某12000t/d生產線燒成系統熱工分析

姚艷飛，田俊琪，陳延信(西安建筑科技大學，陜西 西安 710055)

0 引言

水泥是國民經濟建設和人民生活必不可少的基礎性原材料[1]，作為水泥生產大國，中國的水泥產量已連續二十多年位居世界第一[2]。同時，作為高資源依賴性、高能耗、高污染行業，水泥生產的節能減排一直是亟待解決的重大問題之一[3]。水泥工業節能、減排的前提在于準確掌握生產線實際運行效果，繼而采取針對性改進措施。最傳統，同時也是最可靠的全面了解水泥熟料燒成系統運行效果的辦法是開展系統熱工標定。

文章利用熱工標定辦法[4-5]，對國內某12000t/d水泥熟料生產線進行熱工標定，并結合所測數據，對生產線運行效果及存在問題進行分析，并提出針對性改進建議，具體如下。

1 生產線簡介

該生產線設計規模為熟料產能12000t/d，其回轉窯規格為Ф6.2/7.2m×96m，篦冷機采用IKN第四代篦冷機。燒成系統采用POLYSIUS雙系列五級旋風預熱器+分解爐，具體參數如表1所示。預熱系統采用兩臺相同配置（額定風量900000m3/h、額定風壓7500Pa）的高溫風機，分別為A列和B列供風。

測定期間，生產線所使用原燃料及熟料物料分別見表2，表3。

表1 預熱分解系統主要參數

表2 生料及熟料及化學成分 %

表3 煤粉工業分析

2 分析范圍

熱工標定針對生產線燒成系統進行，具體范圍為生料至預熱器以及旋風筒入口至熟料入庫，氣體由篦冷機冷卻風機等進口至窯頭風機、窯尾排風機等風機出口，具體如圖1所示。標定期間，燒成系統運行平穩，各數據均處正常波動范圍，能反映平均工況以及實際情況。

3 主要測定數據及分析

標定期間生料喂入量為802.8t/h，根據原燃料、熟料成分、實測預熱器出口風量及粉塵濃度計算熟料料耗為1.569 kg/kg，通過72h累計計算窯產量為12277t/d。標定期間，系統主要部位風量、風溫、煙氣成分、含塵濃度等數據分別見表4，5。

圖1 熱工分析范圍示意圖

表4 窯尾系統廢氣成分分析

表5 主要氣體量及含塵濃度

根據風量及熟料產量，計算得到單位熟料配風量（標況下）為1.208 m3/kg，低于1.35 m3/kg的平均控制水平。結合氣體成分，當前預熱系統出口空氣過剩系數僅為1.028，同時基本無CO氣氛，表明煤粉燃燒效果較好。綜合上述，當前系統用風控制較好，既避免了煙氣過剩系數較高造成的熱量損失，又保證了煤粉燃燒所需氧氣的供給。

預熱系統各級出口溫度如表6所示。根據表6，預熱系統出口溫度分別達到355℃與357℃，高于新型干法水泥生態產線平均水平[6]。結合預熱系統各級溫度，判斷造成預熱系統出口煙氣溫度較高的原因在于C4單體溫差較小，分別僅為40℃與45℃，與80～100℃的設計預期溫差相差較遠，由此造成C4A/B出口溫度較正常偏高，繼而引發預熱系統各級出口溫度均偏高。

表6 預熱系統各級出口溫度 ℃

表7 燒成系統物料平衡表

造成C4單體溫差較小的原因通常有兩種，一是因物料分散不好或氣流短路等，造成氣固相換熱效果較差，煙氣中熱量無法及時傳遞給物料；二是煤粉燃燒效果較差，部分煤粉顆粒或煤粉不完全燃燒產生的CO氣體進入C4內，繼續氧化放熱，造成C4進出口溫差較小。結合C5出口氣體成分，其內基本無CO氣氛，由此排除煤粉后燃的可能性；繼續對C4出口及C4錐體氣體成分進行測定，發現C4出口O2含量分別為0.13%/0.37%，但C4錐體O2含量分別達到0.75%/0.66%，高于入口O2含量，由此判斷有部分富氧氣體經C4下料管從分解爐錐部直接進入C4，即C4下料管翻板閥處存在“內漏風”現象，由此造成C4出口溫度高于正常值。

4 生產線主要運行指標分析

根據標定數據，得到燒成系統質量及熱量平衡分析分別如表7，8。

根據測量數據及平衡計算，得到系統主要運行指標如下所示：

（1）系統分離效率。預熱系統出口煙氣中粉塵濃度分別為65.0g/m3與67.8g/m3，每小時共有41.07t飛灰隨煙氣帶出，計算得到系統分離效率為94.88%，基本達到95%的設計指標。

表8 燒成系統熱量平衡表

（2）篦冷機熱回收效率。根據二三次風量及風溫，得到二、三次風顯熱分別為542.09 kJ/kg與524.44 kJ/kg，篦冷機出口熟料、去往煤磨/AQC鍋爐熱風及余風顯熱之和為605.36 kJ/kg，篦冷機表面散熱損失為1.27 kJ/kg；根據熱回收效率定義得到篦冷機實際熱回收效率為63.73%，低于75%的設備設計指標。

測定期間，冷卻風實際用風量僅為1.269 m3/kg，遠低于第四代篦冷機1.8～2.0m3/kg的建議配風量，由此造成熟料冷卻不夠，出篦冷機熟料溫度高達193℃，造成篦冷機熱回收率較低。

（3）熟料燒成熱耗。熟料燒成熱耗為3084.85×4.18 kJ/kg，折合標煤105.4kg/kg，略高于當前新型干法水泥生產線先進水平[7]。對其原因進行分析，一是預熱系統出口煙氣溫度較高，造成煙氣帶走熱較多；二是篦冷機冷風量偏少，造成篦冷機熱回收效率偏低。

5 總結及建議

標定期間，生產線產量為12 271 t/d，熟料燒成熱耗為3084.85×4.18 kJ/kg，折合標煤105.4 kg/kg，系統分離效率達到94.88%，以上指標均屬較優水平。生產線同時存在一定優化空間，建議采取以下措施，以繼續降低熟料燒成熱耗。

（1）檢查C4翻板閥，排出內漏風現象。可提高C4單體換熱效果，降低C4出口溫度，繼而降低預熱系統出口煙氣溫度，減少煙氣顯熱；

（2）擇機對篦冷機風機及篦板進行檢查，提高單位熟料冷卻風量，以提高篦冷機熱回收效率。