狄東仁，孟軍，肖靜

1 概況

水泥生產(chǎn)過程是典型的高耗能過程，其中電能消耗在產(chǎn)品能耗和生產(chǎn)成本中占比很大，電耗指標代表了生產(chǎn)線的綜合技術(shù)水平，燒成系統(tǒng)電耗更是水泥廠標志指標之一。經(jīng)過對水泥生產(chǎn)線工藝過程及裝備技術(shù)長期的深入研究、精心設(shè)計和精細管理，我公司執(zhí)行的項目在技術(shù)指標及節(jié)能環(huán)保方面均取得了優(yōu)異成績。在近期執(zhí)行完成的國內(nèi)某大型水泥集團EPC總承包項目的性能考核中，燒成系統(tǒng)電耗16.6kW·h/t熟料，熟料綜合電耗37kW·h/t熟料，達到了國際先進水平。本文根據(jù)此項目燒成系統(tǒng)各主要設(shè)備的電耗考核結(jié)果，分析了電耗指標的構(gòu)成及燒成系統(tǒng)優(yōu)化改進的措施。

2 燒成系統(tǒng)電耗考核結(jié)果

本項目生產(chǎn)線規(guī)模為5 000t/d，正常產(chǎn)量下燒成系統(tǒng)電耗平均為16.6kW·h/t熟料，考核范圍包括生料出庫至熟料入庫的整個熟料燒成過程。主要包括生料入窯計量與輸送、預(yù)熱預(yù)分解系統(tǒng)、窯尾高溫風(fēng)機、回轉(zhuǎn)窯、熟料冷卻機、熟料冷卻廢氣處理、煤粉計量與輸送等系統(tǒng)，不包括窯尾排風(fēng)機。其中，高溫風(fēng)機、篦冷機冷卻風(fēng)機和窯頭排風(fēng)機電耗是影響燒成系統(tǒng)電耗的關(guān)鍵，一般占到系統(tǒng)電耗的60%以上，這幾個主要風(fēng)機的電耗低，體現(xiàn)出燒成系統(tǒng)電耗指標先進，其他設(shè)備（如窯主機）電耗和低壓設(shè)備電耗變化不大。具體電耗如表1所示。

從表1可以看出，該項目燒成系統(tǒng)電耗優(yōu)于國內(nèi)一般水平，比一般水平電耗少5kW·h/t熟料以上，其中高溫風(fēng)機的節(jié)電效果最為顯著。

3 燒成系統(tǒng)先進電耗指標的分析

下面對影響燒成系統(tǒng)電耗指標的關(guān)鍵設(shè)備——高溫風(fēng)機、篦冷機及冷卻風(fēng)機和窯頭排風(fēng)機的電耗逐項進行分析。

3.1 高溫風(fēng)機電耗

眾所周知，高溫風(fēng)機電耗是衡量預(yù)熱器系統(tǒng)技術(shù)水平的關(guān)鍵指標之一，其運行電耗由風(fēng)機進口風(fēng)量、壓力和風(fēng)機的運行效率決定，直接與預(yù)熱器C1出口風(fēng)量、壓力及含塵濃度有關(guān)。本項目采用了工藝先進、技術(shù)成熟的窯尾6級預(yù)熱器系統(tǒng)，使高溫風(fēng)機電耗僅為3.7kW·h/t熟料，優(yōu)于國內(nèi)一般水平，比一般水平電耗少2kW·h/t熟料以上，優(yōu)勢明顯。

（1）預(yù)熱器系統(tǒng)降阻效果顯著

經(jīng)過多年深入研究，我公司研制出了先進的低渦流6級預(yù)熱器系統(tǒng)，取得了低阻高效的顯著效果。6級預(yù)熱器系統(tǒng)出口壓力與傳統(tǒng)5級低阻型預(yù)熱器系統(tǒng)基本相當甚至更低，對降低風(fēng)機電耗起到了決定作用。

