技术 | 篦冷机堆雪人问题分析及解决方案
前言
篦冷机作为水泥烧成系统的主机设备之一，承担着对熟料的冷却、系统热回收、输送和破碎等主要功能。第四代篦冷机由于其良好的系统性能指标与优秀的机械性能，得到了众多水泥厂业主的青睐。目前，国内已有多台不同品牌型号的第四代篦冷机投入生产运行。通过多个项目现场调研，发现不同品牌型号第四代篦冷机整体运行良好，但是由于每个现场的水泥生产工艺的差异与操作方法的不同，个别项目现场存在堆雪人的问题。本文通过总结，分析堆雪人问题产生的原因，并给出改造方案与整改建议。
“堆雪人”现象是篦冷机内常出现的一种工艺问题。“雪人”是指熟料从回转窑窑口落到固定篦床上没有及时被输送走，在篦板上长时间堆积形成的大块堆积料。“雪人”形成以后，严重影响固定篦板的通风状态，导致熟料不能及时冷却，表现为二次风温较低，三次风温较高，影响窑内通风、入窑二次风风量和风温，熟料冷却效果变差，熟料温度较高，严重破坏烧成系统的稳定性。
“雪人”的形成大致可以归纳为三方面的原因：进窑生料成分影响、操作不当和固定篦床结构或者配风问题。
通过多个现场对比发现，进窑生料的化学成分跟“雪人”形成有最直接的关系。首先，当生料中碱含量过高或者铝率(珊)过高时，熟料表面张力大幅度下降，结粒较差，飞砂料严重，熟料立升重也出现较为明显的下降，这种状态为“雪人”的形成提供了有利的条件；其次，入窑空气不足或者用煤量较大，导致煤粉不能在窑内充分燃烧，造成煤粉在篦冷机的二次燃烧，最后，煤粉中有害成分S和Al₂O₃都会对熟料结粒与黏度产生较大影响，导致液相量增多。因此，在满足生产需要时的情况下相应地调整配料，保持生料较高的饱和比，再提高SM，降低IM，尽量适应煤质的变化，缓和煤灰的影响，使用高硅率配料，从物料的成分因素上减轻堆“雪人”现象。
操作不当也是引起堆“雪人”的重要原因。多数第四代篦冷机采用厚料层操作，正常运行时活动篦床熟料厚度能达到600～1000mm。活动篦床料层维持一定的厚度在某种程度上可以保证固定篦床上的熟料厚度，避免窑口落下的高温熟料与篦板直接接触生根，大大减小了堆“雪人”的可能性。固定篦床风机使用过大，固定篦床上积料比较薄时，熟料很容易吹穿，造成熟料急冷效果不好，同时大量冷风混入窑中，造成二三次风温偏低以及煤粉燃烧不充分，很容易造成飞砂料和堆“雪人”现象，因此，控制固定篦床风机适当的开度可以减少“雪人”的产生。
固定篦床结构和配风问题也是造成堆“雪人”的主要原因。熟料从窑口落下，直接散落到固定篦床上，固定篦床是熟料的直接受料区，篦床的结构对于熟料的冷却至关重要。经调查发现，多数堆“雪人”频繁的现场固定篦床的结构设置不是很合理。固定篦床的角度和风室分区，固定篦板的开孔率、出风角度、出风风量与风速、出风均匀性等都会影响固定篦床熟料的厚度和熟料的冷却效果。某公司的固定篦床根据需要将整个供风区域划分为多个小区域，每个分区单独供风，且每个分区的风量可手动调节，进而控制各区域的风量和风速，实现精准供风，优化空气分布，显著提高了热回收效率。同时固定篦板采用斜向上的出风形式，采用铸造与焊接相结合的制造工艺，篦板开孔率大大减小，篦缝的均匀性显著提高，篦板出风速度和阻力明显增大，固定篦板的料层厚度更容易得到保证，对于物料的适应性也更强，对于操作员的要求也较低。多数堆“雪人”频繁的现场通过改造，采用该公司的固定篦床结构后，堆“雪人”的次数明显减少。
