淺析預分解系統降低熱耗的改造措施

李晨星，廖耐平，王衛德（.邯鄲中材建設有限責任公司，江蘇 南京 00；.江西亞東水泥有限公司，江西 九江 00；.中材節能股份有限公司，天津 00400）

0 前言

隨著國家、社會環保意識的增強，水泥行業在環保節能方面需遵循更高的標準要求，需加快推進節能減排。目前現有的水泥生產線，經過多年的運行，普遍存在設備老化、系統不穩定、燒成熱耗高等問題。為此需對現有生產線實施技術改造，實現節能降耗，提高環保、社會效益。

1 早期水泥廠預分解系統熱耗高的原因分析

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，基本無改進余地。

（2）廢氣帶走的熱。廢氣帶走的熱量有預熱器出口廢氣、窯頭余風以及旁路放風廢氣所帶走的顯熱。通過減少系統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。系統的表面散熱，包括預熱器、回轉窯、冷卻機、三次風管及窯頭罩等大型熱工設備的散熱損失。此部分熱量可通過降低表面散熱減少熱量損失。

（5）其它熱。其它熱主要包括C1旋風筒出口、篦冷機出口以及旁路放風帶走的粉塵所消耗的熱?？赏ㄟ^提高預熱器分離效率來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圖1。項目現場標定的熱耗分布情況見圖2。

圖1 燒成熱耗分解比例圖

圖2 項目現場標定的熱耗分布

由圖1可知，造成系統熱耗高的主要是由廢氣帶走的熱和表面散熱這兩項因素。而由廢氣帶走的熱耗高主要體現在：分解爐爐容偏小，煤粉在分解爐內燃燒不充分，出現溫度倒掛現象；C1筒廢氣溫度偏高；預熱器系統熱效率低；送煤系統不穩定，送煤風偏大；篦冷機熱回收效率偏低。

針對上述原因，可根據生產線實際運行情況采取如下改造措施來降低系統熱耗。

2 降低預分解系統熱耗措施

2.1 降低廢氣量及廢氣溫度

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

在保持窯尾結構框架盡量不調整的前提下，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，以延長氣體在爐內的停留時間，保證煤粉在爐內充分燃燒，同時降低分解爐出口溫度，從而降低C1出口廢氣溫度，降低熱耗，且有利于系統穩定運行，見圖3。經理論計算，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）三次風管改造。將三次風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，延長物料在爐內停留時間，以利于進一步降低熱耗及系統穩定運行?，F場三次風管示意見圖4。

圖4 現場三次風管示意

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

①提高旋風筒連接管道中氣固換熱時間與效果，強化管道內氣固換熱。

②采取合理的旋風筒連接管道風速與結構設計。

③優化撒料裝置。預熱器部分旋風筒之間溫差偏小，為增強物料和熱氣體的混合效果，可用新型擴散式撒料箱，該結構可確保物料在氣固換熱管道內分散的均勻性。

④合理布置物料下料點和料管角度。充分考慮下級旋風筒中氣流旋向對連接管道內物料運動與氣固換熱的影響，對布置不合理的料管重新設計或局部改造，從而增強物料分散效果，提高系統換熱。

⑤提高旋風筒的分離效率。優化旋風筒結構和內筒規格，擴大旋風筒蝸殼、調整旋風筒進口尺寸、調整旋風筒內筒直徑及高度，進一步提高其分離效率。

⑥合理控制窯頭、窯尾送煤風量及窯頭燃燒器一次風率。

（4）進一步改善篦冷機的性能，提高二、三次風的溫度。采用性能優越的第四代帶中置破碎機的新型冷卻機，可以將二次風溫度提高至1200℃、三次風溫度提高至950℃，這樣可將熱效率提高3%以上，測算后熱耗降低約54×4.18 kJ/kg。

（5）加強窯頭、窯尾和預熱器各連接處的密封，減少漏風熱損失；加強各風管連接處的密封，可降低系統的熱耗和排風機的電耗。

（6）分解爐送煤系統改造。根據原有送煤管路布置走向，選取合適送煤風固氣比，核算原有送煤風機參數是否合理，減少不必要的送煤風，降低熱耗。

利用分解爐錐部三次風管下方的空間，增設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，這部分煤粉及燃燒產物隨窯氣的上升被三次風和C4料裹挾在分解爐中心區域進一步燃燒、反應，既利于改善脫硝效果，又避免了可能產生局部高溫結皮問題。

2.2 降低系統的表面散熱

目前5000t/d生產線所能達到表面散熱情況見表1。

表1 各部位表面散熱

從表1來看，表面散熱主要集中在高溫設備回轉窯和預熱器上，降低系統表面散熱的措施有：

（1）采用低導熱系數的新型隔熱材料?；剞D窯、煙室、分解爐、窯頭罩等高溫設備采用導熱系數極低的新型隔熱材料，進一步降低設備的表面散熱。對于非高溫設備的熱風管道和熱工設備的保溫，采用優質的保溫材料，可減少熱工設備表面散熱損失。

通過理論計算，采用低導熱系數的新型耐火材料后，回轉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。經理論計算增加30mm厚度的耐火材料后，回轉窯表面溫度可降低5～10℃左右。

（3）增加隔熱保溫涂層。根據相關數據，增加5 mm厚度的隔熱涂層后，可以降低20℃左右回轉窯表面溫度。

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—次風量降低5%～8%，提高二、三次風的比例，從而達到改善窯內的燃燒條件，提高窯內燃燒效率，降低燒成熱耗。

（2） 回轉窯和分解爐的喂煤系統，采用精度高、運行穩定可靠的計量喂料設備保證喂煤均勻，調整及時準確，可避免因喂煤量波動造成的熱量損失。

（3） 擴大煙室斜坡處截面和窯尾縮口尺寸，采用帶輥子裝置的窯尾密封，可改善窯內通風不暢，提高密封性能，減少漏風、冒灰現象的發生，減少了系統的廢氣量。

（4）改善水泥熟料的煅燒性能。在保證水泥使用性能的基礎上，調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 實際應用效果

通過降低廢氣量及廢氣溫度、降低系統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情況見表2。

表2 白馬山水泥廠技改前后技術經濟指標對比

由表2可以看出，該水泥生產線技改后產量提高了100 t/d，單位熟料標煤耗由120 kg/t降低到114.33kg/t，減少了5.67kg/t。以年產熟料87.45萬t計，每年可節約標煤：87.45×5.67÷1 000=0.49萬 t。折算成實物煤，實物煤熱值按照5 200×4.18 kJ/kg來計，每年節約實物煤：0.49×7000÷5200=0.66萬t。原煤進廠價以450元/t計算，每年可減少原煤的成本：450×0.66=297萬元，節能降耗、經濟效益顯著。

通過分析降低水泥廠熱耗的改造措施，存在的問題得到了明顯改善，燒成系統運行穩定，熟料質量穩定，產量得到進一步提升，節能降耗效果顯著，提高了經濟效益，而且也為后續的水泥生產線的技術改造提供參考，共同推進水泥行業的良性發展。