CN105546976B - 一种篦式冷却机 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种篦式冷却机，包括：固定篦板(1)、水冷管(3)、松料器(4)、铁棒组(9)，其特征在于：篦式冷却机的入口段的顶部设置多层铁棒组(9)，多层铁棒组(9)包括第一层铁棒组(9.1)，铁棒间间隙为L1；第二层铁棒组(9.2)，铁棒间间隙为L2；第三层铁棒组(9.3)，铁棒间间隙为L3；第四层铁棒组(9.4)，铁棒间间隙为L4；多层铁棒组的铁棒均组倾斜设置，多层铁棒组(9)将不同粒径大小的熟料进行偏析，粒径大的熟料落入篦式冷却机入口段的前端，而粒径小的熟料落入篦式冷却机入口段的末端。

Description

一种篦式冷却机

技术领域

本发明涉及水泥建材领域，特别涉及一种篦式冷却机。

技术背景

目前水泥一般在回转窑中焙烧成高温熟料，离开回转窑后要快速冷却，防止水泥内成分发生晶变等反应，破坏水泥的成分，同时急冷可以使水泥的强度降低，增强熟料的易磨性。目前已有的水泥熟料冷却机主要包括单筒、多筒和篦式冷却机，采用常温空气对高温熟料进行冷却。对于单筒和多筒冷却机，高温熟料放置于设备内，鼓风机将空气鼓入，空气与高温熟料进行热交换，冷却高温熟料，对于篦式冷却机，高温熟料自然堆积于篦床上，形成多孔介质层，鼓风机将常温空气由篦床下方鼓入，空气与熟料接触进行热交换，空气生成热风由上部排出，利用顶部设置的罩将热风收集，根据热风的温度对其分别进行余热利用。目前由于二次风和三次风的使用，筒式冷却机不能适应这种工况，所以篦式冷却机为该工程条件下常用的冷却设备。篦式冷却机通常分为入口段和标准段，其入口段的设计为了能够适应高温，并且利用空气使高温熟料冷却的目的。图1为篦式冷却机入口段的结构示意图，熟料由回转窑经入口位置进入篦冷机入口段后落在篦板上，冷却风由篦板下侧进入篦板上，与此处的高温熟料进行热交换，冷却风温度升高变为热风，进而将高温熟料冷却，同时熟料沿篦板逐渐向下运动，进入篦冷机的标准段。

原有篦冷机存在如下问题：

1、入口段的冷却速度不够，不能够满足工艺需求；

2、入口段不同粒径的熟料的冷却均匀性差，粒径小的熟料早已冷却，粒径大的熟料部分没有冷却；

3、熟料层冷却均匀性较差，料层宽度方向中间位置熟料冷却效果好，而两侧的熟料的冷却效果差，料层高度方向下层的熟料冷却效果好，上层的熟料冷却效果差；

技术内容

针对水泥熟料冷却过程中所存在的问题，提高熟料的冷却效果和冷却均匀性，本发明提供一种篦式冷却机入口段冷却设备，对料层按粒度进行偏析，并增加料层的冷却速度和料层不同方向的冷却均匀性。

本发明的技术方案是：提供了一种篦式冷却机，包括：固定篦板、水冷管、松料器、铁棒组，其特征在于：

篦式冷却机的入口段的顶部设置多层铁棒组，多层铁棒组包括第一层铁棒组，铁棒间间隙为L1；第二层铁棒组，铁棒间间隙为L2；第三层铁棒组，铁棒间间隙为L3；第四层铁棒组，铁棒间间隙为L4；多层铁棒组的铁棒均组倾斜设置，多层铁棒组将不同粒径大小的熟料进行偏析，粒径大的熟料落入篦式冷却机入口段的前端，而粒径小的熟料落入篦式冷却机入口段的末端；

在固定篦板上设置水冷管和松料器装置，水冷管内部通常温循环冷却水；松料器包括电机，轴承，松料棒，同步器，联轴器，松料棒经过设置于固定篦的轴承进入料层内部，与下层的固定篦板保持一定的高度距离，松料棒的端部安装于同步器上，同步器通过联轴器与电机相连接，电机带动同步器和松料棒旋转。

进一步地，篦式冷却机还包括控制辊，控制辊包括辊体、联轴器、电机、轴承座、液压升降平台，辊体通过联轴器与电机相连接，在电机的带动下进行顺时针转动，辊体的两侧轴承座支承，同时轴承座和电机分别设置于液压升降平台，所以控制辊的高度跟随液压升降平台而变化。