（2）預(yù)熱器出口廢氣量低

6級預(yù)熱器系統(tǒng)具有良好的燃燒換熱性能，熱耗低于93kg標煤/t熟料，因此，預(yù)熱器出口廢氣量較低。同時，高溫風(fēng)機按C1出口O2含量＜2%控制拉風(fēng)，避免拉大風(fēng)，嚴格控制安裝和耐火澆注料施工，減少系統(tǒng)漏風(fēng)和散熱，標定C1出口風(fēng)量達到了1.2～1.25m3（標）/kg熟料先進水平，風(fēng)量較常規(guī)低10%以上，也對降低風(fēng)機電耗起到了決定作用。

（3）預(yù)熱器分離效率高

標定C1出口含塵濃度～38g/m3（標），證明預(yù)熱器分離效率高達95%以上，減少了廢氣中飛灰?guī)ё叩臒崃浚诮档蜔岷牡耐瑫r，提高了高溫風(fēng)機的全壓運行效率。

從高溫風(fēng)機設(shè)備廠家提供的選型計算中可以看出，風(fēng)機全壓效率與含塵量關(guān)系很大，按含塵量60g/m3（標）修正后的全壓效率相比凈含塵量效率低2.4%～2.7%，見表2。含塵濃度越低，氣體密度也越低，風(fēng)機運行效率隨之提高，有助于降低風(fēng)機電耗。

（4）高溫風(fēng)機電耗計算

本項目與常規(guī)生產(chǎn)線高溫風(fēng)機計算電耗對比如表3所示。

本項目高溫風(fēng)機入口風(fēng)量、風(fēng)壓較常規(guī)生產(chǎn)線明顯降低，廢氣中含塵濃度也較低，因此提高了風(fēng)機運行效率，電耗3.7kW·h/t熟料，節(jié)電效果顯著。

（5）高溫風(fēng)機選型特點

設(shè)備廠商提供的高溫風(fēng)機選型參數(shù)見表2。

從表2可以看出，高溫風(fēng)機的設(shè)計選型分為窯尾SP鍋爐開和鍋爐關(guān)兩種狀態(tài)。每種狀態(tài)又按工作狀態(tài)和設(shè)計選型提供了兩組參數(shù)，以便風(fēng)機廠商選型時在鍋爐開的長期工況點上達到效率最佳，同時又能滿足不同工作狀態(tài)的運行，并留出一定的富余系數(shù)，滿足企業(yè)提產(chǎn)需求。廠商提供的風(fēng)機選型，實現(xiàn)了鍋爐開這種長期工況點下全壓效率均達到85%以上的理想效率水平。按介質(zhì)含塵量60g/m3（標）修正后全壓效率均＞82%，筆者按介質(zhì)含塵量38g/m3（標）換算，估算全壓效率應(yīng)＞83%。采用變頻調(diào)速，能使鍋爐開的兩種狀態(tài)風(fēng)機效率相差不大，基本達到了最佳，對照高溫風(fēng)機的電耗考核結(jié)果和工況參數(shù)，可以推測此臺風(fēng)機的實際運行效率在83%以上，說明風(fēng)機設(shè)計、制造均較為先進。

表1 燒成系統(tǒng)考核時主要設(shè)備電耗，kW·h/t熟料

表2 高溫風(fēng)機選型參數(shù)表

因此，在設(shè)計過程中，風(fēng)機的選型參數(shù)應(yīng)包括長期、短期工況運行和設(shè)計選型參數(shù)，以便風(fēng)機廠商了解風(fēng)機的實際運行狀態(tài)，選擇合適的高效風(fēng)機。

3.2 篦冷機及冷卻風(fēng)機電耗

本項目采用了我公司自主開發(fā)的第四代中置輥破篦冷機，運用了新型篦板、篦床分區(qū)供風(fēng)、薄料層、中置輥破前移等一系列先進技術(shù)。

篦冷機電耗主要取決于冷卻風(fēng)機，在單位熟料冷卻風(fēng)量1.9m3（標）/kg的條件下，只能通過降低供風(fēng)壓力來降低風(fēng)機電耗。由于第四代篦冷機實現(xiàn)了較薄料層操作，料層厚度降低了100mm，使得篦床通風(fēng)阻力降低，風(fēng)室風(fēng)壓降低約10%，電耗降低＞10%約0.6kW·h/t熟料，達到了篦冷機電耗＜5.5kW·h/t熟料的顯著節(jié)能效果。本項目篦冷機冷卻風(fēng)機單位熟料裝機功率為6.9kW/t熟料，一般項目為7.0～9.0kW/t熟料，具體對比見表4。

