เครื่องทำความเย็นแบบตะแกรงในโรงงานปูนซีเมนต์: วิธีการทำงานและข้อมูลประสิทธิภาพ

A ตะแกรงเย็น คืออุปกรณ์ที่ติดตั้งที่ปลายทางออกของเตาเผาแบบหมุนปูนซีเมนต์เพื่อดับปูนเม็ดร้อน 1,300-1,400°C ลงไปต่ำกว่า 100°C ในเวลาเพียงไม่กี่นาที ในขณะเดียวกันก็ฟื้นความร้อนของปูนเม็ดเป็นอากาศเผาไหม้ทุติยภูมิและตติยภูมิสำหรับเตาเผาและเครื่องเผา เครื่องทำความเย็นแบบตะแกรงแบบลูกสูบสมัยใหม่บรรลุผลสำเร็จ ประสิทธิภาพการฟื้นคืนความร้อน 68% ถึง 86% ลดการสิ้นเปลืองเชื้อเพลิงโดยตรงและปรับปรุงความสามารถในการบดปูนเม็ด หัวข้อต่างๆ ด้านล่างนี้จะแจกแจงรายละเอียดอย่างชัดเจนถึงวิธีการทำงานของเครื่องทำความเย็นแบบตะแกรง เหตุใดประสิทธิภาพของเครื่องจึงแตกต่างกันอย่างมากในแต่ละโรงงาน และตัวเลขเฉพาะใดที่แยกเครื่องทำความเย็นที่ใช้งานได้ดีออกจากเครื่องที่เผาถ่านหินส่วนเกินอย่างเงียบๆ

Grate Cooler คืออะไร และทำหน้าที่อะไรได้จริง

เครื่องทำความเย็นแบบตะแกรงเป็นของกลุ่มเครื่องทำความเย็นแบบเติมอากาศ (AQC) และตั้งอยู่ด้านล่างของเตาเผาแบบหมุนในสายการผลิตปูนซีเมนต์สมัยใหม่ทุกสายการผลิต โดยดำเนินงานสามงานในเวลาเดียวกัน และทั้งสามงานมีความสำคัญเท่าเทียมกันต่อผลกำไรของโรงงาน

1. ทำให้ปูนเม็ดเย็นลงอย่างรวดเร็วจนถึงอุณหภูมิที่ปลอดภัยสำหรับการลำเลียง การจัดเก็บ และการบดขั้นปลายน้ำ
2. นำความร้อนสัมผัสของปูนเม็ดกลับมาและนำกลับไปที่เตาเผาอีกครั้ง อากาศทุติยภูมิ และไปยังเครื่องเผาเหมือน อากาศระดับอุดมศึกษา , การลดการใช้น้ำมันเชื้อเพลิง
3. ควบคุมอัตราการเย็นตัวอย่างใกล้ชิดเพียงพอที่จะแก้ไขโครงสร้างผลึกแร่ของปูนเม็ด ซึ่งกำหนดความแข็งแรงและความสามารถในการบดของซีเมนต์

การดับปูนเม็ดอย่างรวดเร็วแทนที่จะปล่อยให้เย็นช้าๆ จะให้คุณภาพโดยตรง: การระบายความร้อนอย่างรวดเร็วจะล็อคแร่ธาตุให้กลายเป็นโครงสร้างผลึกที่ละเอียดกว่าและมีปฏิกิริยามากกว่า และก่อให้เกิดรอยแตกจากความเครียดจากความร้อนในอนุภาคของปูนเม็ดด้วยตัวมันเอง ซึ่งช่วยปรับปรุงความง่ายในการบดวัสดุในโรงสีลูกกลมหรือโรงสีลูกกลิ้งแนวตั้งในภายหลังได้อย่างวัดผลได้ ในทางตรงกันข้าม เครื่องทำความเย็นแบบปูนเม็ดที่ทำงานช้าเกินไปจะทำให้เกิดผลึกที่หยาบกว่า ซีเมนต์ที่อ่อนตัวลง และใช้พลังงานการบดที่สูงขึ้นในกระแสน้ำ อิทธิพลของเครื่องทำความเย็นขยายเกินขอบเขตอุปกรณ์ของตัวเองไปมาก

