预分解窑熟料热耗的影响因素和降低的途径

1、预分解窑熟料热耗的影响因素和降低的途径 1系统熟料热耗高的原因分析 国外水泥厂家通过采用低阻高效的多级预热器系统、新型篦式冷却机和多通道喷煤管等先进技术装备，利用窑系统的低温废气余热发电，回收使用二次能源等先进工艺，降低了水泥生产的熟料热耗。 表1国内外部分厂家熟料热耗、预热器出口废气热损失的比较 厂家熟料热耗/(kJ/kg）预热器出口废气热损失/(kJ/kg）预热器出口废气热损失占熟料热耗的比例/%备注（数据来源时间、预热器级数）A厂3 265.4789.324.21995、四级B厂3 648.1862.823.71992、四级C厂3 996.61136.128.41995、四级D厂3 50

2、1.7817.723.41995、五级E厂3 568.2929.826.11996、五级F厂3 484.8804.223.11997、五级G厂4 031.01119.027.81998、五级H厂3 827.71086.928.41995、五级RSP窑3 075.2752.824.5日本、五级UMFC窑2 992.9553.018.5日本、五级DD窑3 136.2703.322.4日本、四级SLC窑3 191.2724.022.7丹麦、四级 表2国内外部分厂家预热器出口废气量及系统漏风量的比较 厂家实际生产能力/(t/d)预热器出口废气量/(kg/kg)预热器出口废气温度/系统漏风量/(kg/k

3、g)系统漏风量占物料总收入的百分比/%A厂4 3412.1933490.3310.62B厂3 6362.3153670.4346.87C厂2 0642.5474240.4347.65D厂2 0092.2703490.2093.79E厂2 0292.4073660.1312.13F厂1 1492.3443290.2457.11G厂7252.8983700.3896.29H厂7513.0953350.71617.35日本DD窑2 0001.8483250.1442.82 当然，国内厂家预热器出口废气量即使扣除系统漏入的空气量，其数值也多在2.1kg/kg左右，而日本DD窑扣除后仅为1.7kg/kg

4、。国内预热器出口废气量大的主要原因除热耗高、燃烧产生的烟气量大外，系统用风量方面仍值得深入的探讨。 国内厂家熟料热耗高的第二个方面是烧成系统的散热损失较大。数据对比如表3所示。 表3国内外部分厂家烧成系统的散热损失(kJ/kg) 厂家回转窑预热器分解炉三次风管冷却机合计系统散热量占熟料热耗的百分比/%A厂197.698.87.538.94.8347.610.7B厂218.2133.811.325.46.2394.911.7C厂207.9213.736.757.318.2533.813.4D厂246.7164.346.025.415.1497.514.2E厂256.667.514.712.515

5、.6366.910.3F厂317.5177.628.068.1353.0944.227.1G厂404.2192.440.1105.29.7751.618.6H厂286.7179.843.739.636.9586.715.3日本DD 窑167.750.27.219.230.9275.28.77注：1.E厂测定的散热损失数据受到天气影响较大；2.F厂冷却机为单筒冷却机，其余各厂为篦式冷却机。 由表3可见，就系统各部分散热损失大小而言，回转窑最大，以下依次为预热器、三次风管、分解炉、冷却机(篦式冷却机)，其中回转窑、预热器两者散热损失之和要占系统总散热量的80%90%。除去二者的外表面积较大的原因外

6、，设备的表面温度较高也不容忽视，特别是回转窑。 造成国内水泥生产厂家烧成系统散热损失高不仅有内衬材料选择的原因，而且有生产操作上的原因。如耐火材料的选择不当，使用时间较长，隔热效果不够理想以及窑头、分解炉两把火用煤量不尽合理，使烧成系统的整体温度普遍较高等。在耐火材料配套设计和施工、窑速变化及碱等挥发性组分的侵蚀对耐火材料的影响等方面重视也不够1。另外还有设备设计选型上的原因。国内在设计中小型预分解窑系统时，可能本着设备留有适当富余能力、缓冲操作上的困难等种种原因，设备选型往往偏大，以回转窑为例，国内外部分厂家的比较如表4所示。 通过对比可以看出，就窑的单位容积产量而言，国内回转窑明显要低于国

