預(yù)分解窯熟料熱耗的影響因素和降低的途徑

1、 預(yù)分解窯熟料熱耗的影響因素和降低的途徑1系統(tǒng)熟料熱耗高的原因分析國外水泥廠家通過采用低阻高效的多級預(yù)熱器系統(tǒng)、新型篦式冷卻機和多通道噴煤管等先進技術(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工藝，降低了水泥生產(chǎn)的熟料熱耗。表1、表2分別為國內(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)量的對比。國內(nèi)生產(chǎn)廠家的熟料熱耗較國外高出較多，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，國內(nèi)生產(chǎn)廠家熱耗高的原因有三個方面。一是預(yù)熱器出口廢氣熱損失大。國內(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

2、比國外廠家高出約4%，而國內(nèi)這些廠家在我國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)。國外較先進的帶五級預(yù)熱器的預(yù)分解窯的預(yù)熱器出口廢氣溫度一般為290310，如果國內(nèi)廠家預(yù)熱器出口廢氣溫度能降至這個水平，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降至300，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

3、.704kg，其它條件不變，此時預(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)機電耗，另一方面由于漏風(fēng)降低了氣體溫度，進而降低了氣固換熱效率。特別是各級預(yù)熱器下

4、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的比例/%備注（數(shù)據(jù)來源時間、預(yù)熱器級數(shù)）a廠3265.4789.324.21995、四級b廠3648.1862.823.71992、四級c廠3996.61136.128.41995、四級d廠3501.7817.723.41995、五級e廠3568.2929.826.11996、五級f廠3484.8804.223.11

5、997、五級g廠4031.01119.027.81998、五級h廠3827.71086.928.41995、五級rsp窯3075.2752.824.5日本、五級umfc窯2992.9553.018.5日本、五級dd窯3136.2703.322.4日本、四級slc窯3191.2724.022.7丹麥、四級表2國內(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/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43412.1933490.3310.62b廠36362.3153670.4346.87c廠2064

6、2.5474240.4347.65d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。國內(nèi)廠家熟料熱耗高的第二個方面是燒成系統(tǒng)的散熱損失較大。數(shù)據(jù)

7、對比如表3所示。表3國內(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)管冷卻機合計系統(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28

8、6.7179.843.739.636.9586.715.3日本dd窯167.750.27.219.230.9275.28.77注：1.e廠測定的散熱損失數(shù)據(jù)受到天氣影響較大；2.f廠冷卻機為單筒冷卻機，其余各廠為篦式冷卻機。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(篦式冷卻機)，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)，使用時間較長

9、，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)計和施工、窯速變化及堿等揮發(fā)性組分的侵蝕對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)計選型上的原因。國內(nèi)在設(shè)計中小型預(yù)分解窯系統(tǒng)時，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，國內(nèi)外部分廠家的比較如表4所示。通過對比可以看出，就窯的單位容積產(chǎn)量而言，國內(nèi)回轉(zhuǎn)窯明顯要低于國外廠家，從某種程度上來說，也就意味著國內(nèi)回轉(zhuǎn)窯(超短窯除外)規(guī)格的設(shè)計仍值得探討。以4m60m的回轉(zhuǎn)窯為例，印度visaka水泥公司的窯的設(shè)計生產(chǎn)能力為2500t/d，而國

10、內(nèi)只有2000t/d，兩者差值竟然高達25%。生產(chǎn)實踐指出，對于同一規(guī)格的回轉(zhuǎn)窯，會因預(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時產(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，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。與國外相比，國內(nèi)在這方面還存在提高認(rèn)識的問題。在設(shè)計新的水泥生產(chǎn)線時，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，

11、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)量的提高會使窯系統(tǒng)平衡變得極為敏感，有時遇到小小的波動亦難以調(diào)整。表4國內(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)熱器級數(shù)回轉(zhuǎn)窯有效容積/m3設(shè)計產(chǎn)量/(t/d)窯單位容積產(chǎn)量/(t/(dm3)窯單位截面積產(chǎn)量/(t/(dm2)a廠4.77541089.240003.672275.4j廠4.77441074.640003.722275.4l廠4.556841114.632003.479236.6c廠4.0604610.720003.275196.5e廠3.96595587.320003.405200.9f廠3.3505330.31000

12、3.028151.4g廠3.0485254.87002.747131.8h廠3.046.55246.97002.835131.8泰國西姆水泥公司5.68251741.575004.307353.2德國be-rnburg廠4.87661155.650004.327328.8丹麥最新史密斯型4.887351150.750004.345317.2德國la-gerdorf廠4.8653988.345004.553295.9印度raj廠4.4606754.037004.907294.4菲律賓共和水泥公司4.4525653.433005.050262.6馬來西亞pahang廠4.4605754.03200

