預(yù)分解窯熟料熱耗的影響因素和降低的途徑

預(yù)分解窯熟料熱耗的影響因素和降低的途徑系統(tǒng)熟料熱耗高的原因分析國(guó)外水泥廠家通過采用低阻高效的多級(jí)預(yù)熱器系統(tǒng)、新型篦式冷卻機(jī)和多通道噴煤管等先進(jìn)技術(shù)裝備，利用窯系統(tǒng)的低溫廢氣余熱發(fā)電，回收使用二次能源等先進(jìn)工藝，降低了水泥生產(chǎn)的熟料熱耗。表1、表2分別為國(guó)內(nèi)外部分水泥廠家熟料熱耗、預(yù)熱器出口廢氣熱損失及系統(tǒng)漏風(fēng)量的對(duì)比。國(guó)內(nèi)生產(chǎn)廠家的熟料熱耗較國(guó)外高出較多，以RSP預(yù)分解窯為例，G廠、C廠和F廠的熱耗分別比日本RSP窯高出31%、30%和13%。眾所周知，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)廠家熱耗高的原因有三個(gè)方面。一是預(yù)熱器出口廢氣熱損失大。國(guó)內(nèi)廠家預(yù)熱器出口廢氣熱損失占系統(tǒng)熟料熱耗的26%左右，有的近30%，平均比國(guó)外廠家高出約4%，而國(guó)內(nèi)這些廠家在我國(guó)還算是較好的水泥企業(yè)。造成如此高的廢氣熱損失主要原因在于預(yù)熱器出口廢氣量大、廢氣溫度較高、系統(tǒng)存在較嚴(yán)重的漏風(fēng)。國(guó)外較先進(jìn)的帶五級(jí)預(yù)熱器的預(yù)分解窯的預(yù)熱器出口廢氣溫度一般為290?310°C，如果國(guó)內(nèi)廠家預(yù)熱器出口廢氣溫度能降至這個(gè)水平，則其預(yù)熱器出口廢氣熱損失可降低許多。以G廠為例，若其預(yù)熱器出口廢氣溫度由目前的370°C降至300C，則廢氣帶走的熱損失將由目前的每千克熟料1119kJ降至903kJ，降幅為19.3%；如果此時(shí)其出口廢氣量再降低，比如系統(tǒng)漏風(fēng)量由目前的每千克熟料0.389kg降為0.195kg,即降低一半，則廢氣量由每千克熟料2.898kg降至2.704kg，其它條件不變，此時(shí)預(yù)熱器出口廢氣熱損失又將降到842kJ,降幅為6.7%，這種情況下系統(tǒng)的熟料熱耗將由目前的4031kJ/kg降為3254kJ/kg,降幅為19.3%。表2中A廠、D廠和E廠燒成系統(tǒng)漏風(fēng)量較少，多數(shù)廠家系統(tǒng)漏風(fēng)量占物料總收入的比例為日本DD窯的2.5倍，有的廠家甚至高達(dá)6倍。如果用系統(tǒng)漏風(fēng)量占預(yù)熱器出口廢氣量的百分比來看，多數(shù)廠家約為15%，有的竟高達(dá)23%。由此可見系統(tǒng)漏風(fēng)問題在部分廠家仍沒有引起高度重視，但系統(tǒng)漏風(fēng)造成的損失卻是顯而易見的。一方面增大了系統(tǒng)廢氣量，增加了熱損失和風(fēng)機(jī)電耗，另一方面由于漏風(fēng)降低了氣體溫度，進(jìn)而降低了氣固換熱效率。特別是各級(jí)預(yù)熱器下部翻板閥及下料管的內(nèi)、外部漏風(fēng)，將使旋風(fēng)筒分離效率急劇降低，從而造成高溫物料向上級(jí)低溫旋風(fēng)筒返混，擾亂系統(tǒng)正常生產(chǎn)，其熱耗必然增加。表1國(guó)內(nèi)外部分廠家熟料熱耗、預(yù)熱器出口廢氣熱損失的比較廠家熟料熱耗/(kj/kg)預(yù)熱器出口廢氣熱損失/(kJ/kg)預(yù)熱器出口廢氣熱損失占熟料熱耗備注(數(shù)據(jù)來源時(shí)間、預(yù)熱器

