淺析預(yù)分解系統(tǒng)降低熱耗的改造措施

李晨星，廖耐平，王衛(wèi)德（.邯鄲中材建設(shè)有限責(zé)任公司，江蘇 南京 00；.江西亞?wèn)|水泥有限公司，江西 九江 00；.中材節(jié)能股份有限公司，天津 00400）

0 前言

隨著國(guó)家、社會(huì)環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，水泥行業(yè)在環(huán)保節(jié)能方面需遵循更高的標(biāo)準(zhǔn)要求，需加快推進(jìn)節(jié)能減排。目前現(xiàn)有的水泥生產(chǎn)線，經(jīng)過(guò)多年的運(yùn)行，普遍存在設(shè)備老化、系統(tǒng)不穩(wěn)定、燒成熱耗高等問(wèn)題。為此需對(duì)現(xiàn)有生產(chǎn)線實(shí)施技術(shù)改造，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗，提高環(huán)保、社會(huì)效益。

1 早期水泥廠預(yù)分解系統(tǒng)熱耗高的原因分析

目前水泥熟料燒成熱耗主要包括以下幾部分：

（1）水泥熟料的形成熱。水泥熟料形成熱約在（410～420）×4.18 kJ/kg，占整個(gè)燒成熱耗55%左右。此部分熱量屬于形成合格熟料所必需的熱量，若熟料的成分一定，即水泥的品種一定，熟料的形成熱差距也很有限，基本無(wú)改進(jìn)余地。

（2）廢氣帶走的熱。廢氣帶走的熱量有預(yù)熱器出口廢氣、窯頭余風(fēng)以及旁路放風(fēng)廢氣所帶走的顯熱。通過(guò)減少系統(tǒng)廢氣量可降低此部分熱量。

（3）熟料帶走的熱。熟料帶走熱是除去二、三次風(fēng)回收熱后熟料帶走的熱，這部分熱量可下降幅度有限。

（4）表面散熱。系統(tǒng)的表面散熱，包括預(yù)熱器、回轉(zhuǎn)窯、冷卻機(jī)、三次風(fēng)管及窯頭罩等大型熱工設(shè)備的散熱損失。此部分熱量可通過(guò)降低表面散熱減少熱量損失。

（5）其它熱。其它熱主要包括C1旋風(fēng)筒出口、篦冷機(jī)出口以及旁路放風(fēng)帶走的粉塵所消耗的熱。可通過(guò)提高預(yù)熱器分離效率來(lái)減少粉塵的排放從而減少這部分熱量。

燒成熱耗的分解比例見(jiàn)圖1。項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)定的熱耗分布情況見(jiàn)圖2。

圖1 燒成熱耗分解比例圖

圖2 項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)定的熱耗分布

由圖1可知，造成系統(tǒng)熱耗高的主要是由廢氣帶走的熱和表面散熱這兩項(xiàng)因素。而由廢氣帶走的熱耗高主要體現(xiàn)在：分解爐爐容偏小，煤粉在分解爐內(nèi)燃燒不充分，出現(xiàn)溫度倒掛現(xiàn)象；C1筒廢氣溫度偏高；預(yù)熱器系統(tǒng)熱效率低；送煤系統(tǒng)不穩(wěn)定，送煤風(fēng)偏大；篦冷機(jī)熱回收效率偏低。

針對(duì)上述原因，可根據(jù)生產(chǎn)線實(shí)際運(yùn)行情況采取如下改造措施來(lái)降低系統(tǒng)熱耗。

2 降低預(yù)分解系統(tǒng)熱耗措施

2.1 降低廢氣量及廢氣溫度

（1）通過(guò)分解爐擴(kuò)容方式來(lái)降低分解爐出口氣體溫度，同時(shí)提高入窯物料分解率，從而降低C1出口廢氣溫度。

在保持窯尾結(jié)構(gòu)框架盡量不調(diào)整的前提下，充分利用有效空間，保留原有分解爐本體，增加分解爐鵝頸管，盡可能增加分解爐的容積，以延長(zhǎng)氣體在爐內(nèi)的停留時(shí)間，保證煤粉在爐內(nèi)充分燃燒，同時(shí)降低分解爐出口溫度，從而降低C1出口廢氣溫度，降低熱耗，且有利于系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，見(jiàn)圖3。經(jīng)理論計(jì)算，控制分解爐出口溫度在860℃，C1出口廢氣溫度可下降10℃左右，降低熱耗20×4.18 kJ/kg左右。