进一步地，当料层的冷却性差时，液压升降平台将向下移动，控制辊的转速增大；当料层的冷却性好时，液压升降平台将向上移动，控制辊的转速减小。

本发明的有益效果：

1、有关研究表明，篦冷机入口段的风速越大，熟料的排料温度越低，同时依据多孔介质层内靠近壁面位置处的孔隙率大于多孔介质层内部的孔隙率的原理，本发明在熟料层内部设置大量水冷管，其作用：第一，由于水冷管与熟料直接接触，将使熟料层内的孔隙率增大，由Ergun方程可知，孔隙率增大，空气通过熟料层的压降减小，风机功率保持不变的情况下，由风机自身特性可知，风机的风压减小，则风机的风量将增大，则进入熟料层的风速增加，熟料层的排料温度降低，说明熟料层的冷却速度加大；第二，水冷管为薄壁管，高温熟料通过与管壁接触，实现高温熟料的热量与冷却水的热交换，水的热容量大于空气，所以将加大熟料层的冷却速度；第三，水冷管与篦板结合处的高速冷却风与管壁进行对流作用，冷却空气与冷却水进行热交换，降低冷却空气的温度，意味着增强了冷却空气的换热能力，同样加快高温熟料的冷却速度；

2、松料器安装于篦板上，设置于在熟料层内，其作用：一方面，依据多孔介质层内的孔隙率的壁面效应，增大了熟料层的孔隙率；另一方面，熟料由高度落下，作用于松料器上，由于松料器悬置于篦板上以及松料器自身的结构将产生较大的振动，同时松料棒自身旋转，使熟料层松散，则熟料层的孔隙率将显著增大，同样根据Ergun方程可知，空气通过熟料层的压降减小，风机功率保持不变的情况下，由风机自身特性可知，风机的风压减小，则风机的风量将增大，则进入熟料层的风速增加，熟料层的排料温度降低，说明熟料层的冷却速度加大。

3、同时松料棒旋转作用以及松料棒的突出针的共同作用，将会对熟料层产生搅拌作用，使熟料层的高度方向上冷却均匀，随着熟料层冷却运行性，调整松料棒的旋转速度，当冷却均匀性不好时，增大松料棒的旋转速度，提高混匀性能，当冷却均匀性变好时，减小松料棒的旋转速度，适当减小混匀性能，从而减少电机功耗；

4、如图4所示，物料将沿水冷管中间向下移动，同时松料器设置于水冷管中间位置，其数量根据具体位置情况确定一根或多根，如图2所示，在松料器的作用下，熟料层中粒径较大的熟料将在松料器上运动，粒径小的熟料经松料器中间的间隙落到篦板上，通常粒径大的熟料含热量多，容易对篦板造成烧蚀或磨损，所以在松料器的作用下，减少了粒径大的熟料与篦板直接接触的机会，进而减少篦板的烧蚀和磨损；如松料器与粒径大的熟料直接接触而烧蚀和磨损，由于其与同步器之间利用螺纹连接，更换方便，并且其制造成本非常低，所以可以快速更换，保护了篦板，降低了设备的维护成本和维护时间。

5、在入口段设置控制辊，控制辊的速度根据控制入口段的末端的料层的冷却程度进行调节，进而控制入口段末端的熟料的冷却状况，同时利用控制辊的搅拌作用，能够大大增强料层高度方向的冷却均匀性。

6、在入口段上部安装有熟料温度探测装置(通常为红外温度探测装置)，实时获得熟料冷却过程中宽度方向各个位置的熟料温度，根据各个位置温度分布情况，控制主水管的升降，利用设置于水管上的翼板影响熟料的下移速度，使宽度方向上温度高的料层冷却时间加长，使其冷却性变好，如此增加了篦冷机宽度方向的冷却均匀性。

7、熟料在铁棒组的作用下进行偏析，粒径大的熟料落入篦式冷却机入口段的前端，而粒径小的熟料落入篦式冷却机入口段的末端；同时由于粒径大的熟料所需的冷却过程所需的交换的热量多，所需的冷却时间长，冷却速度大，而粒径小的熟料所需的冷却时间短，冷却速度小，将不同粒径的熟料进行偏析后，粒径大的处于入口段的前端，粒径小的处于入口段的末端，则保证了粒径大的熟料的冷却时间长，粒径小的熟料所需的冷却时间短。又由于偏析后，粒径大的熟料的孔隙率增大，冷却风速增大，则冷却速度增大，粒径小的孔隙率不变，则冷却速度保持不变，所以利用多层铁棒组对不同粒径的熟料进行偏析可以提高熟料的冷却均匀性和整体冷却效果。