的比例/%級(jí)數(shù))A廠3265.4789.324.21995、四級(jí)B廠3648.1862.823.71992、四級(jí)C廠3996.61136.128.41995、四級(jí)D廠3501.7817.723.41995、五級(jí)E廠3568.2929.826.11996、五級(jí)F廠3484.8804.223.11997、五級(jí)G廠4031.01119.027.81998、五級(jí)H廠3827.71086.928.41995、五級(jí)RSP窯3075.2752.824.5日本、五級(jí)UMFC窯2992.9553.018.5日本、五級(jí)DD窯3136.2703.322.4日本、四級(jí)SLC窯3191.2724.022.7丹麥、四級(jí)表2國(guó)內(nèi)外部分廠家預(yù)熱器出口廢氣量及系統(tǒng)漏風(fēng)量的比較廠家實(shí)際生產(chǎn)能力/(t/d)預(yù)熱器出口廢氣量/(kg/kg)預(yù)熱器出口廢氣溫度/°c系統(tǒng)漏風(fēng)量/(kg/kg)系統(tǒng)漏風(fēng)量占物料總收入的百分比/%A廠43412.1933490.3310.62

B廠36362.3153670.4346.87C廠20642.5474240.4347.65D廠20092.2703490.2093.79E廠20292.4073660.1312.13F廠11492.3443290.2457.11G廠7252.8983700.3896.29H廠7513.0953350.71617.35日本DD窯20001.8483250.1442.82當(dāng)然，國(guó)內(nèi)廠家預(yù)熱器出口廢氣量即使扣除系統(tǒng)漏入的空氣量，其數(shù)值也多在2.1kg/kg左右，而日本DD窯扣除后僅為1.7kg/kg。國(guó)內(nèi)預(yù)熱器出口廢氣量大的主要原因除熱耗高、燃燒產(chǎn)生的煙氣量大外，系統(tǒng)用風(fēng)量方面仍值得深入的探討。國(guó)內(nèi)廠家熟料熱耗高的第二個(gè)方面是燒成系統(tǒng)的散熱損失較大。數(shù)據(jù)對(duì)比如表3所示。表3 國(guó)內(nèi)外部分廠家燒成系統(tǒng)的散熱損失(kj/kg)廠家回轉(zhuǎn)窯預(yù)熱器分解爐三次風(fēng)管冷卻機(jī)合計(jì)系統(tǒng)散熱量占熟料熱耗的百分比/%A廠197.698.87.538.94.8347.610.7B廠218.2133.811.325.46.2394.911.7C廠207.9213.736.757.318.2533.813.4D廠246.7164.346.025.415.1497.514.2E廠256.667.514.712.515.6366.910.3F廠317.5177.628.068.1353.0944.227.1G廠404.2192.440.1105.29.7751.618.6H廠286.7179.843.739.636.9586.715.3日本DD窯167.750.27.219.230.9275.28.77注：1.E廠測(cè)定的散熱損失數(shù)據(jù)受到天氣影響較大；2.F廠冷卻機(jī)為單筒冷卻機(jī)，其余各廠為篦式冷卻機(jī)。由表3可見，就系統(tǒng)各部分散熱損失大小而言，回轉(zhuǎn)窯最大，以下依次為預(yù)熱器、三次風(fēng)管、分解爐、冷卻機(jī)（篦式冷卻機(jī)），其中回轉(zhuǎn)窯、預(yù)熱器兩者散熱損失之和要占系統(tǒng)總散熱量的80%?90%。除去二者的外表面積較大的原因外，設(shè)備的表面溫度較高也不容忽視，特別是回轉(zhuǎn)窯。