□□ 劉永明 (山西雙良鼎新水泥有限公司，山西 太原 030000)

引言

近年來，隨著我國能源節(jié)約和環(huán)境治理等相關(guān)政策的不斷推進(jìn)，多數(shù)水泥企業(yè)已經(jīng)開始對其生產(chǎn)工藝和設(shè)備進(jìn)行升級改造，開始大量采用工業(yè)廢渣生產(chǎn)水泥熟料或水泥，或是不斷提升能源的利用效率，逐步降低企業(yè)生產(chǎn)對社會和環(huán)境的影響?；诖?，某水泥企業(yè)為了減少燃料燃燒及其對環(huán)境所產(chǎn)生的影響，擬采用水泥熟料冷卻系統(tǒng)排出的高溫廢氣替代熱風(fēng)爐作為礦粉粉磨系統(tǒng)的熱源，并取消熱風(fēng)爐，不再單獨(dú)設(shè)置熱風(fēng)供給。為此，需對該水泥企業(yè)的礦粉粉磨系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)高溫廢氣利用情況進(jìn)行現(xiàn)場測試，進(jìn)一步核實(shí)熱量需求和余熱供給情況，為企業(yè)技術(shù)改造提供理論依據(jù)。

1 測點(diǎn)確定

根據(jù)測試目的確定此次現(xiàn)場測試的范圍為：進(jìn)入礦粉粉磨系統(tǒng)的高溫氣體至煙囪排出的氣體，冷卻系統(tǒng)除二次空氣和三次空氣外的其他空氣。

1.1 粉磨系統(tǒng)測點(diǎn)位置

該企業(yè)礦粉制備采用立磨，為了全面掌握該粉磨系統(tǒng)的熱風(fēng)使用情況，其測點(diǎn)位置如圖1所示。

圖1 立磨系統(tǒng)及測點(diǎn)位置

1.2 冷卻系統(tǒng)余熱測點(diǎn)位置

該企業(yè)冷卻系統(tǒng)的高溫空氣除用于二次空氣和三次空氣之外，還用于煤磨、余熱發(fā)電，剩余空氣經(jīng)窯頭收塵器除塵后由煙囪排出。當(dāng)煤磨停機(jī)時，僅有余熱發(fā)電系統(tǒng)利用冷卻機(jī)高溫空氣余熱，剩余空氣經(jīng)收塵器除塵后由煙囪排出。為了掌握冷卻系統(tǒng)排出空氣的余熱分布及利用情況，其測點(diǎn)位置如圖2所示。

圖2 冷卻系統(tǒng)測點(diǎn)位置

2 現(xiàn)場測試及結(jié)果分析

2.1 現(xiàn)場測試情況

結(jié)合圖1和圖2確定的測點(diǎn)位置進(jìn)行現(xiàn)場測點(diǎn)位置及測試人員操作平臺的查勘，根據(jù)GB/T 26282—2010《水泥回轉(zhuǎn)窯熱平衡測定方法》對粉磨系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)余熱部分進(jìn)行的現(xiàn)場測試，測試內(nèi)容為各測點(diǎn)的氣體溫度、靜壓、流量以及大氣壓等參數(shù)?，F(xiàn)場測試工況條件如下：

(1)粉磨系統(tǒng)應(yīng)處于正常運(yùn)行狀況，以便準(zhǔn)確地測量系統(tǒng)運(yùn)行過程中的氣體流量及氣體顯熱，準(zhǔn)確掌握熱風(fēng)爐在粉磨系統(tǒng)中的熱量供應(yīng)情況，為系統(tǒng)運(yùn)行熱量需求提供依據(jù)。

(2)冷卻系統(tǒng)余熱部分現(xiàn)場測試得知，出冷卻機(jī)空氣余熱主要用于余熱發(fā)電和煤磨兩個部分。其中余熱發(fā)電高溫段和低溫段是獨(dú)立運(yùn)行的，一般情況下只有一個在運(yùn)行，不會同時運(yùn)行。在煤磨運(yùn)行時，窯頭排出空氣的一部分會進(jìn)入煤磨，以調(diào)節(jié)入煤磨空氣溫度；當(dāng)煤磨停機(jī)時，除二次空氣、三次空氣、余熱發(fā)電抽取空氣外，其余氣體全部由窯頭排出。同時，在余熱發(fā)電系統(tǒng)正常運(yùn)行過程中，煤磨用空氣和窯頭排出空氣可用于粉磨系統(tǒng)，但煤磨運(yùn)行時間較長，停磨時間較短，大部分時間這兩部分空氣不能作為礦粉粉磨系統(tǒng)的熱源。為此，冷卻系統(tǒng)余熱部分測試應(yīng)選擇煤磨正常運(yùn)行工況(即最不利的生產(chǎn)條件下)，以余熱發(fā)電用空氣作為礦粉粉磨系統(tǒng)的熱源，該部分空氣相對于煤磨用空氣更為穩(wěn)定。因而測試余熱發(fā)電用的高溫段和低溫段空氣溫度、靜壓、流量及其顯熱，現(xiàn)場測試測點(diǎn)位置如圖3所示。