7、外厂家，从某种程度上来说，也就意味着国内回转窑(超短窑除外)规格的设计仍值得探讨。以4m×60m的回转窑为例，印度Visaka水泥公司的窑的设计生产能力为2500t/d，而国内只有2 000t/d，两者差值竟然高达25%。生产实践指出，对于同一规格的回转窑，会因预热器与分解炉等的规格匹配、原燃料的品质种类、窑炉燃料的用量比、配料的率值、化学成分的稳定性及操作而影响其台时产量2，但当热负荷的主体碳酸盐分解，部分或大部分从窑内移到窑外时，决定系统能力的因素也理应由回转窑移到预热器和分解炉系统3。目前国外厂家在保证预分解程度高且稳定，回转窑具有一定潜力的基础上，纷纷在缩小窑的规格，比如超短

8、窑。这样可适当降低窑的散热损失，减小耐火材料的用量，有利于节能。与国外相比，国内在这方面还存在提高认识的问题。在设计新的水泥生产线时，应具体考虑到工厂使用的原、燃料品质，操作管理水平等，充分做到设备选型合理、优化，功能匹配得当，否则生产中产量的提高会使窑系统平衡变得极为敏感，有时遇到小小的波动亦难以调整。 表4国内外部分厂家回转窑的规格及产量 厂家窑规格/m预热器级数回转窑有效容积/m3设计产量/(t/d)窑单位容积产量/(t/(d·m3)窑单位截面积产量/(t/(d·m2)A厂4.7×7541 089.24 0003.672275.4J厂4.7×744

9、1 074.64 0003.722275.4L厂4.55×6841 114.63 2003.479236.6C厂4.0×604610.72 0003.275196.5E厂3.96×595587.32 0003.405200.9F厂3.3×505330.31 0003.028151.4G厂3.0×485254.87002.747131.8H厂3.0×46.55246.97002.835131.8泰国西姆水泥公司5.6×8251 741.57 5004.307353.2德国Be-rnburg厂4.8×7661 155.

10、65 0004.327328.8丹麦最新史密斯型4.88×7351 150.75 0004.345317.2德国La-gerdorf厂4.8×653988.34 5004.553295.9印度Raj厂4.4×606754.03 7004.907294.4菲律宾共和水泥公司4.4×525653.43 3005.050262.6马来西亚Pahang厂4.4×605754.03 2004.244254.6印度Visaka厂4.0×605610.72 5004.093245.6注：表中国内厂家窑单位容积产量和窑单位截面积产量均是按照窑的有效尺

11、寸来进行计算的。由表3可以发现，分解炉的散热损失占系统总散热损失的比例较小，适当增大分解炉的有效容积，对系统散热损失影响不大，但可延长粉料在炉内停留时间，对煤粉燃烧与生料分解反应有利。目前新型分解炉的设计，除了注重改变燃料入口位置、燃料、生料、三次风分布方式外，还存在着增大炉体体积的趋势。 通过表4还可以看出，规模大的厂家的窑的单位截面积产量大于规模小的厂家。同时研究也表明，对于不同规模的预分解窑，规模大的预分解窑的单位容积的耐火材料用量比规模小的预分解窑要少，而且在国内各种规模的预分解窑系统中，没有达产达标的以中小型窑居多。因此，本着工厂的技术经济指标考虑，国内在新建预分解窑时，在资金允许的

12、条件下以采用大中型预分解窑为佳，日本、东南亚一些国家纷纷建造大型的水泥预分解生产线也足以证明这一点。 冷却机余风带走热量较大也是导致系统热耗高的一个原因，如表5所示。 表5各厂冷却机的热回收效率、出冷却机熟料温度及二次风温等的比较 厂家热回收效率/%出冷却机熟料温度/二次风温/出冷却机余风风量/(kg/kg)出冷却机余风风温/A厂59.21581 0502.192238B厂67.71439801.876221C厂55.41489601.956332D厂60.61358732.003206E厂66.41359262.535198F厂56.6168720-G厂73.91878201.983138H