造成國(guó)內(nèi)水泥生產(chǎn)廠家燒成系統(tǒng)散熱損失高不僅有內(nèi)襯材料選擇的原因，而且有生產(chǎn)操作上的原因。如耐火材料的選擇不當(dāng)，使用時(shí)間較長(zhǎng)，隔熱效果不夠理想以及窯頭、分解爐兩把火用煤量不盡合理，使燒成系統(tǒng)的整體溫度普遍較高等。在耐火材料配套設(shè)計(jì)和施工、窯速變化及堿等揮發(fā)性組分的侵蝕對(duì)耐火材料的影響等方面重視也不夠〔1〕。另外還有設(shè)備設(shè)計(jì)選型上的原因。國(guó)內(nèi)在設(shè)計(jì)中小型預(yù)分解窯系統(tǒng)時(shí)，可能本著設(shè)備留有適當(dāng)富余能力、緩沖操作上的困難等種種原因，設(shè)備選型往往偏大，以回轉(zhuǎn)窯為例，國(guó)內(nèi)外部分廠家的比較如表4所示。通過對(duì)比可以看出，就窯的單位容積產(chǎn)量而言，國(guó)內(nèi)回轉(zhuǎn)窯明顯要低于國(guó)外廠家，從某種程度上來說，也就意味著國(guó)內(nèi)回轉(zhuǎn)窯（超短窯除外）規(guī)格的設(shè)計(jì)仍值得探討。以①4mX60m的回轉(zhuǎn)窯為例，印度Visaka水泥公司的窯的設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為2500t/d,而國(guó)內(nèi)只有2000t/d,兩者差值竟然高達(dá)25%。生產(chǎn)實(shí)踐指出，對(duì)于同一規(guī)格的回轉(zhuǎn)窯，會(huì)因預(yù)熱器與分解爐等的規(guī)格匹配、原燃料的品質(zhì)種類、窯爐燃料的用量比、配料的率值、化學(xué)成分的穩(wěn)定性及操作而影響其臺(tái)時(shí)產(chǎn)量〔2〕，但當(dāng)熱負(fù)荷的主體碳酸鹽分解，部分或大部分從窯內(nèi)移到窯外時(shí)，決定系統(tǒng)能力的因素也理應(yīng)由回轉(zhuǎn)窯移到預(yù)熱器和分解爐系統(tǒng)〔3〕。目前國(guó)外廠家在保證預(yù)分解程度高且穩(wěn)定，回轉(zhuǎn)窯具有一定潛力的基礎(chǔ)上，紛紛在縮小窯的規(guī)格，比如超短窯。這樣可適當(dāng)降低窯的散熱損失，減小耐火材料的用量，有利于節(jié)

能。與國(guó)外相比，國(guó)內(nèi)在這方面還存在提高認(rèn)識(shí)的問題。在設(shè)計(jì)新的水泥生產(chǎn)線時(shí)，應(yīng)具體考慮到工廠使用的原、燃料品質(zhì)，操作管理水平等，充分做到設(shè)備選型合理、優(yōu)化，功能匹配得當(dāng)，否則生產(chǎn)中產(chǎn)量的提高會(huì)使窯系統(tǒng)平衡變得極為敏感，有時(shí)遇到小小的波動(dòng)亦難以調(diào)整。表4國(guó)內(nèi)外部分廠家回轉(zhuǎn)窯的規(guī)格及產(chǎn)量廠家窯規(guī)格/m預(yù)熱器級(jí)數(shù)回轉(zhuǎn)窯有效容積/m3設(shè)計(jì)產(chǎn)量/(t/d)窯單位容積產(chǎn)量/(t/(d?m3))窯單位截面積產(chǎn)量/(t/(d?m2))A廠04.7X7541089.240003.672275.4J廠04.7X7441074.640003.722275.4L廠04.55X6841114.632003.479236.6C廠04.0X604610.720003.275196.5E廠03.96X595587.320003.405200.9F廠03.3X505330.310003.028151.4G廠03.0X485254.87002.747131.8H廠03.0X46.55246.97002.835131.8泰國(guó)西姆水泥公司05.6X8251741.575004.307353.2德國(guó)Be-rnburg廠04.8X7661155.650004.327328.8丹麥取新史密斯型04.88X7351150.750004.345317.2

