殷昭波（中國(guó)中材國(guó)際工程股份有限公司（南京），江蘇 南京 211100）

0 概述

水泥生產(chǎn)企業(yè)為高能耗企業(yè)，水泥生產(chǎn)能耗費(fèi)用在生產(chǎn)成本中占60%左右。水泥生產(chǎn)過程主要能耗為燃料燃燒熱能和電能，其中電能消耗分布于整個(gè)水泥生產(chǎn)過程，具體情況如下：原燃料制備系統(tǒng)約占23%～48%，熟料燒成系統(tǒng)約占17%～27%，水泥成品系統(tǒng)約占35%～50%。本文現(xiàn)就熟料燒成系統(tǒng)電耗的基本組成及燒成系統(tǒng)的節(jié)能降耗措施作一淺要分析和探討。

1 熟料燒成系統(tǒng)電耗的基本組成

熟料燒成系統(tǒng)主要包括：從生料均化出庫至熟料入庫，包括窯尾廢氣處理、煤粉計(jì)量輸送系統(tǒng)。根據(jù)三條水泥熟料生產(chǎn)線燒成系統(tǒng)跟蹤統(tǒng)計(jì)結(jié)果，燒成系統(tǒng)運(yùn)行用主機(jī)設(shè)備裝機(jī)功率及燒成系統(tǒng)生產(chǎn)用電耗分項(xiàng)估算見表1，2。

熟料燒成系統(tǒng)的電耗可分為三大類：物料輸送、氣流體傳送及生產(chǎn)輔助。其中物料輸送主要包括生料計(jì)量及輸送、窯主電機(jī)、熟料破碎及輸送、煤粉及窯灰輸送；氣流體傳送主要包括一次風(fēng)機(jī)、高溫風(fēng)機(jī)及窯尾排風(fēng)機(jī)、熟料冷卻風(fēng)機(jī)及窯頭排風(fēng)機(jī)；生產(chǎn)輔助主要包括生產(chǎn)用水及壓縮空氣的消耗等。以上三類電耗估算及比例見表3。

由表1～3以及實(shí)際生產(chǎn)情況得出：

（1）燒成系統(tǒng)中物料輸送及生產(chǎn)輔助類電能消耗僅占燒成系統(tǒng)總電耗的30%左右。對(duì)于物料輸送，其輸送方式及裝置確定后，單位熟料電耗有變化，但變化較小，僅與系統(tǒng)配置設(shè)備的驅(qū)動(dòng)效率相關(guān)，驅(qū)動(dòng)效率越高，均攤的單位無功損耗就越小，相應(yīng)熟料單位電耗也越低；對(duì)于生產(chǎn)輔助類設(shè)備電能消耗在整個(gè)燒成系統(tǒng)中占比較小，通過智能化裝備的配置，現(xiàn)電能消耗也越來越低。

表1 燒成系統(tǒng)運(yùn)行用主機(jī)設(shè)備裝機(jī)功率 kW

表2 燒成系統(tǒng)生產(chǎn)用電耗分項(xiàng)估算 kWh/t

（2）燒成系統(tǒng)的電能消耗絕大部分在氣流體傳送上，占到燒成系統(tǒng)總電耗的70%左右，即風(fēng)機(jī)對(duì)電能的轉(zhuǎn)化利用率主導(dǎo)了系統(tǒng)電耗的高低程度，決定了燒成系統(tǒng)單位熟料電耗的高低，因此熟料燒成系統(tǒng)的節(jié)能降耗關(guān)鍵點(diǎn)在氣流體傳送系統(tǒng)。

表3 燒成系統(tǒng)生產(chǎn)用電耗分類估算

2 熟料燒成系統(tǒng)的節(jié)能降耗的措施

2.1 優(yōu)化系統(tǒng)管網(wǎng)阻力

系統(tǒng)管網(wǎng)阻力為系統(tǒng)中設(shè)備阻力與連接管道阻力的總和。其中設(shè)備阻力主要有：預(yù)熱器、余熱鍋爐、收塵器等。管道阻力主要來自各主機(jī)設(shè)備之間的連接管道。