对于清理“雪人”措施，目前主流的方法有两种，一种是空气炮装置，一种是配置液压系统的机械推雪人装置。
空气炮系统对于预防“雪人”的形成有很好的效果，对于小“雪人”也有一定的清理作用。通过观察现场堆“雪人”的情况，发现有些位置很容易形成雪人，因此有针对性的设置喷嘴可以发挥空气炮系统的最大作用。对于极容易堆“雪人”的地方，可以使用大冲击力的空气炮。多层次，无死角空气炮的布置可以有效的清除“雪人”，具体布置见图1。空气炮系统通常采用控制时间间隔的方式来实现“清堆”和预防“雪人”的作用，间隔时间可以根据现场实际情况进行设置，对于经常堆雪人的现场，可以每隔5～10min运行空气炮系统一次，对于偶尔堆雪人的现场，可以设置为手动模式，看到有小“雪人”形成或者有形成的趋势时，手动操作清除“雪人”。
图1 空气炮布置图
液压推杆装置是清除大“雪人”的最有效方式。液压推杆装置由阀板、支撑平台、壳体密封、托轮装置、导向轮装置以及液压系统等几个重要部件组成。阀板是液压推杆的核心部件，阀板端部采用耐热钢板焊接加工制作而成，精确地控制阀板尺寸，保证阀板与壳体密封的间隙，加上壳体密封装置，可有效减少漏灰、漏料；阀板里面浇筑耐火材料，保证阀板的强度与刚度，防止阀板受热变形；阀板尾部配有配重块，加上压轮装置，防止翘头现象发生。
目前阀板的最大有效行程达到1.2m，可满足各个现场的配置需求。液压推杆装置多采用倾斜安装的方式，倾斜角度与固定篦床角度相同，距离固定篦板的高度大致为300～400mm，对于在行程范围之内的“雪人”，液压推杆装置可一次性将其从根部推倒，对于超过有效行程的“雪人”，采用多次反复运动的方式将其清除，通过多次的反复运动，阀板通过挤压物料进而推动“雪人”，“雪人”一旦脱离固定篦床，就会被活动篦床输送到破碎机。
目前，通常采用空气炮系统和液压推杆装置相结合的方式，液压推杆装置负责清理大块料和大的“雪人”，空气炮系统布置在液压推杆的行程范围之外，负责预防“雪人”的形成和和清理小“雪人”，两者相互配合，基本解决了雪人的清理问题。
除了上述主流的两种方法外，还有在固定篦板下增设喷吹系统的措施。每个固定篦板下全部设有特殊的双路阀门，正常情况下，篦板正常供风；需要的时候，又可以通过转换阀门，空气炮通过篦板进行喷吹动作。这种方法在一定程度上起到了清理“雪人”的作用，但是对于大的“雪人”效果不佳。同时空气炮工作时，会将篦板上的熟料全部吹走，使篦板直接裸露，增大了高温熟料与篦板的接触机会，进一步加剧了“雪人”的形成，同时影响系统的稳定性，存在一定的弊端。
固定篦床采用马蹄形的浇注料更利于熟料在篦板上的均布。经各个现场观察总结，马蹄形的斜坡上比较容易堆积“雪人”，因此尽可能的将斜坡的角度加大，尽量大于物料的休止角，更有利于物料的输送，减少物料的堆积。在加大斜坡角度的同时，减小固定篦床马蹄形头部缩口尺寸，也有利于物料的分布，减少堆雪人的频率。目前6000t/d熟料生产线的缩口只有2600mm，然后逐渐扩展到4800mm，经多个现场实践证明，减小缩口尺寸确实可以减小堆雪人频率。
由于篦冷机运行环境复杂，每个项目生料成分差异较大，水泥生产工艺也不尽相同，所以造成篦冷机堆“雪人”的原因也各不相同。每个项目应根据实际情况逐个调整，排除各方面的原因，找到堆“雪人”的关键，才能彻底解决问题。治理篦冷机堆雪人应以预防为主，处理为辅。良好的结构设计，合理的生料配料比，正确的操作方法是保证篦冷机不堆雪人的关键。