圖3 分解爐改造示意圖

（2）三次風(fēng)管改造。將三次風(fēng)改為在分解爐底部單股旋切入爐，易于操作控制，改善煤粉初始燃燒條件，延長(zhǎng)物料在爐內(nèi)停留時(shí)間，以利于進(jìn)一步降低熱耗及系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。現(xiàn)場(chǎng)三次風(fēng)管示意見(jiàn)圖4。

圖4 現(xiàn)場(chǎng)三次風(fēng)管示意

（3）提高預(yù)熱器系統(tǒng)熱效率，降低C1出口廢氣溫度。影響預(yù)熱器系統(tǒng)的熱效率的主要因素有旋風(fēng)筒連接管道系統(tǒng)的氣固換熱效率和旋風(fēng)筒的分離效率。提高換熱效率的措施如下:

①提高旋風(fēng)筒連接管道中氣固換熱時(shí)間與效果，強(qiáng)化管道內(nèi)氣固換熱。

②采取合理的旋風(fēng)筒連接管道風(fēng)速與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

③優(yōu)化撒料裝置。預(yù)熱器部分旋風(fēng)筒之間溫差偏小，為增強(qiáng)物料和熱氣體的混合效果，可用新型擴(kuò)散式撒料箱，該結(jié)構(gòu)可確保物料在氣固換熱管道內(nèi)分散的均勻性。

④合理布置物料下料點(diǎn)和料管角度。充分考慮下級(jí)旋風(fēng)筒中氣流旋向?qū)B接管道內(nèi)物料運(yùn)動(dòng)與氣固換熱的影響，對(duì)布置不合理的料管重新設(shè)計(jì)或局部改造，從而增強(qiáng)物料分散效果，提高系統(tǒng)換熱。

⑤提高旋風(fēng)筒的分離效率。優(yōu)化旋風(fēng)筒結(jié)構(gòu)和內(nèi)筒規(guī)格，擴(kuò)大旋風(fēng)筒蝸殼、調(diào)整旋風(fēng)筒進(jìn)口尺寸、調(diào)整旋風(fēng)筒內(nèi)筒直徑及高度，進(jìn)一步提高其分離效率。

⑥合理控制窯頭、窯尾送煤風(fēng)量及窯頭燃燒器一次風(fēng)率。

（4）進(jìn)一步改善篦冷機(jī)的性能，提高二、三次風(fēng)的溫度。采用性能優(yōu)越的第四代帶中置破碎機(jī)的新型冷卻機(jī)，可以將二次風(fēng)溫度提高至1200℃、三次風(fēng)溫度提高至950℃，這樣可將熱效率提高3%以上，測(cè)算后熱耗降低約54×4.18 kJ/kg。

（5）加強(qiáng)窯頭、窯尾和預(yù)熱器各連接處的密封，減少漏風(fēng)熱損失；加強(qiáng)各風(fēng)管連接處的密封，可降低系統(tǒng)的熱耗和排風(fēng)機(jī)的電耗。

（6）分解爐送煤系統(tǒng)改造。根據(jù)原有送煤管路布置走向，選取合適送煤風(fēng)固氣比，核算原有送煤風(fēng)機(jī)參數(shù)是否合理，減少不必要的送煤風(fēng)，降低熱耗。

利用分解爐錐部三次風(fēng)管下方的空間，增設(shè)一組脫氮煤粉燃燒器，部分煤粉雙旋切送入分解爐錐體下部與窯氣有效混合、高溫快速燃燒形成還原區(qū)，這部分煤粉及燃燒產(chǎn)物隨窯氣的上升被三次風(fēng)和C4料裹挾在分解爐中心區(qū)域進(jìn)一步燃燒、反應(yīng)，既利于改善脫硝效果，又避免了可能產(chǎn)生局部高溫結(jié)皮問(wèn)題。

