劉春楊

（合肥水泥研究設計院有限公司，安徽合肥 230051）

0 引言

隨著水泥工業(yè)生產工藝、機械設備和電氣自動化技術的發(fā)展，水泥熟料燃燒技術和設備水平的飛速發(fā)展，水泥生產技術具有生產率高的特點。高能耗、低能耗、自動化、低污染，逐步向綠色智能水泥制造方向發(fā)展，水泥工業(yè)設備屬于大型生產設備，采用先進的水泥技術，建設具有先進節(jié)能環(huán)保指標的生產線，重大投資組合以及減少土地利用的原則，拆除舊線路仍需成本。

1 燒成裝備對熟料提產降耗的影響

1.1 熟料燒成熱耗影響因素

水泥燒結系統(tǒng)是新型干法水泥生產的主要環(huán)節(jié)，也是主要的能耗環(huán)節(jié)，主要是熱耗和能耗。關于熱量消耗，主要是預熱原料分解、熟料煅燒、系統(tǒng)各設備散熱等。能耗主要包括輸氣風機進出口能耗。材料運輸設備和煅燒設備熟料，預分解系統(tǒng)的熱量主要來自燃料。新型旋風預熱器干燥生產線部分零件熱校驗數據分析烘干生產線的爐膛系統(tǒng)熱利用率一般在51%～60%之間。

通過表中數據可知，熟料成型的熱耗主要是燃料燃燒產生的熱量，主要是熱熟料成型排放系統(tǒng)所需的熱耗，以及預熱器排氣、廢熱等余熱耗。冷卻器出口設備的表面熱量和冷、熱熟料的損失，降低熱耗，節(jié)約燃料，是實現目標的關鍵。因此，應盡量減少余熱預熱器出口的熱損失。從熟料和尾氣到冷卻器出口和表面冷卻系統(tǒng)，找出降低熟料生產線熱消耗的方法。

1.2 熟料燒成產量影響因素

影響水泥生產線運行的因素、水泥生產系統(tǒng)（如原料燃料特性、設備容量和適用性）、操作參數（如點火系統(tǒng)中的任何環(huán)節(jié)）都可能影響熟料的生產。因此，在原有燃料參數的基礎上，對現有設備進行優(yōu)化改造，盡可能達到二次消耗的目的，燒結系統(tǒng)設備主要由預熱器、分解爐等組成。從煙氣室、爐膛系統(tǒng)、燃燒器、三次風管、冷卻器等方面分析各關鍵設備對燒結系統(tǒng)的影響。

1.2.1 回轉窯及燃燒器

水泥回轉窯生產過程中熟料燃燒和保溫的關鍵設備。水泥回轉窯的裝填速度、窯體的熱強度和傳熱性能直接影響回轉窯的生產能力。保證熟料燃燒煤粉是保證爐膛合理裝填率的關鍵。如果裝填率過大，爐膛通風會降低，不利于提高煤粉燃燒和煅燒的溫度。充填速率開始導致熟料停留時間過短，熟料礦物反應不足，且難以實現。合理設計和優(yōu)化爐膛燃燒器也是影響爐膛生產率的關鍵因素。傳熱火焰爐是一個非常復雜的綜合傳熱過程。但最終的結果是燃燒火焰通過輻射和對流直接或間接（通過爐內壁）傳播到爐料上，從而完成熟料窯的排放。例如，在燃煤回轉窯中，煤粉燃燒火焰和吸收的輻射能不包括氮、氧和空氣等透明介質。二氧化碳和水的原子氣體排放量是炭的2～3 倍，焦炭顆粒對火焰的影響遠大于炭顆粒。根據火焰的黑度和煤的燃燒率，最大火焰黑度與燃燒率的關系為0.4～0.5。因此，對火焰形狀進行調整。減少煤粉燃燒時間，提高燒結區(qū)火焰溫度和傳熱能力是增強熟料煅燒效果保證[1]。

