從預熱器出口溫度估算廢氣損失熱

齊硯勇

眾所周知,熱損失是影響水泥熟料燒成熱耗的主要因素，它包括預熱器出口廢氣帶走熱、系統的表面散失熱、出冷卻機余風及熟料帶走熱等所造成的熱損失。筆者對國內部分2000～10000t/d 預分解窯系統的熱工標定報告進行了分析。發現預熱器出口廢氣帶走熱所造成的熱損失是燒成熱耗最大的支出部分。占燒成熟料所必需理論熱耗的17%～22%左右，在預分解窯系統中造成的熱損失最大。

1 預分解窯系統的熱量分布

現以LY廠熱工標定結果為例，看預分解窯系統的熱量分布情況，見表1、表2。

表1 LY廠2500t/d熱工標定物料平衡表[1]

表2 LY廠2500t/d熱工標定熱量平衡表

由表2可見，LY廠預分解窯的熟料形成熱為1714.83kJ/kg.cl，占總熱耗3236.92 kJ/kg.cl的52.98%，即該預分解窯熱效率為52.98%。系統熱損失主要包括：一級筒出口廢氣與飛灰帶走熱為688.23 kJ/kg.cl，占總熱耗的21.26%。冷卻機余風排出的熱風帶走熱占熱耗的10.84%。整個預分解窯系統的表面散失熱9.34%。出篦冷機熟料溫度約為114℃，熟料帶走熱僅占熱耗的2.66%。

2 熱損失對熟料熱耗的影響

預熱器出口的廢氣主要由三部分組成。第一部分是煤粉燃燒產生的理論煙氣量，主要由熟料燒成的熱耗決定，煤耗越高，發熱量越大，則燃燒產生的理論煙氣量就越大。 第二部分是生料分解產生的CO2量。 第三部分是過剩空氣量。它主要與系統的漏風量和操作用風有關。 若操作用風合理，系統密封堵漏良好、漏風少,則過剩空氣量必定很小。

預熱器出口廢氣帶走熱主要由C1筒出口的風量和風溫決定。出口廢氣量少、溫度低，造成的的熱損失就小。

2.1 預分解窯起步階段的的生產狀況

上世紀80年代，預分解窯在我國剛開始起步，生產經驗不足，忽視了系統廢氣帶走熱對熟料熱耗的影響，系統漏風嚴重，廢氣帶走熱多，導致預分解窯的熟料燒成熱耗長期居高不下，由國內80年代建設的5條線熱工標定數據，可以看出系統熱損失對回轉窯熱耗的影響，見表3。

表3 國內80年代建設的5條生產線熱工標定數據

表3為上世紀80年代設計的預分解窯生產線，系統漏風大、熱耗高，五條線均大于3300kJ/kg.cl，特別是1級筒廢氣帶走熱都大于23%，最高達到29.5%。所標定的5臺窯：包括2000t/d 3臺，4000t/d 2臺。其中：

江西廠為國產第一代2000t/d窯：Φ4×60m回轉窯、4級預熱器、RSP分解爐、3.05×22.0m篦冷機。

雙陽為第二代2000t/d窯：窯規格與江西相同。引進的D-D分解爐、5級預熱器和Fuller篦冷機。

新疆廠為德國洪堡公司技術：Φ4×43m窯、5級預熱器、PYRoclon：分解爐、篦冷機與雙陽相同。

冀東、寧國兩廠均為80年代全套引進的4000t/d裝備，Φ4.7×74m窯、冀東廠為4級預熱器、SF分解爐、日立公司的3.4×25.6m的篦冷機。寧國廠和冀東廠主要差別在預熱器系統，采用MFC分解爐[2]。

2.2 隨生產技術的進步，廢氣熱損失逐漸下降

隨著水泥工業的迅猛發展，我國新型干法生產技術已躍居世界領先地位。廣大水泥工作者對廢氣損失熱的危害性認識越來越充分，采取了各種措施降低廢氣排放溫度和排放量，預熱器出口帶走熱占熟料熱耗的比例逐步下降，熟料熱耗下降，見表4。

表4 2000～2500t/d 預分解窯系統有關技術指標[3]

由表4可見，目前2000～2500t/d 預分解窯生產線，燒成熱耗最低已經達到近3100kJ/kg.cl。 SX廠由于1級筒出口溫度高達364℃，帶走熱占熱耗25.4%。其余均在22%左右。其中MC廠1級筒出口氧含量僅為1.8%，廢氣出口溫度309℃，帶走熱僅占熱耗18.88%。 空氣過剩系數僅為1.116,計算得到預熱器系列的標態漏風量為6549m3/h，已屬目前國際最先進水平。