圖3 冷卻系統(tǒng)調(diào)整后測點(diǎn)位置

2.2 現(xiàn)場測試結(jié)果

根據(jù)GB 26281—2010《水泥回轉(zhuǎn)窯熱平衡、熱效率、綜合能耗計(jì)算方法》對各測點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，則測試結(jié)果見表1。

表1 各測點(diǎn)測試結(jié)果

2.3 測試結(jié)果分析

2.3.1磨機(jī)運(yùn)行熱量需求分析

熱風(fēng)爐運(yùn)行過程對熱風(fēng)需求主要體現(xiàn)在兩個工況：

(1)磨機(jī)正常運(yùn)行時熱量需求分析。在磨機(jī)運(yùn)行過程中，熱風(fēng)爐的供風(fēng)需求是與循環(huán)風(fēng)一起進(jìn)入磨機(jī)，滿足磨機(jī)配合料烘干所需熱量。若利用余熱發(fā)電用風(fēng)代替熱風(fēng)爐作為粉磨系統(tǒng)的熱源，則熱風(fēng)爐的熱量供給量應(yīng)小于余熱發(fā)電用冷卻系統(tǒng)高溫空氣顯熱。由表1數(shù)據(jù)對比可知，在煤磨正常運(yùn)行情況下，余熱發(fā)電抽取冷卻系統(tǒng)的空氣顯熱，不論是高溫段還是低溫段，均大于熱風(fēng)爐的供熱量，滿足立磨正常運(yùn)行狀況下的熱量需求。

(2)磨機(jī)啟動過程中熱量需求分析。在磨機(jī)長時間停機(jī)之后，重新啟動磨機(jī)時，因缺少循環(huán)風(fēng)部分的熱量，則熱風(fēng)爐作為該磨機(jī)的唯一熱源，其熱量供給應(yīng)滿足粉磨系統(tǒng)啟動至穩(wěn)定運(yùn)行過程中所有的熱量需求。在磨機(jī)啟動至穩(wěn)定運(yùn)行過程中，磨機(jī)的喂料量在不斷增加，可利用的循環(huán)風(fēng)量、風(fēng)溫及其顯熱也在不斷增加。以最不利因素進(jìn)行考慮，熱風(fēng)爐的供熱量應(yīng)為正常運(yùn)行情況下熱風(fēng)爐供熱量與循環(huán)風(fēng)顯熱之和，即在立磨正常運(yùn)行狀況下，進(jìn)入磨機(jī)的所有熱風(fēng)顯熱?，F(xiàn)場測試時，因循環(huán)風(fēng)管測點(diǎn)位置的影響，導(dǎo)致循環(huán)風(fēng)管風(fēng)量、風(fēng)溫及其顯熱測量結(jié)果不能用于計(jì)算，故采用進(jìn)入磨機(jī)的所有熱風(fēng)顯熱與余熱發(fā)電抽取空氣顯熱進(jìn)行對比。由表1數(shù)據(jù)對比可知，在煤磨正常運(yùn)行情況下，余熱發(fā)電抽取冷卻系統(tǒng)的空氣顯熱，不論是高溫段還是低溫段，均大于粉磨系統(tǒng)正常運(yùn)行時的熱量總需求，滿足立磨啟動至穩(wěn)定運(yùn)行狀況下的熱量需求。

2.3.2磨機(jī)內(nèi)水汽化熱需求分析

在粉磨系統(tǒng)運(yùn)行過程中，入磨風(fēng)主要任務(wù)為烘干、選粉、輸送。物料烘干主要與風(fēng)的溫度及其顯熱有關(guān)，選粉主要與風(fēng)速、風(fēng)量有關(guān)。在此先結(jié)合磨機(jī)內(nèi)部水分來分析水汽化熱需求情況。磨機(jī)內(nèi)部水分由物料水分和磨機(jī)運(yùn)行過程噴水兩部分組成。其中，物料水分約為4.1%，出磨礦粉水分為0.6%，磨機(jī)運(yùn)行過程噴水量為5～7 t·h-1，磨機(jī)喂料量約為101 t·h-1，則磨機(jī)內(nèi)汽化水量和汽化熱計(jì)算見式(1)和式(2)：

ms=101×(4.1-0.6)%+7=

10.535 t·h-1=10 535 kg·h-1

(1)

Qs=ms×q0=10 535×2 497.5=

26 311 162.5 kJ·h-1

(2)