วิธีการทำงานของเครื่องทำความเย็นแบบตะแกรงแบบลูกสูบทีละขั้นตอน

เครื่องทำความเย็นแบบตะแกรงแบบลูกสูบคือการออกแบบกระแสหลักที่ใช้ในโรงงานปูนซีเมนต์ส่วนใหญ่ในปัจจุบัน โดยแทนที่เครื่องทำความเย็นแบบตะแกรงแบบหมุนและแบบดาวเคราะห์เป็นทางเลือกมาตรฐานอุตสาหกรรมสำหรับเตาเผาทุกขนาด กลไกนี้มีความตรงไปตรงมาเมื่อแบ่งออกเป็นขั้นตอนทางกายภาพ

Clinker Bed และ Grate Motion

ปูนเม็ดร้อนตกลงจากทางออกของเตาเผาไปยังตะแกรง ซึ่งโดยทั่วไปแล้วจะก่อตัวเป็นชั้นวัสดุ ลึก 800 มม. ที่ทางเข้า และลดลงเหลือประมาณ 300 มม. ที่โซนทางออก . ตัวตะแกรงนั้นทำจากแผ่นตะแกรงแบบคงที่และแบบเคลื่อนย้ายได้สลับกันเรียงเป็นแถว อุปกรณ์ส่งกำลังขับเคลื่อนแผ่นที่เคลื่อนย้ายได้ในการเคลื่อนที่แบบลูกสูบในแนวนอน (กลับไปกลับมา) และการก้าวนี้จะผลักเตียงปูนเม็ดไปข้างหน้าไปทางปลายระบาย - กลไกเดียวกันนี้ยังพังทลายและพลิกอนุภาคของปูนเม็ดแต่ละอนุภาค ทำให้พื้นผิวใหม่สัมผัสกับอากาศเย็น แทนที่จะปล่อยให้การแลกเปลี่ยนความร้อนเกิดขึ้นเฉพาะที่ด้านบนและด้านล่างของเตียงเท่านั้น

การดับอากาศแบบ Cross-Flow

ใต้ตะแกรง ตัวทำความเย็นจะถูกแบ่งออกเป็นหลายช่อง โดยแต่ละช่องจะถูกป้อนด้วยพัดลมเฉพาะของตัวเองพร้อมใบพัดทางเข้าแบบปรับได้ อากาศเย็นโดยรอบจะถูกดันขึ้นจากด้านล่างตะแกรง ซึ่งตั้งฉากกับทิศทางที่ปูนเม็ดกำลังเคลื่อนที่ และไหลผ่านเตียงปูนเม็ดโดยตรง รูปทรงการไหลข้ามนี้ — อากาศเคลื่อนที่ในแนวตั้งในขณะที่วัสดุเคลื่อนที่ในแนวนอน — คือสิ่งที่ทำให้ตะแกรงทำความเย็นมีประสิทธิภาพมากกว่าการออกแบบแบบหมุนหรือสูบเดียวแบบเก่า โดยที่วัสดุและอากาศใช้เส้นทางการไหลเดียวกันและการแลกเปลี่ยนความร้อนค่อนข้างอ่อนแอ

โซนความร้อนสามโซนตามความยาวของคูลเลอร์

ขณะที่ปูนเม็ดเคลื่อนที่ไปตามความยาวของเครื่องทำความเย็น มันจะผ่านโซนที่แตกต่างกันตามการใช้งานสามโซน และการทำความเข้าใจว่าแต่ละโซนกำลังทำอะไรอยู่ จะอธิบายการแก้ไขปัญหาเครื่องทำความเย็นส่วนใหญ่ในภายหลัง

หลังจากเดินผ่านเตียง อากาศร้อนจะแยกออกเป็นกระแสที่ใช้งานได้ประมาณ: 15% กลับเข้าสู่เตาเผาเป็นอากาศทุติยภูมิที่อุณหภูมิประมาณ 1,050°C ประมาณ 22% ไปที่เครื่องเผาเป็นอากาศระดับอุดมศึกษา และส่วนที่เหลือจะกลายเป็นอากาศส่วนเกินที่ถูกกรองผ่าน ESP (เครื่องตกตะกอนไฟฟ้าสถิต) หรือถุงกรอง ก่อนที่จะระบายหรือป้อนหม้อต้มนำความร้อนเหลือทิ้งกลับมาใช้ใหม่