13、厂58.2-7251.720250日本DD 窑67.0981 0132.009213注：表中二次风温为各厂的测定值，因二次风温测量误差较大，故仅供参考。 由表5可知，若从出冷却机余风风量、风温两项指标来看，国内厂家与国外水平还比较接近。但国内厂家冷却机热回收效率、入窑二次风温明显偏低，出冷却机熟料温度偏大，这些都说明了国内的篦式冷却机与国外厂家相比，在冷却风利用率、提高窑系统二次风温等方面尚存在较大差距。 2降低系统熟料热耗的途径 从前面叙述中可以知道，国内厂家熟料热耗高的原因虽主要在于预热器出口废气热损失、系统散热损失及冷却机余风热损失三大热损失较高，但具体到各项热损失仍有其根本原因。目前，

14、降低系统热耗的途径有多方面，本文归结如下。 2.1优化系统设计和生产操作 优化原料配方 原料的性质及其配料方案对水泥生料易烧性有着重要的影响，它与烧成系统设备如分解炉等的设计、操作密切相关。生产中理应对不同的原料，通过优化配比，为实现节能降耗打下基础4。 采用多级新型旋风预热器系统 造成预热器出口废气热损失较高的原因有预热器系统换热效率不高，厂家忽视了系统漏风对水泥生产的影响等。实践证明只有选用多级低阻高效旋风预热器系统，彻底改进预热器本身的性能，才能提高预热器系统的换热效率，降低预热器出口废气温度，生产中还应严格注意设备的密封堵漏，从而降低系统的熟料热耗。但对目前已建成投产的预分解窑，还可以

15、针对其较高的预热器出口废气温度和出冷却机余风温度，通过低温废气余热发电，从而为降低系统熟料热耗做出贡献5，这在鲁南、琉璃河、宁国等厂已取得了成功。 应用新型高效的篦式冷却机 新型篦式冷却机应力求以最少的冷却风冷却尽可能多的热熟料，使冷却风与热熟料充分地进行热交换，提高入窑系统的二、三次风的温度，从而达到高效、低耗的目的6。 1990年新型的控流式篦式冷却机投放市场以来，很快以其节省熟料热耗、提高窑系统的运转率和可靠性，以及延长篦板寿命与减少维修量等优点，在国外得到了广泛的运用，获得了显著的效益7。目前，我国水泥工业也正积极推广带阻力篦板空气梁垫的新型高效篦式冷却机。 当然，除上述三点之外，正确

16、合理地选择耐火材料和保温材料对水泥生产也至关重要，水泥生产中理应引起高度重视，以求实现窑系统及不同部位衬里的长寿命和低散热。 2.2开发新型水泥烧成工艺，发展高性能水泥 英国、美国、法国及日本等国已率先利用工业可燃废料来生产水泥。他们通过水泥工业可以回收利用的可燃废料和含可燃质的原料作为二次燃料，结合循环流化床技术，进行水泥新烧成工艺的开发，业已取得了初步成功7，8。国内在此方面尚未见到报导，但国内已着手进行新型干法窑燃无烟煤生产水泥技术的研究开发，同时不少单位已从节能降耗和环保角度出发，开展对具有低的钙硅比、低的烧成温度和高的水硬活性、高的水化率的高性能水泥的研究，以期达到降低生产能耗、减少资源消耗、减轻环境负荷的目的，促进我国水泥工业的结构性调整。 3结论   1)国内水泥厂家熟料热耗高的原因主要在于三大热损失较高，其中预热器出口废气量大、废气温度高、系统漏风严重、耐火材料使用不尽合理、冷却机热回收效率低等原因是导致系统热耗高的直接原因。同时回转窑规格的设计等也值得进一步探讨。 2)降低系统热耗的途径有多方面。一是从原料入手，优化原料配方。二是优化系统设计和生产操作，通过采用多级低阻高效旋风预热器系统，