应用变频技术改造水泥熟料篦冷机的节能效果

田 艺

（合肥水泥研究设计院有限公司，安徽 合肥 230051)

0 引言

水泥熟料篦冷机在水泥生产期间，作为热工设备能够快速降低熟料温度，同时还可以承担起加热升温入窑风的功能。此外，水泥熟料篦冷机作为工艺装备，可以在最短时间内降低高温熟料温度，回收出窑熟料携带的热量。在输送高温熟料期间，冷却高温熟料便于熟料存储和输送。

1 国产第三代篦冷机的结构特点

篦冷机高温区域在回收热量的时候，采用活动充气梁和固定充气梁完成；在中温区域范围内回收热量的时候，采用高阻尼低漏料篦板完成；在低温区域范围内回收热量时，采用富勒改进型篦板完成。与此同时，在实际操作厚料层期间，篦冷机的结构上主要是将高阻尼充气式篦板安装在充气梁上，固定式分配风管通过固定式充气梁完成篦板供风，活动式充气梁篦板供风是通过金属挠性软连接风管、关节式活动风管、活套式分配风管等完成，高阻尼低漏料篦板与富勒改进型篦板的供风，则是需要依靠篦冷机控制室完成供风。

相较于第二代篦冷机，第三代篦冷机具有以下特点：

（1）增加了料层的厚度。在第三代篦冷机设备使用期间使用高阻尼技术、充气梁技术以及高压风机技术，能够显著强化熟料冷却风穿透能力，从而使得篦床上的熟料可进行厚料层操作。

（2）高温区域的风机风压得以增加。在第三代篦冷机设备中采用了充气梁技术和高阻尼篦板，使得供风的风压获得增加。一般情况下，风压维系在8000Pa 到12000Pa 之间。第三代篦冷机在运转过程中，高风压呈现出水平风向，并且风压将篦板射穿以后快速将高温熟料冷却。

（3）降低总风量。第三代篦冷机在使用期间选择使用了高阻尼篦板，该篦板所产生的阻力是第二代篦冷机篦板所不能比拟的，当篦板缝隙中有空气穿过的时候，其速度将会达到40m/s。通过实验结果得知，当空气穿过篦板缝隙时的速度保持一定的时候，将会增加篦床上物料的压力，风速将不会再次产生变化。这种现象告诉我们，冷风穿过高阻力篦板以后，会继续穿过料层，风速呈现出比较小的变化，其结果便是篦床上具有比较均匀的风速和冷却速度，可见不能有太多的风量。第三代篦冷机采取的是新型篦板，可以十分准确的将空气予以冷却，而高压风机的大量使用，将会降低总风量。

（4）显著提升二次风的温度值，使得篦冷机热效率增加。二次风的温度在二代篦冷机下，一般将会达到600℃到900℃之间。在三代篦冷机下，其温度普遍会达到1000℃到1200℃之间，可使添加的煤粉被快速燃烧，增加系统产量。

（5）降低漏料量。篦板在设计期间外形和尺寸要十分精确，可减少篦板的漏料情况，优化与改进结构缝，大幅度降低篦床漏料量。

（6）降低单位电量消耗。处理漏料和漏风的工作量降低，也使得冷却风量降低，在保持产量一定的前提之下，单位耗电量就会有明显的下降。

2 水泥熟料篦冷机存在的问题

（1）二次风温度较低，助燃效果差，使得窑对煤炭的适应能力下降。当煤炭的质量发生变化的时候，燃烧速度降低，影响窑的操作，难以提起烧煤温度，导致工作人员大量的添加煤炭。烧成带向后发生移动，难以集中高温区域，产生的粉料多[2]。

（2）高温段水泥熟料篦板和支撑梁被严重烧蚀，造成维护设备的费用增加。高阻力篦板与充气梁应用期间容易发生问题，难以起到骤冷作用，熟料不能快速冷却，加重了钢板熟料磨损和侵袭篦板的程度，即使设备具有再好的制作材质，也不能实现长期运行。近年来耐热材料成本增加，使得维修成本增加。

（3）熟料泄漏量大。在极端情况下会造成熟料持续泄漏，造成支撑设备和篦板梁被烧坏[3]。篦床漏料的位置严重漏风，造成跑风问题严重，不能充分冷却熟料。下料斗有较多积灰，频繁开启卸灰阀易造成故障，检修难度大。

