從預熱器出口溫度估算廢氣損失熱

齊硯勇

眾所周知,熱損失是影響水泥熟料燒成熱耗的主要因素，它包括預熱器出口廢氣帶走熱、系統(tǒng)的表面散失熱、出冷卻機余風及熟料帶走熱等所造成的熱損失。筆者對國內(nèi)部分2000～10000t/d 預分解窯系統(tǒng)的熱工標定報告進行了分析。發(fā)現(xiàn)預熱器出口廢氣帶走熱所造成的熱損失是燒成熱耗最大的支出部分。占燒成熟料所必需理論熱耗的17%～22%左右，在預分解窯系統(tǒng)中造成的熱損失最大。

1 預分解窯系統(tǒng)的熱量分布

現(xiàn)以LY廠熱工標定結(jié)果為例，看預分解窯系統(tǒng)的熱量分布情況，見表1、表2。

表1 LY廠2500t/d熱工標定物料平衡表[1]

表2 LY廠2500t/d熱工標定熱量平衡表

由表2可見，LY廠預分解窯的熟料形成熱為1714.83kJ/kg.cl，占總熱耗3236.92 kJ/kg.cl的52.98%，即該預分解窯熱效率為52.98%。系統(tǒng)熱損失主要包括：一級筒出口廢氣與飛灰?guī)ё邿釣?88.23 kJ/kg.cl，占總熱耗的21.26%。冷卻機余風排出的熱風帶走熱占熱耗的10.84%。整個預分解窯系統(tǒng)的表面散失熱9.34%。出篦冷機熟料溫度約為114℃，熟料帶走熱僅占熱耗的2.66%。

2 熱損失對熟料熱耗的影響

預熱器出口的廢氣主要由三部分組成。第一部分是煤粉燃燒產(chǎn)生的理論煙氣量，主要由熟料燒成的熱耗決定，煤耗越高，發(fā)熱量越大，則燃燒產(chǎn)生的理論煙氣量就越大。 第二部分是生料分解產(chǎn)生的CO2量。 第三部分是過?？諝饬?。它主要與系統(tǒng)的漏風量和操作用風有關(guān)。 若操作用風合理，系統(tǒng)密封堵漏良好、漏風少,則過?？諝饬勘囟ê苄?。

預熱器出口廢氣帶走熱主要由C1筒出口的風量和風溫決定。出口廢氣量少、溫度低，造成的的熱損失就小。

2.1 預分解窯起步階段的的生產(chǎn)狀況

上世紀80年代，預分解窯在我國剛開始起步，生產(chǎn)經(jīng)驗不足，忽視了系統(tǒng)廢氣帶走熱對熟料熱耗的影響，系統(tǒng)漏風嚴重，廢氣帶走熱多，導致預分解窯的熟料燒成熱耗長期居高不下，由國內(nèi)80年代建設(shè)的5條線熱工標定數(shù)據(jù)，可以看出系統(tǒng)熱損失對回轉(zhuǎn)窯熱耗的影響，見表3。

表3 國內(nèi)80年代建設(shè)的5條生產(chǎn)線熱工標定數(shù)據(jù)

表3為上世紀80年代設(shè)計的預分解窯生產(chǎn)線，系統(tǒng)漏風大、熱耗高，五條線均大于3300kJ/kg.cl，特別是1級筒廢氣帶走熱都大于23%，最高達到29.5%。所標定的5臺窯：包括2000t/d 3臺，4000t/d 2臺。其中：

江西廠為國產(chǎn)第一代2000t/d窯：Φ4×60m回轉(zhuǎn)窯、4級預熱器、RSP分解爐、3.05×22.0m篦冷機。

雙陽為第二代2000t/d窯：窯規(guī)格與江西相同。引進的D-D分解爐、5級預熱器和Fuller篦冷機。

新疆廠為德國洪堡公司技術(shù)：Φ4×43m窯、5級預熱器、PYRoclon：分解爐、篦冷機與雙陽相同。

冀東、寧國兩廠均為80年代全套引進的4000t/d裝備，Φ4.7×74m窯、冀東廠為4級預熱器、SF分解爐、日立公司的3.4×25.6m的篦冷機。寧國廠和冀東廠主要差別在預熱器系統(tǒng)，采用MFC分解爐[2]。

2.2 隨生產(chǎn)技術(shù)的進步，廢氣熱損失逐漸下降

隨著水泥工業(yè)的迅猛發(fā)展，我國新型干法生產(chǎn)技術(shù)已躍居世界領(lǐng)先地位。廣大水泥工作者對廢氣損失熱的危害性認識越來越充分，采取了各種措施降低廢氣排放溫度和排放量，預熱器出口帶走熱占熟料熱耗的比例逐步下降，熟料熱耗下降，見表4。

表4 2000～2500t/d 預分解窯系統(tǒng)有關(guān)技術(shù)指標[3]