德國(guó)Lagerdorf廠04.8X653988.345004.553295.9印度Raj廠04.4X606754.037004.907294.4菲律賓共和水泥公司04.4X525653.433005.050262.6馬來西亞Pahang廠04.4X605754.032004.244254.6印度Visaka廠04.0X605610.725004.093245.6注：表中國(guó)內(nèi)廠家窯單位容積產(chǎn)量和窯單位截面積產(chǎn)量均是按照窯的有效尺寸來進(jìn)行計(jì)算的。由表3可以發(fā)現(xiàn)，分解爐的散熱損失占系統(tǒng)總散熱損失的比例較小，適當(dāng)增大分解爐的有效容積，對(duì)系統(tǒng)散熱損失影響不大，但可延長(zhǎng)粉料在爐內(nèi)停留時(shí)間，對(duì)煤粉燃燒與生料分解反應(yīng)有利。目前新型分解爐的設(shè)計(jì)，除了注重改變?nèi)剂先肟谖恢?、燃料、生料、三次風(fēng)分布方式外，還存在著增大爐體體積的趨勢(shì)通過表4還可以看出，規(guī)模大的廠家的窯的單位截面積產(chǎn)量大于規(guī)模小的廠家。同時(shí)研究也表明，對(duì)于不同規(guī)模的預(yù)分解窯，規(guī)模大的預(yù)分解窯的單位容積的耐火材料用量比規(guī)模小的預(yù)分解窯要少，而且在國(guó)內(nèi)各種規(guī)模的預(yù)分解窯系統(tǒng)中，沒有達(dá)產(chǎn)達(dá)標(biāo)的以中小型窯居多。因此，本著工廠的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)考慮國(guó)內(nèi)在新建預(yù)分解窯時(shí)，在資金允許的條件下以采用大中型預(yù)分解窯為佳，日本、東南亞一些國(guó)家紛紛建造大型的水泥預(yù)分解生產(chǎn)線也足以證明這一點(diǎn)。冷卻機(jī)余風(fēng)帶走熱量較大也是導(dǎo)致系統(tǒng)熱耗高的一個(gè)原因，如表5所示。表5各廠冷卻機(jī)的熱回收效率、出冷卻機(jī)熟料溫度及二次風(fēng)溫等的比較廠家熱回收效率出冷卻機(jī)熟料溫度二次風(fēng)溫/C出冷卻機(jī)余風(fēng)風(fēng)量出冷卻機(jī)余風(fēng)風(fēng)溫

/%/C/(kg/kg)/CA廠59.215810502.192238B廠67.71439801.876221C廠55.41489601.956332D廠60.61358732.003206E廠66.41359262.535198F廠56.6168720——G廠73.91878201.983138H廠58.2—7251.720250日本DD窯67.09810132.009213注：表中二次風(fēng)溫為各廠的測(cè)定值，因二次風(fēng)溫測(cè)量誤差較大，故僅供參考。由表5可知，若從出冷卻機(jī)余風(fēng)風(fēng)量、風(fēng)溫兩項(xiàng)指標(biāo)來看，國(guó)內(nèi)廠家與國(guó)外水平還比較接近。