Grate Cooler รุ่นs: จากการออกแบบที่หนึ่งถึงสี่

เครื่องทำความเย็นแบบตะแกรงไม่ได้ทำงานเหมือนกันทุกเครื่อง และรุ่นเป็นตัวทำนายประสิทธิภาพที่ใหญ่ที่สุดตัวเดียว ซัพพลายเออร์อุปกรณ์ปูนซีเมนต์มักจะแบ่งเทคโนโลยีเครื่องทำความเย็นแบบตะแกรงออกเป็นรุ่นที่แตกต่างกัน โดยแต่ละรุ่นจะแก้ไขจุดอ่อนในการกระจายลมของรุ่นก่อนหน้า

การก้าวข้ามระหว่างรุ่นไม่ใช่เรื่องสวยงาม การแปลงเครื่องทำความเย็นแบบธรรมดาไปเป็นเทคโนโลยีลำแสงลมสมัยใหม่เพียงอย่างเดียวมักจะให้ผลสำเร็จ ปูนเม็ด 30-85 kcal/kg ประหยัดความร้อน ควบคู่ไปกับการไหลเวียนของฝุ่นที่ลดลงและการใช้อากาศเย็นที่ลดลง เครื่องทำความเย็นแบบคานขวางรุ่นที่สี่ที่มีการหมุนเวียนอากาศร้อนช่วยผลักดันประสิทธิภาพการพักฟื้นในอดีต 70% โดยการส่งเครื่องทำความเย็นร้อนกลับเข้าไปในเตียงแทนที่จะระบายอากาศ ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมพืชที่ใช้ตะแกรงธรรมดาในยุค 1990 จึงมีศักยภาพในการติดตั้งเพิ่มเติมบนโต๊ะได้เสมอ

เกณฑ์มาตรฐานประสิทธิภาพเชิงความร้อน: จริงๆ แล้วดูดีแค่ไหน

ประสิทธิภาพการพักฟื้น — สัดส่วนของความร้อนสัมผัสของปูนเม็ดที่ส่งกลับไปยังระบบเตาเผาในรูปของอากาศทุติยภูมิและตติยภูมิ — คือ KPI เดี่ยวที่สำคัญที่สุดสำหรับประสิทธิภาพทางเศรษฐกิจของเครื่องทำความเย็นแบบตะแกรง ช่วงที่เผยแพร่นั้นกว้างเนื่องจากขอบเขตการวัดที่แตกต่างกันระหว่างการศึกษาต่างๆ แต่รูปแบบด้านล่างยังคงสอดคล้องกันในแหล่งข้อมูลอิสระ

• เครื่องทำความเย็นแบบตะแกรงแบบธรรมดา: 60-65% ประสิทธิภาพการพักฟื้น
• เครื่องทำความเย็นแบบตะแกรงที่ทันสมัยได้รับการดูแลอย่างดี: 68-75% ประสิทธิภาพการพักฟื้น
• การออกแบบคานขวาง/พื้นคงที่ประสิทธิภาพสูง: 76-86% ประสิทธิภาพเชิงความร้อน
• พืชที่มีแผ่นตะแกรงที่ชำรุดและไม่ได้ถูกแทนที่: 58-63% — การลงโทษ 10 แต้มเต็มเทียบกับคูลเลอร์สมัยใหม่ที่วิ่งมาอย่างดี

การศึกษาภาคสนามในโรงงานปูนซีเมนต์ขนาด 5,000 ตัน/วัน พบว่าสมดุลความร้อนแบ่งออกเป็นประมาณดังนี้: อากาศทุติยภูมิและตติยภูมิจะพาความร้อนออกไป 50% , อากาศเสียที่ปล่อยออกมาคิดเป็นประมาณ 40%, ความร้อนสัมผัสของปูนเม็ดที่ถูกปล่อยออกมาอยู่ที่ประมาณ 9% และการสูญเสียการแผ่รังสี/พื้นผิวคิดเป็นไม่ถึง 1% ส่วนแบ่ง 40% ที่อยู่ในอากาศเสียเป็นสาเหตุที่ระบบการนำความร้อนเหลือทิ้ง (WHR) กลับมาใช้ใหม่จึงกลายเป็นการลงทุนมาตรฐาน กรณีที่ได้รับการบันทึกไว้กรณีหนึ่งแสดงให้เห็นว่าท่อขนาด 400 ตันต่อชั่วโมงสามารถแตะพลังงานที่นำกลับมาใช้ใหม่ได้ประมาณ 30.8 เมกะวัตต์จากไอเสียที่เย็นกว่าเพียงอย่างเดียว