1.2.2 預熱器

窯外預分解技術回轉窯系統(tǒng)的熟料產量，大大降低了回轉窯系統(tǒng)的熱耗，水泥漿與高溫煤氣預熱器之間的換熱可以最大限度提高土壤的溫度。各級旋風管的范圍合理。優(yōu)化煙氣旋流管的流場，改善原料和均勻措施，提高旋流管的傳熱效率。預熱器強度與高溫風機參數的匹配也是影響熟料收率的關鍵因素。在當前預熱器結構參數條件下，熟料窯系統(tǒng)出口的增加將增加預熱器煙氣量、預熱器關鍵部件風速和預熱器強度。這可能導致高溫風機容量與產后預熱器參數的增加不匹配。因此，預熱器運行參數與高溫風機容量之間的對應關系是保證機組正常運行的重要保證。減少水泥窯的消耗，在進行能源技術改造、結構優(yōu)化和生產工藝改造時，應考慮預熱器的作用，以適應高溫風機的同步改造。

1.2.3 分解爐及煙室

煅燒爐是水泥燒成系統(tǒng)的主要設備之一，主要負責水泥窯尾燃料的燃燒和碳酸鈣的分解，主要效率指標是燃料燃燒率，原料的熱分布和碳酸鈣的分解速率。同時，煅燒爐的性能指標直接影響熟料的產量、燒結能耗和系統(tǒng)的經濟性，有效通風面積是平衡二、三次風的重要因素。二次風量直接影響煤粉燃燒過程中火焰的熱強度。由于煙室面積小，爐后可能出現爐內通風不良、二次揚塵、結皮等問題。合理增加爐膛有效通風面積，對提高爐膛系統(tǒng)產量，降低爐膛系統(tǒng)能耗起著關鍵作用。

2 水泥燒成裝備熟料降耗優(yōu)化途徑

燒成系統(tǒng)主要從降低預熱器阻力、增強預熱器換熱效果、提高冷卻機熱回收效率等方面著手分析，設計出合理的改造方案，從而達到優(yōu)化燒成系統(tǒng)的目的。

2.1 降低預熱器阻力

預熱器強度對提高熟料產量起著重要作用，預熱器完成了水泥原料與窯尾高溫煙氣的換熱。合理的固氣比更高的分離效率預熱器內的高熱量是降低熟料。隨著熟料產量的增加，通過預熱器的煙氣量增加。在保證旋風分離器分離效率的前提下，預熱系統(tǒng)的阻力將大大提高。預熱器強度與高溫風機參數的匹配也是影響熟料產量的關鍵因素。因此，通過優(yōu)化預熱系統(tǒng)的結構參數，降低高溫風機的負荷是提高熟料產量、節(jié)約能源的有效途徑之一。預熱器強度是預熱器風速和氣固比共同作用的結果。但氣固比降低旋風阻力往往是改造預熱器的關鍵。影響預熱器筒體強度的主要因素有：入口尺寸、結構形式、預熱汽缸尺寸、渦流氣體濃度、煙氣粉塵濃度、預熱汽缸變形、粘附或積聚等優(yōu)化進口尺寸、結構形式和旋風管尺寸，通過合理控制風速，設計無積垢、管內流體流動的結構，可以降低各預熱系統(tǒng)的阻力。

2.2 增強預熱器換熱效果

在水泥生產線的實際運行中，在優(yōu)化生產運行參數的前提下，影響預熱器傳熱效果的因素主要有以下方面：

2.2.1 預熱器

水泥原料和高溫氣體之間的熱交換在預熱器中，換熱次數增加，預熱器煙氣溫度降低。一般預熱系統(tǒng)，計算和實踐得到預熱器的預熱階段與預熱器出口溫度，提高預熱器可以提高傳熱效率，但阻力也會增加，從而增加相應的耗氧量，必須在傳熱效果和系統(tǒng)能耗之間取得平衡。