但國(guó)內(nèi)廠家冷卻機(jī)熱回收效率、入窯二次風(fēng)溫明顯偏低，出冷卻機(jī)熟料溫度偏大，這些都說明了國(guó)內(nèi)的篦式冷卻機(jī)與國(guó)外廠家相比，在冷卻風(fēng)利用率、提高窯系統(tǒng)二次風(fēng)溫等方面尚存在較大差距。降低系統(tǒng)熟料熱耗的途徑從前面敘述中可以知道，國(guó)內(nèi)廠家熟料熱耗高的原因雖主要在于預(yù)熱器出口廢氣熱損失、系統(tǒng)散熱損失及冷卻機(jī)余風(fēng)熱損失三大熱損失較高，但具體到各項(xiàng)熱損失仍有其根本原因。目前，降低系統(tǒng)熱耗的途徑有多方面，本文歸結(jié)如下。優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)和生產(chǎn)操作優(yōu)化原料配方原料的性質(zhì)及其配料方案對(duì)水泥生料易燒性有著重要的影響，它與燒成系統(tǒng)設(shè)備如分解爐等的設(shè)計(jì)、操作密切相關(guān)。生產(chǎn)中理應(yīng)對(duì)不同的原料，通過優(yōu)化配比，為實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗打下基礎(chǔ)〔4〕。采用多級(jí)新型旋風(fēng)預(yù)熱器系統(tǒng)造成預(yù)熱器出口廢氣熱損失較高的原因有預(yù)熱器系統(tǒng)換熱效率不高，廠家忽視了系統(tǒng)漏風(fēng)對(duì)水泥生產(chǎn)的影響等。實(shí)踐證明只有選用多級(jí)低阻高效旋風(fēng)預(yù)熱器系統(tǒng)，徹底改進(jìn)預(yù)熱器本身的性能，才能提高預(yù)熱器系統(tǒng)的換熱效率，降低預(yù)熱器出口廢氣溫度，生產(chǎn)中還應(yīng)嚴(yán)格注意設(shè)備的密封堵漏，從而降低系統(tǒng)的熟料熱耗。但對(duì)目前已建成投產(chǎn)的預(yù)分解窯，還可以針對(duì)其較高的預(yù)熱器出口廢氣溫度和出冷卻機(jī)余風(fēng)溫度，通過低溫廢氣余熱發(fā)電，從而為降低系統(tǒng)熟料熱耗做出貢獻(xiàn)〔5〕，這在魯南、琉璃河、寧國(guó)等廠已取得了成功。應(yīng)用新型高效的篦式冷卻機(jī)新型篦式冷卻機(jī)應(yīng)力求以最少的冷卻風(fēng)冷卻盡可能多的熱熟料，使冷卻風(fēng)與熱熟料充分地進(jìn)行熱交換，提高入窯系統(tǒng)的二、三次風(fēng)的溫度，從而達(dá)到高效低耗的目的〔6〕。1990年新型的控流式篦式冷卻機(jī)投放市場(chǎng)以來，很快以其節(jié)省熟料熱耗、提高窯系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)率和可靠性，以及延長(zhǎng)篦板壽命與減少維修量等優(yōu)點(diǎn)，在國(guó)外得到了廣泛的運(yùn)用，獲得了顯著的效益〔7〕。目前，我國(guó)水泥工業(yè)也正積極推廣帶阻力篦板空氣梁墊的新型高效篦式冷卻機(jī)。當(dāng)然，除上述三點(diǎn)之外，正確合理地選擇耐火材料和保溫材料對(duì)水泥生產(chǎn)也至關(guān)重要，水泥生產(chǎn)中理應(yīng)引起高度重視，以求實(shí)現(xiàn)窯系統(tǒng)及不同部位襯里的長(zhǎng)壽命和低散熱。2.2開發(fā)新型水泥燒成工藝，發(fā)展高性能水泥英國(guó)、美國(guó)、法國(guó)及日本等國(guó)已率先利用工業(yè)可燃廢料來生產(chǎn)水泥。他們通過水泥工業(yè)可以回收利用的可燃廢料和含可燃質(zhì)的原料作為二次燃料，結(jié)合循環(huán)流化床技術(shù)，進(jìn)