根據(jù)篦冷機冷卻風(fēng)機工作狀態(tài)，將需要經(jīng)常調(diào)整的后幾室冷卻風(fēng)機采用變頻調(diào)速，挖掘節(jié)電潛力；將基本全開、幾乎不需要調(diào)節(jié)的前幾室風(fēng)機采用固定調(diào)速，減少了變頻器自身～5%的電能損失。

表3 高溫風(fēng)機計算電耗對比

表4 篦冷機冷卻風(fēng)機裝機功率及電耗對比

表5 窯頭排風(fēng)機參數(shù)及電耗計算對比

表6 風(fēng)機廠商提供的窯頭排風(fēng)機選型參數(shù)表

3.3 窯頭排風(fēng)機電耗

窯頭排風(fēng)機電耗主要與風(fēng)機入口風(fēng)量和壓力有關(guān)，入口壓力受AQC鍋爐阻力和袋收塵器阻力的影響，本文不討論AQC鍋爐阻力。

窯頭采用了我公司提供的新型低壓脈沖袋收塵器，利用CFD技術(shù)對此袋收塵器及其進出口連接風(fēng)管進行了氣流分布優(yōu)化，使收塵器及連接管道內(nèi)部風(fēng)速均勻；根據(jù)氣體性質(zhì)，選用了合適的覆膜濾料，對袋收塵器換袋結(jié)構(gòu)進行了改進，將漏風(fēng)率控制在3%以下。生產(chǎn)線投產(chǎn)后，此袋收塵器運行穩(wěn)定，標定窯頭排風(fēng)機進口風(fēng)量～1.02m3（標）/kg熟料，進出口壓差～530Pa，實現(xiàn)了粉塵超低排放。本項目與常規(guī)生產(chǎn)線窯頭排風(fēng)機參數(shù)及電耗計算對比見表5。

窯頭排風(fēng)機的設(shè)計選型與高溫風(fēng)機類似，分為窯頭AQC鍋爐開和鍋爐關(guān)兩種狀態(tài)，每種狀態(tài)又按工作狀態(tài)和設(shè)計選型提供了兩組參數(shù)，以便風(fēng)機廠商選型時在鍋爐開的長期工況點上達到效率最佳，并留出一定的富余系數(shù)，滿足提產(chǎn)需求。廠商提供的風(fēng)機選型實現(xiàn)了在鍋爐開的長期工況點下全壓效率86.8%的理想結(jié)果，由于采用變頻調(diào)速，各種狀態(tài)全壓效率均＞86%。風(fēng)機廠商提供的窯頭排風(fēng)機選型參數(shù)見表6。

對照此臺風(fēng)機的考核結(jié)果和工況參數(shù)，該風(fēng)機的實際運行效率應(yīng)在86%左右高效運行，與設(shè)計基本一致。此臺風(fēng)機的效率很高，選型非常理想，較一般風(fēng)機效率高出～6%。

4 結(jié)語

項目先進的電耗指標反映出我公司在燒成系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域已經(jīng)達到了國際先進水平。隨著水泥行業(yè)對資源節(jié)約、節(jié)能環(huán)保的要求越來越高，以及市場競爭的加劇，圍繞水泥行業(yè)核心技術(shù)燒成系統(tǒng)，在降低能耗、提高熱回收效率和減少排放等方面，仍需持續(xù)深入研究和優(yōu)化改進；對于影響電耗的關(guān)鍵設(shè)備風(fēng)機等，還應(yīng)精準設(shè)計選型，提高風(fēng)機效率；喂料、喂煤等輔機設(shè)備和環(huán)節(jié)均有改進和提升的空間，需要精益求精挖掘潛力。只有不斷創(chuàng)新、改進技術(shù)，才能實現(xiàn)水泥行業(yè)的綠色可持續(xù)發(fā)展。