2.2 降低系統(tǒng)的表面散熱

目前5000t/d生產(chǎn)線所能達(dá)到表面散熱情況見(jiàn)表1。

表1 各部位表面散熱

從表1來(lái)看，表面散熱主要集中在高溫設(shè)備回轉(zhuǎn)窯和預(yù)熱器上，降低系統(tǒng)表面散熱的措施有：

（1）采用低導(dǎo)熱系數(shù)的新型隔熱材料。回轉(zhuǎn)窯、煙室、分解爐、窯頭罩等高溫設(shè)備采用導(dǎo)熱系數(shù)極低的新型隔熱材料，進(jìn)一步降低設(shè)備的表面散熱。對(duì)于非高溫設(shè)備的熱風(fēng)管道和熱工設(shè)備的保溫，采用優(yōu)質(zhì)的保溫材料，可減少熱工設(shè)備表面散熱損失。

通過(guò)理論計(jì)算，采用低導(dǎo)熱系數(shù)的新型耐火材料后，回轉(zhuǎn)窯表面溫度可以降低5～20℃左右。

（2）增加耐火材料及保溫材料的厚度。經(jīng)理論計(jì)算增加30mm厚度的耐火材料后，回轉(zhuǎn)窯表面溫度可降低5～10℃左右。

（3）增加隔熱保溫涂層。根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)，增加5 mm厚度的隔熱涂層后，可以降低20℃左右回轉(zhuǎn)窯表面溫度。

2.3 其他降低熱耗措施

（1） 采用多通道煤粉燃燒器，可以使入窯—次風(fēng)量降低5%～8%，提高二、三次風(fēng)的比例，從而達(dá)到改善窯內(nèi)的燃燒條件，提高窯內(nèi)燃燒效率，降低燒成熱耗。

（2） 回轉(zhuǎn)窯和分解爐的喂煤系統(tǒng)，采用精度高、運(yùn)行穩(wěn)定可靠的計(jì)量喂料設(shè)備保證喂煤均勻，調(diào)整及時(shí)準(zhǔn)確，可避免因喂煤量波動(dòng)造成的熱量損失。

（3） 擴(kuò)大煙室斜坡處截面和窯尾縮口尺寸，采用帶輥?zhàn)友b置的窯尾密封，可改善窯內(nèi)通風(fēng)不暢，提高密封性能，減少漏風(fēng)、冒灰現(xiàn)象的發(fā)生，減少了系統(tǒng)的廢氣量。

（4）改善水泥熟料的煅燒性能。在保證水泥使用性能的基礎(chǔ)上，調(diào)整配料及使用具有礦化劑作用尾礦等改善熟料煅燒性能，降低燒成溫度，降低熟料形成熱。

3 實(shí)際應(yīng)用效果

通過(guò)降低廢氣量及廢氣溫度、降低系統(tǒng)的表面散熱等降低熱耗的改造措施，白馬山水泥廠改造前后主要性能指標(biāo)情況見(jiàn)表2。

表2 白馬山水泥廠技改前后技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)對(duì)比

由表2可以看出，該水泥生產(chǎn)線技改后產(chǎn)量提高了100 t/d，單位熟料標(biāo)煤耗由120 kg/t降低到114.33kg/t，減少了5.67kg/t。以年產(chǎn)熟料87.45萬(wàn)t計(jì)，每年可節(jié)約標(biāo)煤：87.45×5.67÷1 000=0.49萬(wàn) t。折算成實(shí)物煤，實(shí)物煤熱值按照5 200×4.18 kJ/kg來(lái)計(jì)，每年節(jié)約實(shí)物煤：0.49×7000÷5200=0.66萬(wàn)t。原煤進(jìn)廠價(jià)以450元/t計(jì)算，每年可減少原煤的成本：450×0.66=297萬(wàn)元，節(jié)能降耗、經(jīng)濟(jì)效益顯著。

通過(guò)分析降低水泥廠熱耗的改造措施，存在的問(wèn)題得到了明顯改善，燒成系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，熟料質(zhì)量穩(wěn)定，產(chǎn)量得到進(jìn)一步提升，節(jié)能降耗效果顯著，提高了經(jīng)濟(jì)效益，而且也為后續(xù)的水泥生產(chǎn)線的技術(shù)改造提供參考，共同推進(jìn)水泥行業(yè)的良性發(fā)展。