2.2.2 粉料在管道內的懸浮狀況

在旋風預熱器中進行氣固兩相懸浮換熱，由于排氣溫度不高，輻射換熱不太重要。主要的傳熱是通過對原料粉從進料口加入料堆中，如果部分粉末未完全展開，則該部分粉末不能懸浮在熱空氣中，落入一級旋風分離器中。較低的水平，因此失去較高單位換熱的機會，從而減少預熱器內的傳熱，這肯定會影響氣體固體的熱效率。

2.2.3 散熱損失和漏風量

設備表面熱損失和漏風是影響設備預熱效果的因素，更多預熱系統(tǒng)表面散熱大，需要更多的熱量補充預熱材料的溫度，以保持更高的溫度，能量消耗通常通過更大的燃燒來補償燃料。此外，預熱系統(tǒng)漏風量越大通過預熱器漏氣加熱消耗熱量，導致系統(tǒng)熱消耗增加，隨著分散效果、分離效率、熱損失和漏風量的增加，材料的預熱效果可以在一定程度上得到改善，這些因素的影響逐漸減小。預熱器旋風分離器的優(yōu)化改造應在全面分析預熱器熱影響因素的基礎上進行。改造后的預熱器應盡可能增強物料的分散效果，增加物料與熱風的換熱時間，提高旋風分離器的分離效率，減少漏風，增強隔熱效果，以提高熱效率整個預熱器。

2.3 提高冷卻機熱回收效率

高溫熟料進入冷卻器后，通過移動冷卻器的板料，逐漸分散在篦床上。同時，冷卻空氣從下到上通過格柵進入熟料層，熱量通過氣體系統(tǒng)傳遞固體。熟料冷卻，冷空氣加熱，加熱的熱風為窯頭、窯尾燃料燃燒提供熱風。在熟料顆粒冷卻氣流相交垂直。根據傳熱理論，只有當氣固兩相流對流，在一定的格柵和緩沖條件下，保持適當的冷卻風量和壓力是保證傳熱效率的重要因素。燒結條件、高溫、空氣溫度度大，傳熱速度快，熟料燒結溫度和冷空氣溫度梯度降低產品，特別是當冷卻達到一半時，熟料的冷卻趨勢變得非常慢。因此，在設計冷卻器時，冷卻器前部的風量應增加到一定程度，以保證熟料的快速冷卻和二次風溫度的升高。二、三次風溫度升高的原因是機組熱風量引入爐膛增加熱量，降低爐膛耗煤量，在保持相同余風系數的前提下，煤粉燃燒所需的二、三次風相應減少。在熱平衡理論計算的基礎上，給出了提高冷卻器熱回收效率、二、三次風溫度與熟料燒結熱耗的關系，二、三次風溫度越高，熟料燒結熱耗越大。冷卻器的熱回收效率越高，相應的熱耗越低，冷卻器改造后降低熟料燒成熱耗的效果主要是二次、三次風進風熱量的增加在系統(tǒng)中。因此，二、三次風溫升高是衡量冷卻器改造效果的重要指標。

在水泥生產企業(yè)中，通過對預分解窯預熱系統(tǒng)效率的分析和物料平衡，掌握窯系統(tǒng)能耗的分布情況，找出影響預分解窯預熱系統(tǒng)節(jié)能原因。找出爐膛系統(tǒng)的消耗量，確定爐膛系統(tǒng)的改造方向和確定方法，并通過改造實現爐膛系統(tǒng)的消耗量。

3 結束語

終上所述，在充分利用原有的新型干法水泥生產線上，采用先進技術改造原有設備，提高產量，降低成本，是一種經濟可行的方法。消費水泥燒結系統(tǒng)是水泥工業(yè)的基礎系統(tǒng)以及決定能源消耗和能源質量的重要生產環(huán)節(jié)。提高產量、減少消耗是發(fā)展水泥工業(yè)的有效途徑。提高現有燒結系統(tǒng)的產量，降低能耗，達到環(huán)境排放標準。