การแปลเชิงเศรษฐกิจมีความตรงไปตรงมาและคุ้มค่าที่จะนำไปใช้ภายใน: แต่ละเปอร์เซ็นต์ของประสิทธิภาพการพักฟื้นที่ได้รับจะมีมูลค่าประมาณ 4-6 กิโลแคลอรี/กก. ปูนเม็ดในการประหยัดเชื้อเพลิง . ในระดับการผลิตโดยทั่วไป จุดเปอร์เซ็นต์เดียวนั้นมักจะเท่ากับต้นทุนเชื้อเพลิงต่อปีหลายแสนดอลลาร์ — กรณีที่ได้รับการบันทึกไว้กรณีหนึ่งของโรงงานที่ปิดช่องว่างในการบำรุงรักษาได้รับการฟื้นฟู คะแนนประสิทธิภาพ 4 เปอร์เซ็นต์ซึ่งมีมูลค่ามากกว่า 680,000 เหรียญสหรัฐต่อปี ในมูลค่าน้ำมันเชื้อเพลิง

การใช้อากาศทำความเย็นโดยเฉพาะ และเหตุใดน้อยจึงดีกว่า

ปริมาณอากาศเย็นเป็นกลไกที่สองที่ควบคุมทั้งการประหยัดเชื้อเพลิงและค่าไฟฟ้าของพัดลม และทั้งสองดึงไปในทิศทางเดียวกัน: อากาศน้อยลงต่อกิโลกรัมของปูนเม็ด ซึ่งทำได้โดยการกระจายที่ดีกว่า แทนที่จะแค่ควบคุมปริมาณลมของพัดลม จะช่วยปรับปรุงตัวเลขทั้งสองร่วมกัน

การลดการใช้อากาศทั้งหมดจาก 2.0 ลบ.ม./กก. เหลือ 1.7 ลบ.ม./กก. ปูนเม็ดเพียงอย่างเดียวช่วยประหยัดได้ประมาณ 2 กิโลวัตต์ชั่วโมงต่อตัน ตลอดกระบวนการผลิต และทุกๆ 1 kWh/t ของกำลังพัดลมโดยประมาณจะสอดคล้องกับต้นทุนเชื้อเพลิงเม็ดขนาด 7 กิโลแคลอรี/กิโลกรัม ซึ่งหมายความว่าไฟฟ้าของพัดลมและเชื้อเพลิงในเตาเผาเป็นสองด้านของสมการประสิทธิภาพเดียวกัน โดยไม่แยกรายการบรรทัด นี่คือสาเหตุที่การเพิ่มความเร็วพัดลมเพื่อบังคับให้อุณหภูมิของปูนเม็ดลดลงถือเป็นการประหยัดที่ผิดพลาด การดันอากาศส่วนเกินเกินกว่าที่เตียงต้องการจะทำให้อุณหภูมิของก๊าซไอเสียและโหลดตัวดักฝุ่นเพิ่มขึ้นโดยไม่เพิ่มอุณหภูมิอากาศทุติยภูมิหรือตติยภูมิเข้าไปในเตาเผาอย่างมีนัยสำคัญ

ปัญหาการดำเนินงานทั่วไปและสาเหตุที่แท้จริง

ประสิทธิภาพของตะแกรงระบายความร้อนแทบจะไม่ล้มเหลวในคราวเดียว โดยจะค่อยๆ กัดเซาะผ่านชุดเล็กๆ ของปัญหาทางกลไกและกระบวนการที่เกิดขึ้นซ้ำๆ ซึ่งผู้ปฏิบัติงานที่มีประสบการณ์จะจับตาดูเป็นพิเศษ