隨著水泥技術(shù)裝備水平的進(jìn)步，燒成系統(tǒng)中設(shè)備阻力已有了顯著的降低。通過對(duì)燒成系統(tǒng)中超低阻、高效預(yù)熱預(yù)分解系統(tǒng)的深入研究和改造應(yīng)用，目前，五、六級(jí)預(yù)熱預(yù)分解系統(tǒng)的一級(jí)旋風(fēng)筒（C1）出口負(fù)壓可控制在4500～5500Pa；SP余熱鍋爐運(yùn)行阻力可控制在800～1000Pa，AQC余熱鍋爐運(yùn)行阻力可控制在600～800Pa；窯頭窯尾排風(fēng)機(jī)進(jìn)口負(fù)壓主要為廢氣通過袋除塵器濾料時(shí)產(chǎn)生的阻力，目前，通過采用低阻高效濾料，窯頭（尾）袋除塵器的阻力由以往的1200～1500Pa已降到了600～1000Pa的水平。在實(shí)際生產(chǎn)中，氣體中粉塵性質(zhì)對(duì)濾料阻力有很大影響，尤其是窯尾袋除塵器，這就需要生產(chǎn)操作管理人員提高操作管理水平，盡量減小其負(fù)面影響。

對(duì)于連接管道阻力，因水泥生產(chǎn)線產(chǎn)能較高，風(fēng)管管徑較大，管道沿程的阻力較小，假設(shè)管徑30000mm、風(fēng)速18m/s，100 m長(zhǎng)管道沿程的阻力值約100Pa；而熱風(fēng)管上的閥門、匯出/匯入三通、變徑、彎頭的局部阻力較大，為熱風(fēng)管阻力的主要來源。以表1中#2線為例，若SP爐進(jìn)出風(fēng)與C1至高溫風(fēng)機(jī)風(fēng)管的匯出匯入三通設(shè)置不當(dāng)，進(jìn)高溫風(fēng)機(jī)負(fù)壓由5850Pa增加至6150Pa，其單位熟料電耗會(huì)增加約0.45kWh?？梢姽艿老到y(tǒng)閥門的設(shè)置、三通等管道部件的構(gòu)造設(shè)計(jì)對(duì)降低電耗極其重要，因此設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)首要考慮盡可能減少其數(shù)量和降低其阻力值；其次在設(shè)計(jì)中應(yīng)注意可并聯(lián)設(shè)置的設(shè)施盡量不采用串聯(lián)設(shè)置。如窯頭AQC爐的回風(fēng)接口接至風(fēng)冷器進(jìn)口（即串聯(lián)設(shè)置）與接至風(fēng)冷器出口（即并聯(lián)設(shè)置），窯頭排風(fēng)機(jī)進(jìn)口負(fù)壓前者比后者要高出約500～800 Pa左右，相對(duì)窯頭排風(fēng)機(jī)來說，其電耗則會(huì)有較大幅度的增加。

2.2 選用在正常工況條件下效率較高的風(fēng)機(jī)

在熟料燒成系統(tǒng)中，除一次風(fēng)機(jī)外，高溫風(fēng)機(jī)、窯尾排風(fēng)機(jī)、窯頭排風(fēng)機(jī)、熟料冷卻風(fēng)機(jī)選用的都是離心式通風(fēng)機(jī)或引風(fēng)機(jī)。

一般情況下，離心風(fēng)機(jī)軸功率（No）計(jì)算公式如下：

考慮機(jī)械傳動(dòng)效率（η1），則風(fēng)機(jī)實(shí)際需要的軸功率（N）為：

其中，Ne—單位時(shí)間內(nèi)氣體通過風(fēng)機(jī)所獲得的總能量，即有效功率；P—從風(fēng)機(jī)進(jìn)口輸送至出口的過程中所獲得的能量增量，即風(fēng)機(jī)的全壓；Q—單位時(shí)間內(nèi)通過風(fēng)機(jī)輸送的氣體量，即風(fēng)機(jī)的體積流量；ηo—風(fēng)機(jī)的全壓效率；η1—風(fēng)機(jī)的機(jī)械傳動(dòng)效率。

由離心風(fēng)機(jī)軸功率計(jì)算公式可見，流量、風(fēng)壓、風(fēng)機(jī)效率決定了風(fēng)機(jī)對(duì)電能的消耗。風(fēng)機(jī)的效率是設(shè)備本身固有的，風(fēng)機(jī)的工作點(diǎn)所對(duì)應(yīng)風(fēng)機(jī)的效率是不同的，且變化較大也較快，因此，合適的風(fēng)機(jī)選型可不同程度的提高風(fēng)機(jī)電能的利用率，從而達(dá)到節(jié)能降耗的目的。

在現(xiàn)有運(yùn)行水泥生產(chǎn)線中，燒成系統(tǒng)用風(fēng)機(jī)的實(shí)際運(yùn)行值一般情況下高溫風(fēng)機(jī)較高，約70%～75%，窯頭、窯尾排風(fēng)機(jī)較低，基本在70%以下；三者的運(yùn)行效率都有較大提升空間。若高溫風(fēng)機(jī)、窯頭窯尾排風(fēng)機(jī)效率均提高10%，則單位熟料三臺(tái)風(fēng)機(jī)總的電能消耗可下降1kWh/t以上。因此在設(shè)計(jì)或技改選型時(shí)要盡可能選用在正常工況條件下效率較高的風(fēng)機(jī)，以降低實(shí)際生產(chǎn)的電能消耗。