由表4可見，目前2000～2500t/d 預分解窯生產(chǎn)線，燒成熱耗最低已經(jīng)達到近3100kJ/kg.cl。 SX廠由于1級筒出口溫度高達364℃，帶走熱占熱耗25.4%。其余均在22%左右。其中MC廠1級筒出口氧含量僅為1.8%，廢氣出口溫度309℃，帶走熱僅占熱耗18.88%。 空氣過剩系數(shù)僅為1.116,計算得到預熱器系列的標態(tài)漏風量為6549m3/h，已屬目前國際最先進水平。

2.3 生產(chǎn)規(guī)模擴大，熱損失降低

表5列出5000t/d 部分預分解窯系統(tǒng)熱工標定數(shù)據(jù)。熟料平均熱耗為3180 kJ/kg.cl。預熱器出口帶走熱占熟料熱耗的比例下降。除TL廠外,其余均小于22%。1級筒出口最高溫度為337℃。最低僅為300℃。

表5 5000t/d 預分解窯熱工參數(shù)

2.4 10000t/d生產(chǎn)線熱耗水平

徐州中聯(lián)水泥有限公司于2004年10 月投產(chǎn)，由天津院設(shè)計，是國內(nèi)投入生產(chǎn)的第三條萬噸線。該生產(chǎn)線于2007 年11 月開工建設(shè)了16MW 純低溫余熱發(fā)電工程。其燒成系統(tǒng)采用窯規(guī)格為Φ5.8m/Φ6.0m/Φ6.4m×90m。DOPOL 雙系列五級旋風預熱器、在線型MSC管道式分解爐和HE101845R/1845R/1845R 型篦式冷卻機。

熱工標定期間生料投料量為16680t/d，熟料產(chǎn)量為10393t/d，超產(chǎn)近4%。單位熟料熱耗為3038kJ/kg。影響熟料燒成熱耗的主要因素有C5出口廢氣、冷卻機排出氣體、出冷卻機熟料帶走的熱量和設(shè)備表面散熱等。C5出口廢氣、冷卻機排出氣體帶走的熱損失由風量和溫度決定。風量愈大、風溫愈高，帶走的熱量愈大。標定結(jié)果見表6。

表6 徐州中聯(lián)水泥有限公司10000t/d 生產(chǎn)線

由表6可知，該生產(chǎn)線C5出口廢氣帶走熱量、冷卻機排出氣體帶走熱量、表面散熱和出冷卻機熟料帶走熱量共占總支出熱量的45.40%，與國內(nèi)其他帶余熱發(fā)電系統(tǒng)的生產(chǎn)廠家數(shù)據(jù)相近（如：淮海中聯(lián)5000t/d 生產(chǎn)線為45.50%，同力2 號2500t/d生產(chǎn)線為46.12%)。在技術(shù)指標上，本條10000t/d 生產(chǎn)線沒有明顯的進步，僅與5000t/d預分解窯指標相當。

3 降低預熱器漏風是降低熱損失的重要途徑

3.1 預熱器出口廢氣顯熱的估算

（1）煙氣平均比熱

取:水泥廠廢氣比熱容為1.50kJ/Nm3.℃左右。

（2）煙氣的密度

取:煙氣密度為1.45kg/m3。固氣比為2.1。

（3）預熱器出口廢氣帶走熱損失

Qf=mf×tf×Cf/f=2.1×t×1.50/1.45=2.17t.kJ/kg.cl

（飛灰?guī)ё邿崴急壤^小，可忽略）

從此式可得到結(jié)論：1級筒出口溫度每降低10℃，熱耗可降低約22kJ/kg.cl。亦即熱耗可降低近3%左右。

3.2 降低預熱器漏風是降低熱損失的重要途徑

據(jù)了解，我國現(xiàn)在尚有部分預分解窯，預熱器出口廢氣損失熱占系統(tǒng)熟料熱耗的26% 左右,有的近30%,見表7。造成如此高的廢氣損失熱的主要原因在于預熱器出口廢氣量大、廢氣溫度較高、系統(tǒng)存在較嚴重的漏風。目前，比較先進的預分解窯，預熱器出口廢氣溫度一般為290～310℃,如果全部預分解窯預熱器出口廢氣溫度能降至這個水平,創(chuàng)造的經(jīng)濟和社會效益將不可估量！

表7 預分解窯熱耗與預熱器出口熱損失

現(xiàn)以表7中G 廠為例,若其預熱器出口廢氣溫度由目前的370℃降至300℃,則廢氣帶走的熱損失將由目前的1119kJ/kg熟料降至903kJ/kg熟料，降幅為19.3 %。以上實例說明，系統(tǒng)漏風問題在部分廠家仍沒有引起高度重視,但系統(tǒng)漏風造成的損失卻是顯而易見的。

[1]Ly水泥股份公司熱工標定報告.

[2]陳友德.大型預分解窯的能耗探討(一).[J]新世紀水泥導報,VOL.4 NO.2.

[3]吳國芳,等.預熱器出口廢氣熱損失對熟料熱耗的影響[J]水泥，2008（5）.

[4]張冠軍.5000t/d燒成系統(tǒng)熱工標定與工藝分析[J].中國水泥，2008.(5)

[5]考宏濤，陸雷.預分解窯熟料熱耗的影響因素和降低的途徑[J].水泥，1996.（1）.