式中以室外溫度為0 ℃的最不利條件進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果表明，水汽化所需熱量均小于煤磨正常運(yùn)行情況下的余熱發(fā)電抽取冷卻系統(tǒng)空氣顯熱。

2.3.3風(fēng)量分析

采用余熱發(fā)電抽氣冷卻系統(tǒng)空氣替代熱風(fēng)爐用于立磨運(yùn)行在熱量供給上可滿足要求，但入磨風(fēng)的任務(wù)不僅包括烘干，還承擔(dān)著物料的選粉和輸送任務(wù)，為此需分析物料選粉和輸送的風(fēng)量需求。結(jié)合表1可知，進(jìn)入磨機(jī)標(biāo)況風(fēng)量約為134 060.96 m3·h-1，平均溫度為295 ℃，在煤磨正常運(yùn)行時，余熱發(fā)電抽取冷卻機(jī)的空氣溫度，不論是高溫段還是低溫段，均滿足立磨正常運(yùn)行狀況下的風(fēng)溫需求；風(fēng)量略顯不足，但運(yùn)行過程中可利用循環(huán)風(fēng)作為補(bǔ)充，既能調(diào)整風(fēng)溫，又能滿足粉磨系統(tǒng)風(fēng)量要求。

因余熱發(fā)電空氣溫度較高，應(yīng)適當(dāng)引入一定比例的循環(huán)風(fēng)來調(diào)節(jié)入磨風(fēng)溫。以進(jìn)入立磨風(fēng)的平均溫度295 ℃為基準(zhǔn)來計(jì)算，當(dāng)抽取余熱發(fā)電高溫段空氣時，空氣溫度為526 ℃，磨機(jī)收塵器出口氣體溫度為94 ℃，則抽取余熱發(fā)電高溫段空氣比例約為47%，其余為循環(huán)風(fēng)；當(dāng)抽取余熱發(fā)電低溫段空氣時，空氣溫度為493 ℃，磨機(jī)收塵器出口氣體溫度為94 ℃，則抽取余熱發(fā)電高溫段空氣比例約為51%，其余為循環(huán)風(fēng)。

2.4 高溫空氣作為熱源的優(yōu)勢

經(jīng)對該公司礦粉粉磨系統(tǒng)及冷卻系統(tǒng)余熱情況進(jìn)行測試，結(jié)合測試數(shù)據(jù)及結(jié)果分析可知：

(1)采用余熱發(fā)電抽取冷卻機(jī)高溫空氣作為立磨系統(tǒng)的熱源是可以滿足生產(chǎn)熱量需求的。在不考慮氣體輸送過程中溫降的話，按現(xiàn)場測試氣體溫度計(jì)算，余熱發(fā)電高溫段47%或低溫段51%的空氣即可滿足入磨風(fēng)熱量需求，且可達(dá)到287～290 ℃。

(2)采用余熱發(fā)電抽取冷卻機(jī)高溫段47%或低溫段51%的空氣作為入磨風(fēng)風(fēng)量明顯不足，仍需要和循環(huán)風(fēng)配合使用才能完成粉磨系統(tǒng)中的物料選粉和輸送。循環(huán)風(fēng)一是可以調(diào)節(jié)入磨風(fēng)溫；二是可以增加物料選粉和輸送所需風(fēng)量。

(3)采用干燥的高溫空氣作為入磨風(fēng)，相比于熱風(fēng)爐熱風(fēng)烘干效果好。采用熱風(fēng)爐熱風(fēng)時，需加入大量的循環(huán)風(fēng)，循環(huán)風(fēng)中水汽含量較高，現(xiàn)場測試時，手感循環(huán)風(fēng)極度潮濕，雖然水汽溫度也在100 ℃以上，但仍不利于磨內(nèi)物料烘干，而冷卻系統(tǒng)的高溫空氣較為干燥，烘干過程必然加快，烘干效果更好。

3 結(jié)語

取消熱風(fēng)爐，采用余熱發(fā)電抽取冷卻系統(tǒng)的部分高溫空氣作為礦粉粉磨熱源，其有利之處在于：一是不需單獨(dú)設(shè)置熱風(fēng)爐，可減少燃料消耗，降低企業(yè)對周邊環(huán)境的污染；采用干燥的高溫空氣作為入磨風(fēng)，相比于熱風(fēng)爐熱風(fēng)，其烘干過程必然加快，烘干效果更好。同時，因現(xiàn)場測試未對粉磨系統(tǒng)用風(fēng)進(jìn)行成分分析，在風(fēng)量及顯熱計(jì)算過程中均按空氣處理，結(jié)果存在一定的偏差，尤其是對余熱發(fā)電抽取冷卻系統(tǒng)空氣的比例及對余熱發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電量的影響，在現(xiàn)有數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，還不能具體分析，如需更加具體地分析，還需進(jìn)一步測量煙氣成分。