操作篦冷机的主要目的是为了将冷却效率提升，使冷却机熟料温度值下降，延长篦冷机的使用寿命，提升热回收率。严格控制篦板的使用周期，在篦板使用期间要杜绝出现关风热料和关风推料等操作，特别是篦冷机篦床上的熟料清理期间，要保持风机打开以后再推篦床。为了在紧急情况下安全运行并保护好篦冷机设备，可以将保护电源连接入一室风机中，保证篦冷机在紧急停机前，高温区域的篦板有冷却风机予以保护。

3 水泥熟料篦冷机变频改造原理

篦冷机阀门调节与调速的工况趋势图见图1。

图1 篦冷机阀门调节与调速的工况趋势图

在图1 中，曲线R1为管网理想阻力，R2为阀门调节以后的管网实际阻力。n1为50Hz 下篦冷机鼓风机满负荷运行性能。n2和n3为在变频运行状态下的不同频率运行曲线。

调节阀门时，由于要将流量降低，阀门关小，增加阀门阻力，此时阻力曲线将会从R1位置移动到R2位置，全压值则从原来的H0移动到H1，运动工况从D 点位置移动到A 点位置，流量值则从Q0点移动到Q3点。在调节调速前，R1阻力曲线是保持不变的，转动速度决定着篦冷机鼓风机特性曲线趋势，若是将转动的速度从n1下降到n3，那么特性曲线也与其保持相同的移动趋势。在实施计算的时候，A 点位置和C 点位置的篦冷机鼓风机的轴功率关系表达式如下：

公式（1）和公式（2）中：

换言之，在流量控制的时候选择使用阀门，将会浪费掉ΔP 的功率。与此同时，随着不断关小阀门，损耗的功率将还会不断增加。利用变频调节，转速、功率、全压以及流量之间的关系如下：

上述公式可以概括为流量和转速一次方程正比关系，全压与转速平方成正比关系，轴功率与转速立方成正比关系，简而言之，对水泥熟料篦冷机鼓风机采取变频技术改造，可以降低电力资源消耗，实现能源资源节约的目的。

4 篦冷机直流电机交流变频改造

4.1 篦冷机直流电机耗能情况介绍

许多第三代篦冷机水泥生产企业传动设备仍在使用直流传动方式，主要是直流传动调速性能良好。但是这种设备结构复杂，维护电刷和整流子时尤为困难，且购买价格昂贵，对使用环境有着很高的要求，若是在使用期间发生损坏，需要预留很长的时间进行设备维修，直接或间接造成水泥生产企业经济损失。可见该设备节能效果相对较差，在水泥生产企业生产期间，需采取创新性方案提升效率[4]。

4.2 篦冷机直流电机交流变频改造

通过实践结果证明，变频处理技术能大幅度缩短停机时间，使水泥生产企业损失降低。变频调速利用交流电动机定子供电频率改变以实现转速同步，达到调节交流电机转动速度的目的。其调速范围宽、平滑性好和优秀的静态特性与动态特性，使得该调速手段成为最好的高性能和高效率手段。在进行变频调速期间，电动机的转速从高速度转变为低速度，转差率始终保持在最小的数值，异步电动机具有很高的功率因数。在当前水泥生产企业中，篦冷机电动机仍旧基本采用直流电机拖动，在后续改造期间，可以基于企业生产实况调整方案，采用交流变频拖动技术。

5 变频技术应用效益分析

5.1 节能减排，降低水泥生产企业能耗

在生态环保理念下，积极谋求生产工艺变革势在必行，企业内部积极贯彻可持续发展理念，横向对比、对标管理，积极寻求最佳的能源节约方案。篦冷机与变频技术结合，可以实现能源合理利用，使得各类能源资源按需供应，节省企业维修设备成本支出。

5.2 增加产品产能

水泥价格上涨成为当前水泥市场最为明显的变化特征，面对庞大的消费市场，水泥生产企业都开足马力，不断拓展生产产能，谋求更大利润[5]。企业在国家限制生产线大肆扩张的前提下开展生产，可通过变频技术优化篦冷机能力，进而增加产量。

6 结束语

水泥生产企业作为高能耗、高污染行业，在工业生产领域是节能减排监督的重点。水泥熟料篦冷机改造应用变频技术，可显著提升企业节能效益。通过变频技术调节篦冷机鼓风机阀门，合理控制流量风压，提高调速精准度，获得较快响应速度，实现工艺优化，保证资源合理使用。采用交流变频技术，可以缩短设备维护时间，提高产量，实现能源资源节约，延长设备使用寿命。