附图说明

图1为传统篦式冷却机入口段结构示意图；

图2为本发明所述篦式冷却机入口段结构示意图；

图3‐1第一层铁棒组布置示意图；

图3‐2第二层铁棒组布置示意图；

图3‐3第三层铁棒组布置示意图；

图3‐4第四层铁棒组布置示意图；

图4为本发明所述篦式冷却机入口段结构局部放大示意图；

图5为松料棒结构示意图；

图6为本发明所述篦式冷却机入口段局部俯视图；

图7为水管结构局部示意图；

图8为控制辊结构示意图。

图中：1’‐现有技术的固定篦板，2’‐现有技术的耐火材料，1‐固定篦板，1.1‐高速风出口，2‐耐火材料，3‐水冷管，3.1‐翼板，4‐松料装置，4.1‐电机，4.2‐轴承，4.3‐松料棒，4.3.1‐头部，4.3.2‐突出针，4.3.3‐细孔，4.3.4‐安装位置，4.3.5‐螺纹，4.4‐同步器，4.5‐联轴器，5‐液压推杆，6‐主水管，6.1‐软管，6.2‐接主水源接口，7‐温度探测装置，8‐控制辊，8.1‐辊体，8.2‐联轴器，8.3‐电机、8.4‐轴承座、8.5‐液压升降平台、9‐铁棒组、9.1‐第一层铁棒组、9.2‐第二层铁棒组、9.3‐第三层铁棒组、9.4‐第四层铁棒组。

具体实施方式

以下结合附图1-8对本发明的技术方案进行详细说明。

如图2-8所示，本发明提供了一种篦式冷却机，其包括：固定篦板1、水冷管3、松料器4、液压推杆5、主水管6、温度探测装置7、控制辊8、铁棒组9。该篦式冷却机入口段设置铁棒组9，同时采用复合冷却式篦板装置。

如图2所示，篦式冷却机的入口段的顶部设置多层铁棒组9，熟料落下时首先落在多层铁棒组9的顶面，如图3-1，3-2，3-3，3-4所示，多层铁棒组9由四层铁棒组构成，分别为第一层铁棒组9.1、第二层铁棒组9.2、第三层铁棒组9.3、第四层铁棒组9.4，四层铁棒组的间隙分别为L1，L2，L3，L4，并且L1<L2<L3<L4，则粒径小于L1的熟料将由第一层铁棒组9.1的间隙落下，又由于L1<L2<L3<L4，所以经第二层铁棒组9.2、第三层铁棒组9.3、第四层铁棒组9.4的间隙落在篦式冷却机的入口段的末端；同时由于铁棒组倾斜设置，粒径大于L1的熟料将沿铁棒组的方向向下滑动落入第二层铁棒组9.2；相同的原理，粒径小于L2的熟料将落入篦式冷却机的入口段靠近末端(粒径小于L1的熟料所落的位置)的位置，粒径大于L2的熟料将沿铁棒组的方向向下滑动落入第三层铁棒组9.3；如此利用多层铁棒组9将不同粒径大小的熟料进行偏析，粒径大的熟料落入篦式冷却机入口段的前端，而粒径小的熟料落入篦式冷却机入口段的末端；由于粒径大的熟料冷却过程中所需的交换的热量多，冷却时间长，冷却速度大，而粒径小的熟料所需的冷却时间短，冷却速度小。将不同粒径的熟料进行偏析后，粒径大的处于入口段的前端，粒径小的处于入口段的末端，则保证了粒径大的熟料的冷却时间长，粒径小的熟料所需的冷却时间短，又由于偏析后，粒径大的熟料的孔隙率增大，冷却风速增大，则冷却速度增大，粒径小的孔隙率不变，则冷却速度保持不变，所以利用多层铁棒组9对不同粒径的熟料进行偏析可以提高熟料的冷却均匀性和整体冷却效果。

如图2所示，在固定篦板1上设置水冷管3和松料器4装置，水冷管3内部通常温循环冷却水，水冷管3外部直接与高温熟料相接触，冷却水通过管壁与高温熟料接触，进而冷却高温熟料水冷管3的端部安装在主水管6上，主水管的水进入水冷管3进行循环，主水管6分为两层，内层为进水，外层为出水，如此实现了一个主水管6同时承担进出水的功能，同时在主水管的底部设有液压推杆5，利用液压推杆5实现主水管6以及水冷管3上下移动，主水管6的末端通过软管6.1与水源相接，实现对主水管6的供水。