แม่น้ำแดง

"แม่น้ำแดง" อธิบายถึงกระแสปูนเม็ดแคบๆ ที่คงความร้อนแดงอย่างเห็นได้ชัดนานกว่าเตียงที่อยู่รอบๆ มาก ซึ่งบางครั้งก็อยู่ได้นานพอที่จะไปถึงเครื่องบดปูนเม็ด มันเกิดขึ้นเนื่องจากอนุภาคเม็ดละเอียดมีความต้านทานต่อการไหลเวียนของอากาศน้อยกว่าอนุภาคหยาบมาก — ในเอกสารตัวอย่างหนึ่ง ความแตกต่างของขนาดอนุภาค 2 มม. กับ 5 มม. มีความหมายเพียงประมาณ อากาศเย็น 17% ไหลผ่านด้านละเอียด อดอากาศดับในขณะที่ด้านหยาบรับส่วนที่เหลือ เตาเผาที่ผลิตปูนเม็ดที่มีฝุ่นและละเอียดทำให้แม่น้ำแดงแทบจะหลีกเลี่ยงไม่ได้ หากไม่มีการออกแบบแผ่นตะแกรงควบคุมการไหลที่ออกแบบเป็นพิเศษเพื่อลดความต้านทานดังกล่าว

การสึกหรอของแผ่นตะแกรง

การสึกหรอไม่สม่ำเสมอตามความยาวของตัวทำความเย็น โซนจุดร้อนซึ่งสัมผัสกับอุณหภูมิที่เกิน 1,000°C และการสัมผัสของปูนเม็ดที่มีการเสียดสีมากที่สุดจะสึกหรอ เร็วขึ้น 3-4 เท่า กว่าโซนด้านความเย็น — หมายถึงช่วงเวลาการตรวจสอบแบบครอบคลุมครั้งเดียวทั่วทั้งตัวทำความเย็นทั้งหมดเพื่อบำรุงรักษาด้านความเย็นมากเกินไปและการบำรุงรักษาด้านที่ร้อนต่ำกว่าในเวลาเดียวกัน การสึกหรอที่ไม่สม่ำเสมอจะเปิดช่องว่างที่ทำให้อากาศเย็นผ่านเตียงไม่สม่ำเสมอ ส่งผลให้การนำความร้อนกลับมาใช้ลดลง 3-5 เปอร์เซ็นต์คะแนน โดยไม่ส่งสัญญาณเตือนใดๆ และการสึกหรอของเพลทโดยทั่วไปจะดำเนินไปนานกว่า a 4,000-8,000 ชั่วโมงการทำงาน หน้าต่างที่สามารถคาดเดาได้อย่างเต็มที่ด้วยการตรวจสอบสภาพ

ปิดผนึกและการสูญเสียจากการล้มลง

ซีลที่เสื่อมสภาพที่ข้อต่อส่วนและช่องเจาะของท่อทำให้เกิดอากาศปลอมที่ไม่สามารถควบคุมได้ — โดยทั่วไป 800 ถึง 2,400 นิวตันเมตร/ชม — ซึ่งรบกวนความสมดุลของออกซิเจนในระบบเตาเผา และเพิ่มการใช้ความร้อนจำเพาะโดยประมาณ ปูนเม็ด 6-14 กิโลแคลอรี/กก . แผ่นตะแกรงที่มีรูพรุนหรือแตกร้าวจะสร้างโหมดความล้มเหลวที่เกี่ยวข้องแต่รุนแรงกว่า: ปูนเม็ดร้อนตกผ่านเข้าไปในท่ออากาศใต้ตะแกรง ท่อสร้างความเสียหาย และสร้างความเสี่ยงจากไฟไหม้อย่างแท้จริงในโครงสร้างด้านล่าง โดยเหตุการณ์การตกทะลุแต่ละครั้งจะขยายระยะเวลาการหยุดทำงานนานกว่าการเปลี่ยนแผ่นตามแผนปกติ

