2）步进式篦冷机也采用了模块化设计和自调节流量阀。与Cross-Bar篦冷机相比，步进式篦冷机采用单端篦床且无搅动设施，导致料层控制机动性差，当熟料结粒情况差时，该篦冷机的冷却效果就会受到很大的影响。目前我公司采用的篦冷机属于步进式，这类篦冷机在技术上仍然存在一些问题，如驱动装置要求高、驱动装置润滑点过多、空气调节阀易失效、液压缸漏油等问题出现较频繁。由此可见，对第四代步进式篦冷机的结构进行优化改造是非常有必要的。

2.第四代篦冷机的结构与升级改造

2.1 结构特性

第四代水泥篦冷机的结构特性主要包括以下几点：（1）增加了余热发电装置，第四代篦冷机余热供应系统与窑头、窑尾的余热发电装置实现了配合使用。在未安装余热发电时，篦冷机的三次风的一部分供预热器及煤磨的烘干后，其余热就混入冷风，待降温到一定温度后经收尘器将废气排掉，而且废气在排出时仍具有较高的温度，其余热不能得到更好的利用。在安装余热发电装置后，便可在篦冷机中部取热风用于余热发电，在降低尾部废气温度同时还节约了发电煤粉的用量。（2）破碎机改造，第四代篦冷机在篦床中采用辊式破碎机，以替换尾部锤式破碎机。通过改造，大的熟料块在篦冷机中部就可将其破碎到25mm以下，使得料块内部的热量能够得到有效的回收，同时也降低了篦冷机尾部废气温度和粉尘的浓度。第四代篦冷机选用的辊式破碎机一般具有一年以上的破碎寿命，可以满足回转窑的检修周期要求，不用在回转窑运转期间对篦冷机的破碎机进行检修，提高了设备整个生产系统的运行效率。（3）篦板结构改进，第四代篦冷机采用焊接结构的优质固定篦板。在实际生产过程中，优质固定篦板能更好的控制篦缝的大小，减小了篦板质量对熟料冷却效果的不利影响，使得风量在篦床上的分布更加均匀，可以有效地控制“红河”现象的发生。优质篦板对当前的铸造技术提出了越来越高的要求，面对当前高质量篦板的铸造技术不够成熟、成本较高、质量不稳定等问题，对第四代篦冷机采用的焊接篦板进行适当地改进，首先选用耐磨钢板，并将其折成U型结构，再通过焊接技术将U型篦板焊接成篦缝为竖向凹槽式，将篦缝风道改为迷宫式结构，并采用激光切割的横向耐磨隔板对篦缝的大小进行更加精确的控制，以确保风量的分布更加均匀。（4）在改进的篦板下方安装自动空气流量调节阀，进一步提高冷却风的利用效率，在保证高效降温的同时，减少冷却风量的用量，减少供风机的电量消耗。（5）通常在篦床的上方常常存在一些相对固定的死料层，使得优质篦板能有效避免高温热熟料的侵蚀，对篦板起到了良好的保护作用，大大增加了篦板的使用寿命，同时也节约了设备零件更换的材料费和人工费。（6）第四代篦冷机在结构上采用了模块化的设计和安装，进一步提高了各部件的制造精度和安装精度，同时也大大缩短了技改现场施工的周期。

2.2 升級改造方案

结合第四代篦冷机目前的结构特性与实际生产过程，对第四代篦冷机运行过程进型相关的分析，并对第四代篦冷机的运行过程进行一定的升级改造，改造主要有以下几点：

（1）篦冷机内部的熟料输送过程及操作控制，对篦床进行一定的改造，采用多行相独立的输送道梁，实现各行篦速的单独调整。在熟料的输送首先由多行输送道梁一起以一定的推动速度，把熟料向前推移到一个程距，随后各道梁逐个快速交替返程，利用两侧面的阻碍和惯性力使熟料在向前推移一定的距离，以满足熟料运动输送的目的。篦床采用平行输送道梁整行式输送结构后，每行输送梁的篦速可单独进行调整，保证了料层厚度分布更加均匀。多行相独立的输送道梁工作的受力主要只在篦床向前推进时，料层受到篦床推动力和进口端输送熟料的推力，同时在篦冷机侧壁熟料还受到一定阻力的影响。

（2）篦冷机供风系统设计与操作，供风系统的设计与熟料冷却效果和系统能耗有着直接的关系。篦冷机在工作中，由于其篦床上输送的熟料层厚度基本相同，在每块篦板下配置一个自调节流量控制阀，利用阀板在流体中的重力与浮力相平衡原理，实现阀体过流面积的自动调节，进一步确保熟料在篦床中供风的均匀性。

（3）熟料冷却过程改造，熟料在水泥篦冷机中的冷却过程比较复杂，其控制难度也较大。熟料的冷却过程近似固定篦床中气固相流之间的热交换过程，因此，可通过对这一热交换过程进行相应的研究，进一步分析篦床层中熟料及气体的温度变化规律，实现熟料冷却过程更加有效的控制。将篦冷机的换热过程进行简化，并对整个篦冷机系统进行一定理想化假设，在充分虑熟料的物理几何特征的条件下对熟料床层进行相应的网格划分，每一个网格作为一个换热单元，建立篦冷机熟料与空气换交热过程的模型，并进行模型计算，通过相关的参数调整，使得模型更加贴近实际生产，最后利用模型分析计算的结果知道实际生产，以确保冷却过程更加高效。

结语

随着国家“节能减排”战略目标的进一步推进，对水泥篦冷机提出了更高的要求。第四代篦冷机通过结构优化和改造升级，大大提高了冷却率、热回收率，在确保设备高效运转的同时进一步降低了水泥生产成本，为水泥制造企业带来更大的经济效益，促进水泥制造业的进一步发展。

参考文献

[1]刘渊，蔡玉良，孙德群，等.NC型第四代篦冷机结构特性研究[J].中国水泥，2014（7）：75-79.