如图4所示，松料器4由电机4.1，轴承4.2，松料棒4.3，同步器4.4，联轴器4.5等组成，松料棒4.3经过设置于固定篦板1的轴承4.2进入料层内部，与下层固定篦板1保持一定的高度距离，松料棒4.3的端部安装于同步器4.4上，同步器4.4通过联轴器4.5与电机4.1相连接，电机4.1带动同步器4.4和松料棒4.3旋转，进而将料层孔隙率加大。如图5所示，松料棒4.3由头部4.3.1，突出针4.3.2，细孔4.3.3，安装位置4.3.4，螺纹4.3.5等组成，松料棒4.3为整体铸造后加工成型，突出针4.3.2焊接于松料棒4.3，由于松料棒4.3随电机4.1的旋转，进而突出针4.3.2在料层内旋转，突出针4.3.2将对熟料层的高度方向上的料层搅拌混匀和松料的作用。

如图7所示，在固定篦板1以上的水冷管3的侧方向设置有翼板，与水管进行焊接，其结构为上宽下窄。在入口段上部安装有熟料温度探测装置7(通常为红外测温装置)，实时获得熟料层各个位置的熟料温度，保证冷却均匀性。

图6为水冷管3和松料器4的垂直于料流方向的安装位置。如图6所示，松料器的安装位置位于水冷管中间位置，如此将水冷、风冷、松料混匀作用进行耦合作用，使冷却效果达到最优。

如图2所示，在篦板的上部靠近料层顶部设置有两个控制辊8，如图8所示，控制辊8由辊体8.1、联轴器8.2、电机8.3、轴承座8.4、液压升降平台8.5组成，辊体8.1通过联轴器8.2与电机8.3相连接，在电机8.3的带动下进行顺时针转动，辊体的两侧轴承座84支承，同时轴承座和电机分别设置于液压升降平台8.5，所以控制辊8的高度跟随液压升降平台8.5而变化。控制辊8的位置和转速根据料层的整体冷却效果及料层高度方向的冷却均匀性确定，当料层的冷却性较差时，液压升降平台8.5将向下移动，控制辊8的转速增大，由于控制辊8的转动方向与料流的流动方向相反，则料流下降速度减慢，冷却时间增加，料流的冷却性能加强；当料层的冷却性较好时，液压升降平台8.5将向上移动，控制辊8的转速减小，由于控制辊8的转动对于料层流动的影响将减小，料流的下降速度增加，冷却时间变短，提高了出口段的处理量，增加了生产效率，并且由于控制辊8的转动搅拌作用，将使料层高度方向的熟料进行混合，料层高度方向的冷却性明显增强。

如图5所示，松料棒4.3为细长的条形钢管，头部4.3.1重于安装于篦板的位置4.3.4处，熟料由高出落下，对松料棒4.3的冲击作用以及松料棒4.3自身的转动，使松料棒4.3自身产生了一定的振动作用，其作用将使熟料层松散，熟料层的孔隙率大大将增大，相应的风速增大，冷却速度增大，冷却效果得到改善，并且为了防止在松料棒4.3的周围粘附熟料，在松料棒4.3的四周设置细孔，内部通有高压空气，使熟料无法粘附于钢管上；同样原理，对循环水冷管3的周围设置高速冷却空气出口1.1，防止熟料粘附于水冷管3上。

篦冷机的冷却效果和冷却均匀性的控制方法：

利用控制水冷管3的翼板的位置、松料棒4.3的转动速度和控制辊8的位置及转速来控制熟料层的整体冷却效果及料层宽度方向和高度方向的冷却均匀性。

水冷管3的侧部安装有翼板3.1，由于翼板3.1为上宽下窄结构，在液压推杆5的伸缩控制水冷管3翼板3.1与料层的关系，控制熟料层下移的速度，进而控制冷却时间，改善料层的冷却效果和均匀性，增大生产效率。当熟料层的冷却效果较好时，水冷管向上升起，翼板3.1对料层的阻挡作用最小，使熟料层的下降速度快，冷却时间短，则增加生产效率；当熟料层的冷却效果不好时，水冷管3向下降，使翼板3.1对料层的阻挡作用增强，熟料层的下降速度慢，冷却时间增加，冷却效果变好，满足工艺需求；根据温度探测装置7所探测到的熟料层的温度分布，当沿沿料层的宽度方向的冷却均匀性不好时，则将冷却温度不能够满足要求的位置的水冷管3向下降，增加此处熟料的冷却时间，保证冷却效果的前提下，使生产效率最大化。

松料棒4.3上分布大量的突出针4.3.2，在松料棒4.3的转动的情况下，突出针4.3.2将对熟料层的高度方向上的料层搅拌混匀的作用，使熟料层高度方向冷却均匀，同时使料层松散，增大的料层的孔隙率，增大风速，增大冷却速度提高熟料层的整体冷却效果。