ความลึกของเตียงไม่เท่ากัน

ความลึกของฐานเป็นตัวแปรที่สำคัญที่สุดเพียงตัวแปรเดียวสำหรับการทำความเย็นที่สม่ำเสมอตลอดความกว้างของตะแกรงทั้งหมด และโดยทั่วไปช่วงเป้าหมายก็คือ 400-600มม . การกระจายที่ไม่สม่ำเสมอ - บ่อยครั้งมาจากเครื่องกระจายทางเข้าหรือแถบเบรกเกอร์ที่ได้รับการดูแลไม่ดี - สร้างช่องร้อนที่ด้านหนึ่งและโซนตายที่เย็นเกินไปที่อีกด้านหนึ่ง ส่งผลให้คุณภาพของปูนเม็ดและความสม่ำเสมอในการทำความเย็นลดลงในเวลาเดียวกัน

ขั้นตอนการปฏิบัติเพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพของ Grate Cooler

ช่องว่างด้านประสิทธิภาพส่วนใหญ่ระหว่างเครื่องทำความเย็นโดยเฉลี่ยกับเครื่องทำความเย็นที่ดีที่สุดในระดับเดียวกันนั้นมาจากการดำเนินการที่เป็นรูปธรรมจำนวนหนึ่งและทำซ้ำได้ แทนที่จะเป็นโครงการทุนขนาดใหญ่เพียงโครงการเดียว

• ติดตามการสึกหรอของแผ่นตะแกรงตามโซน ไม่ใช่ตามกำหนดการแบบครอบคลุมเดียว เนื่องจากโซนฮอตเอนด์ต้องการช่วงการตรวจสอบบ่อยกว่าคูลเอนด์ 3-4 เท่า
• รักษาความลึกของฐานให้อยู่ในช่วงเป้าหมาย 400-600 มม. โดยใช้ตัวบ่งชี้ความต้านทานต่อการเคลื่อนไหวบนระบบขับเคลื่อนเป็นการตรวจสอบแบบเรียลไทม์
• จัดลำดับความสำคัญของการอัพเกรดแผ่นตะแกรงแบบ hot-end ก่อน — การติดตั้งเพิ่มเติมในบริเวณที่มีการสึกหรอสูงสุดเพียงอย่างเดียวมักจะให้ผลตอบแทนที่คุ้มค่า 6-12 เดือน ด้วยการลดการใช้ถ่านหิน
• ตรวจสอบและต่ออายุซีลห้องโดยสารตามกำหนดเวลาเพื่อควบคุมช่วงอากาศปลอม 800-2,400 Nm³/ชม. ก่อนที่จะรวมตัวเป็นค่าปรับน้ำมันเชื้อเพลิงที่วัดได้
• ตั้งค่าปริมาตรลมของพัดลมให้ตรงกับความต้านทานของเบด แทนที่จะบังคับอุณหภูมิของปูนเม็ดให้ต่ำลง — อากาศส่วนเกินจะทำให้อุณหภูมิไอเสียเพิ่มขึ้นและภาระของตัวกรอง ESP/ถุง โดยไม่ปรับปรุงคุณภาพอากาศทุติยภูมิหรือตติยภูมิ
• ประเมินหม้อต้มนำความร้อนเหลือทิ้งกลับมาใช้ใหม่บนกระแสไอเสีย เนื่องจากกระแสนั้นเพียงอย่างเดียวสามารถเป็นตัวแทนได้เกือบ 40% ของความร้อนที่เย็นลงทั้งหมด และในระดับพลังงานที่สามารถนำกลับมาใช้ใหม่ได้หลายสิบเมกะวัตต์

โรงงานส่วนใหญ่ที่ใช้โปรแกรมการบำรุงรักษาโดยไม่มีการติดตามเฉพาะโซนและตามเงื่อนไขกำลังจะออกจากโรงงาน ประสิทธิภาพในการกู้คืน 3-10 เปอร์เซ็นต์ บนโต๊ะตามการประเมินอิสระหลายครั้ง ซึ่งหมายความว่าโครงการที่ให้ผลตอบแทนสูงสุดสำหรับการดำเนินงานด้านซีเมนต์จำนวนมากในขณะนี้ไม่ใช่เครื่องทำความเย็นแบบใหม่ แต่เป็นการติดตามที่มีระเบียบวินัยและการเปลี่ยนทดแทนเครื่องที่ติดตั้งไว้แล้วอย่างทันท่วงที