2.3 生產規模擴大，熱損失降低

表5列出5000t/d 部分預分解窯系統熱工標定數據。熟料平均熱耗為3180 kJ/kg.cl。預熱器出口帶走熱占熟料熱耗的比例下降。除TL廠外,其余均小于22%。1級筒出口最高溫度為337℃。最低僅為300℃。

表5 5000t/d 預分解窯熱工參數

2.4 10000t/d生產線熱耗水平

徐州中聯水泥有限公司于2004年10 月投產，由天津院設計，是國內投入生產的第三條萬噸線。該生產線于2007 年11 月開工建設了16MW 純低溫余熱發電工程。其燒成系統采用窯規格為Φ5.8m/Φ6.0m/Φ6.4m×90m。DOPOL 雙系列五級旋風預熱器、在線型MSC管道式分解爐和HE101845R/1845R/1845R 型篦式冷卻機。

熱工標定期間生料投料量為16680t/d，熟料產量為10393t/d，超產近4%。單位熟料熱耗為3038kJ/kg。影響熟料燒成熱耗的主要因素有C5出口廢氣、冷卻機排出氣體、出冷卻機熟料帶走的熱量和設備表面散熱等。C5出口廢氣、冷卻機排出氣體帶走的熱損失由風量和溫度決定。風量愈大、風溫愈高，帶走的熱量愈大。標定結果見表6。

表6 徐州中聯水泥有限公司10000t/d 生產線

由表6可知，該生產線C5出口廢氣帶走熱量、冷卻機排出氣體帶走熱量、表面散熱和出冷卻機熟料帶走熱量共占總支出熱量的45.40%，與國內其他帶余熱發電系統的生產廠家數據相近（如：淮海中聯5000t/d 生產線為45.50%，同力2 號2500t/d生產線為46.12%)。在技術指標上，本條10000t/d 生產線沒有明顯的進步，僅與5000t/d預分解窯指標相當。

3 降低預熱器漏風是降低熱損失的重要途徑

3.1 預熱器出口廢氣顯熱的估算

（1）煙氣平均比熱

取:水泥廠廢氣比熱容為1.50kJ/Nm3.℃左右。

（2）煙氣的密度

取:煙氣密度為1.45kg/m3。固氣比為2.1。

（3）預熱器出口廢氣帶走熱損失

Qf=mf×tf×Cf/f=2.1×t×1.50/1.45=2.17t.kJ/kg.cl

（飛灰帶走熱所占比例較小，可忽略）

從此式可得到結論：1級筒出口溫度每降低10℃，熱耗可降低約22kJ/kg.cl。亦即熱耗可降低近3%左右。

3.2 降低預熱器漏風是降低熱損失的重要途徑

據了解，我國現在尚有部分預分解窯，預熱器出口廢氣損失熱占系統熟料熱耗的26% 左右,有的近30%,見表7。造成如此高的廢氣損失熱的主要原因在于預熱器出口廢氣量大、廢氣溫度較高、系統存在較嚴重的漏風。目前，比較先進的預分解窯，預熱器出口廢氣溫度一般為290～310℃,如果全部預分解窯預熱器出口廢氣溫度能降至這個水平,創造的經濟和社會效益將不可估量！

表7 預分解窯熱耗與預熱器出口熱損失

現以表7中G 廠為例,若其預熱器出口廢氣溫度由目前的370℃降至300℃,則廢氣帶走的熱損失將由目前的1119kJ/kg熟料降至903kJ/kg熟料，降幅為19.3 %。以上實例說明，系統漏風問題在部分廠家仍沒有引起高度重視,但系統漏風造成的損失卻是顯而易見的。

[1]Ly水泥股份公司熱工標定報告.

[2]陳友德.大型預分解窯的能耗探討(一).[J]新世紀水泥導報,VOL.4 NO.2.

[3]吳國芳,等.預熱器出口廢氣熱損失對熟料熱耗的影響[J]水泥，2008（5）.

[4]張冠軍.5000t/d燒成系統熱工標定與工藝分析[J].中國水泥，2008.(5)

[5]考宏濤，陸雷.預分解窯熟料熱耗的影響因素和降低的途徑[J].水泥，1996.（1）.