控制辊8的转动方向与料层的移动方向相反，对料层的移动将产生较大的阻碍作用，同时利用控制辊8对料层的搅拌作用，提高料层高度方向的冷却均匀性。当料层的冷却效果或料层的高度方向的冷却均匀性不能满足要求时，控制辊8的转速增大，液压升降平台8.5将向下移动，由于控制辊8的转动方向与料流的流动方向相反，则料流下降速度减慢，冷却时间增加，料流的冷却效果变好，控制辊8对料层的搅拌作用，提高料层高度方向的冷却均匀性；当料层的冷却性较好时，控制辊8的转速减小，液压升降平台8.5将向上移动，控制辊8的转动对于料层流动的影响将减小，冷却时间缩短，提高了生产效率。

该篦式冷却机的总的控制策略为：第一，根据料层的总体冷却效果调整水冷管3的位置和控制辊8的位置及转速，当冷却效果差时，水冷管3的位置向下调整，控制辊8的位置向下调整，转速增大，直至冷却效果满足工艺需求，当冷却效果好时，水冷管3的位置向上调整，控制辊8的位置向上调整，转速减小，在冷却效果满足工艺需求的前提条件下，增大生产效率；第二，利用水冷管3的位置调整料层宽度方向的冷却均匀性，某个宽度位置的料层温度较高时，将该宽度位置对应的水冷管3的位置向下调整，降低某个位置的料层下降速度，提高冷却效果，进而提高宽度方向的冷却均匀性；第三，利用控制辊8的位置及转速和松料棒4.3的转速调整料层高度方向的冷却均匀性，当料层高度方向的冷却均匀性不能够满足要求时，控制辊8的位置向下调整，转速增大，松料棒4.3的转速增大，利用搅拌作用提高高度方向的冷却均匀性，当料层高度方向的冷却均匀性较好时，控制辊8的位置向上调整，转速减小，松料棒4.3的转速减小，减小对料层的阻碍作用，增大生产效率。

以上对本发明所提供的技术方案进行了详细的介绍，但应理解的是，这些描述仅仅用具体的个例对原理及实施方式进行了阐述，并非用来限制本发明专利的应用。本发明专利的保护范围由附加权利要求限定，并可包括在不脱离本发明专利保护范围和精神的情况下针对发明专利所作的各种变型、改型及等效方案。

Claims (3)

1.一种篦式冷却机，包括固定篦板(1)、水冷管(3)、松料器(4)、铁棒组(9)，其特征在于：

篦式冷却机的入口段的顶部设置多层铁棒组(9)，多层铁棒组(9)包括第一层铁棒组(9.1)，铁棒间间隙为L1；第二层铁棒组(9.2)，铁棒间间隙为L2；第三层铁棒组(9.3)，铁棒间间隙为L3；第四层铁棒组(9.4)，铁棒间间隙为L4；其中，L1<L2<L3<L4；

多层铁棒组(9)的铁棒均组倾斜设置，多层铁棒组(9)将不同粒径大小的熟料进行偏析，粒径大的熟料落入篦式冷却机入口段的前端，而粒径小的熟料落入篦式冷却机入口段的末端；

在固定篦板(1)上设置水冷管(3)和松料器(4)装置，水冷管(3)内部通常温循环冷却水；松料器(4)包括电机(4.1)，轴承(4.2)，松料棒(4.3)，同步器(4.4)，联轴器(4.5)，松料棒(4.3)经过设置于固定篦板(1)的轴承(4.2)进入料层内部，松料棒(4.3)的端部安装于同步器(4.4)上，同步器(4.4)通过联轴器(4.5)与电机(4.1)相连接，电机(4.1)带动同步器(4.4)和松料棒(4.3)旋转。

2.根据权利要求1所述的篦式冷却机，其特征在于：篦式冷却机还包括控制辊(8)，控制辊(8)包括辊体(8.1)、联轴器(8.2)、电机(8.3)、轴承座(8.4)、液压升降平台(8.5)，辊体(8.1)通过联轴器(8.2)与电机(8.3)相连接，在电机(8.3)的带动下进行顺时针转动，辊体(8.1)由两侧轴承座(8.4)支承，同时轴承座和电机分别设置于液压升降平台(8.5)，所以控制辊(8)的高度跟随液压升降平台(8.5)而变化。

3.根据权利要求2所述的篦式冷却机，其特征在于：当料层的冷却性差时，液压升降平台(8.5)将向下移动，控制辊(8)的转速增大；当料层的冷却性好时，液压升降平台(8.5)将向上移动，控制辊(8)的转速减小。