對(duì)于熟料冷卻用風(fēng)機(jī)，因生產(chǎn)工況相對(duì)較穩(wěn)定，且采用變頻調(diào)速或更節(jié)能的永磁電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)，可使風(fēng)機(jī)的效率達(dá)到80%以上，對(duì)第四代篦冷機(jī)來說，單位熟料電耗基本可控制在6.5kWh以內(nèi)。

我們?cè)谶x用離心風(fēng)機(jī)時(shí)，還要考慮系統(tǒng)管網(wǎng)實(shí)際阻力及流量與離心風(fēng)機(jī)性能的關(guān)系。風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速固定的情況下，風(fēng)機(jī)的流量、風(fēng)壓是一組對(duì)應(yīng)值，當(dāng)系統(tǒng)實(shí)際阻力低于設(shè)計(jì)值時(shí)，需要調(diào)節(jié)閥門開度以增加系統(tǒng)阻力來使風(fēng)機(jī)流量達(dá)到系統(tǒng)需求。因此，設(shè)計(jì)選型時(shí)選擇的系統(tǒng)阻力或流量如果與實(shí)際使用時(shí)的系統(tǒng)阻力或流量偏離過大，將帶來額外的風(fēng)機(jī)電能消耗。

由于水泥熟料燒成系統(tǒng)工況較復(fù)雜，實(shí)際生產(chǎn)過程中風(fēng)機(jī)的風(fēng)量、風(fēng)壓工況也會(huì)有較大變化，為達(dá)到節(jié)能降耗的目的，離心風(fēng)機(jī)應(yīng)盡可能采用變頻調(diào)速技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)機(jī)風(fēng)量、風(fēng)壓的精準(zhǔn)調(diào)節(jié)。已建成水泥生產(chǎn)線進(jìn)行技改時(shí)，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行標(biāo)定后確定實(shí)際需要的風(fēng)量、風(fēng)壓工況參數(shù)，然后對(duì)風(fēng)機(jī)進(jìn)行針對(duì)性技術(shù)改造并采用變頻調(diào)速技術(shù)，可大幅度降低系統(tǒng)電耗。

2.3 減少系統(tǒng)漏風(fēng)

現(xiàn)有水泥生產(chǎn)線中系統(tǒng)或多或少都存在漏風(fēng)問題，有些生產(chǎn)線預(yù)熱預(yù)分解系統(tǒng)到窯尾排風(fēng)機(jī)風(fēng)量的總漏風(fēng)率甚至超過50%，其單位熟料電耗因此大幅增加。我們的生產(chǎn)系統(tǒng)裝置，雖不能做到與外界的連通隔絕，但可通過精心的設(shè)計(jì)、嚴(yán)格的施工以及精細(xì)化生產(chǎn)管理，來最大限度地降低系統(tǒng)漏風(fēng)。系統(tǒng)漏風(fēng)量的降低不僅可以直接降低風(fēng)機(jī)的電耗，而且可以減小系統(tǒng)內(nèi)管網(wǎng)阻力，從而進(jìn)一步減少系統(tǒng)電耗。

3 小結(jié)

隨著水泥技術(shù)裝備水平的進(jìn)步，目前水泥熟料燒成系統(tǒng)在上述范圍內(nèi)的單位熟料電耗一般可控制在20～25kWh之間，最優(yōu)指標(biāo)已可控制在20kWh以下；其中風(fēng)機(jī)的電耗要占到70%左右。一般情況下，單位熟料的電耗會(huì)隨產(chǎn)能的提高而降低，但因系統(tǒng)風(fēng)量、阻力及風(fēng)機(jī)效率的相互影響，當(dāng)系統(tǒng)產(chǎn)能超過某一值時(shí)會(huì)出現(xiàn)高溫風(fēng)機(jī)、窯尾排風(fēng)機(jī)及窯頭排風(fēng)機(jī)電耗急劇升高的情況，從而系統(tǒng)電耗急劇增加。因此在設(shè)計(jì)及實(shí)際生產(chǎn)中，我們應(yīng)對(duì)燒成系統(tǒng)實(shí)際電耗的分布進(jìn)行充分理解，找到最佳設(shè)計(jì)操作參數(shù)，以實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗目的，達(dá)到最佳經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)。