13、4.244254.6印度visaka廠4.0605610.725004.093245.6注：表中國內(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行計算的。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，對系統(tǒng)散熱損失影響不大，但可延長粉料在爐內(nèi)停留時間，對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，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。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。同時研究也表明，對于不同規(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

14、小的預(yù)分解窯要少，而且在國內(nèi)各種規(guī)模的預(yù)分解窯系統(tǒng)中，沒有達產(chǎn)達標(biāo)的以中小型窯居多。因此，本著工廠的技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)考慮，國內(nèi)在新建預(yù)分解窯時，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。冷卻機余風(fēng)帶走熱量較大也是導(dǎo)致系統(tǒng)熱耗高的一個原因，如表5所示。表5各廠冷卻機的熱回收效率、出冷卻機熟料溫度及二次風(fēng)溫等的比較廠家熱回收效率/%出冷卻機熟料溫度/二次風(fēng)溫/出冷卻機余風(fēng)風(fēng)量/(kg/kg)出冷卻機余風(fēng)風(fēng)溫/a廠59.215810502.192238b廠67.71439801.876221c廠55.41489601.956332d廠

15、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)溫為各廠的測定值，因二次風(fēng)溫測量誤差較大，故僅供參考。由表5可知，若從出冷卻機余風(fēng)風(fēng)量、風(fēng)溫兩項指標(biāo)來看，國內(nèi)廠家與國外水平還比較接近。但國內(nèi)廠家冷卻機熱回收效率、入窯二次風(fēng)溫明顯偏低，出冷卻機熟料溫度偏大，這些都說明了國內(nèi)的篦式冷卻機與國外廠家相比，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。2降低系統(tǒng)熟料熱耗的途徑從前面敘述中可以知道，國內(nèi)廠家

16、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)散熱損失及冷卻機余風(fēng)熱損失三大熱損失較高，但具體到各項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。2.1優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計和生產(chǎn)操作2.1.1優(yōu)化原料配方原料的性質(zhì)及其配料方案對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、操作密切相關(guān)。生產(chǎn)中理應(yīng)對不同的原料，通過優(yōu)化配比，為實現(xiàn)節(jié)能降耗打下基礎(chǔ)4。2.1.2采用多級新型旋風(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)對水泥生產(chǎn)的影響等。實踐證明只有選用多級低阻高效旋風(fēng)預(yù)熱器系統(tǒng)，徹底改進預(yù)熱器本身的性能，才能

17、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。但對目前已建成投產(chǎn)的預(yù)分解窯，還可以針對其較高的預(yù)熱器出口廢氣溫度和出冷卻機余風(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5，這在魯南、琉璃河、寧國等廠已取得了成功。2.1.3應(yīng)用新型高效的篦式冷卻機新型篦式冷卻機應(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)與熱熟料充分地進行熱交換，提高入窯系統(tǒng)的二、三次風(fēng)的溫度，從而達到高效、低耗的目的6。1990年新型的控流式篦式冷卻機投放市場以來，很快以其節(jié)省熟料熱耗、提高窯系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)率和可靠性，以及延長篦板壽命與減少維修量等

18、優(yōu)點，在國外得到了廣泛的運用，獲得了顯著的效益7。目前，我國水泥工業(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。當(dāng)然，除上述三點之外，正確合理地選擇耐火材料和保溫材料對水泥生產(chǎn)也至關(guān)重要，水泥生產(chǎn)中理應(yīng)引起高度重視，以求實現(xiàn)窯系統(tǒng)及不同部位襯里的長壽命和低散熱。2.2開發(fā)新型水泥燒成工藝，發(fā)展高性能水泥英國、美國、法國及日本等國已率先利用工業(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)，進行水泥新燒成工藝的開發(fā)，業(yè)已取得了初步成功7，8。國內(nèi)在此方面尚未見到報導(dǎo)，但國內(nèi)已著手進行新型干法窯燃無煙煤生產(chǎn)水泥技術(shù)的研究開發(fā)，同時不少單位已從節(jié)能降耗和環(huán)保角度出發(fā)，開展對具有低的鈣硅比、低的燒成溫度和高的水硬活性、高的水化率的高性能水泥的研究，以期達到降低生產(chǎn)能耗、減少資源消耗、減輕環(huán)境負(fù)荷的目的，促進我國水泥工業(yè)的結(jié)構(gòu)性調(diào)整。3結(jié)論1)國內(nèi)水泥廠家熟料熱耗高的原因主要在于三大熱損失較高，其中預(yù)熱器出口廢氣量大、廢氣溫度高、系統(tǒng)漏風(fēng)嚴(yán)重、耐火材料使用不盡合理、冷卻機熱回收效率低等原因是導(dǎo)致系統(tǒng)熱耗高的直接原因。同時回轉(zhuǎn)窯規(guī)格的設(shè)計等也值得進一步探討。2)降低系統(tǒng)熱耗的途徑有多方面。一是從原料入手，優(yōu)化原料配