某12000t/d生产线烧成系统热工分析

时间：2024-12-29

姚艳飞，田俊琪，陈延信(西安建筑科技大学，陕西西安 710055)

0 引言

水泥是国民经济建设和人民生活必不可少的基础性原材料[1]，作为水泥生产大国，中国的水泥产量已连续二十多年位居世界第一[2]。同时，作为高资源依赖性、高能耗、高污染行业，水泥生产的节能减排一直是亟待解决的重大问题之一[3]。水泥工业节能、减排的前提在于准确掌握生产线实际运行效果，继而采取针对性改进措施。最传统，同时也是最可靠的全面了解水泥熟料烧成系统运行效果的办法是开展系统热工标定。

文章利用热工标定办法[4-5]，对国内某12000t/d水泥熟料生产线进行热工标定，并结合所测数据，对生产线运行效果及存在问题进行分析，并提出针对性改进建议，具体如下。

1 生产线简介

该生产线设计规模为熟料产能12000t/d，其回转窑规格为Ф6.2/7.2m×96m，篦冷机采用IKN第四代篦冷机。烧成系统采用POLYSIUS双系列五级旋风预热器+分解炉，具体参数如表1所示。预热系统采用两台相同配置（额定风量900000m3/h、额定风压7500Pa）的高温风机，分别为A列和B列供风。

测定期间，生产线所使用原燃料及熟料物料分别见表2，表3。

表1 预热分解系统主要参数

表2 生料及熟料及化学成分 %

表3 煤粉工业分析

2 分析范围

热工标定针对生产线烧成系统进行，具体范围为生料至预热器以及旋风筒入口至熟料入库，气体由篦冷机冷却风机等进口至窑头风机、窑尾排风机等风机出口，具体如图1所示。标定期间，烧成系统运行平稳，各数据均处正常波动范围，能反映平均工况以及实际情况。

3 主要测定数据及分析

标定期间生料喂入量为802.8t/h，根据原燃料、熟料成分、实测预热器出口风量及粉尘浓度计算熟料料耗为1.569 kg/kg，通过72h累计计算窑产量为12277t/d。标定期间，系统主要部位风量、风温、烟气成分、含尘浓度等数据分别见表4，5。

图1 热工分析范围示意图

表4 窑尾系统废气成分分析

表5 主要气体量及含尘浓度

根据风量及熟料产量，计算得到单位熟料配风量（标况下）为1.208 m3/kg，低于1.35 m3/kg的平均控制水平。结合气体成分，当前预热系统出口空气过剩系数仅为1.028，同时基本无CO气氛，表明煤粉燃烧效果较好。综合上述，当前系统用风控制较好，既避免了烟气过剩系数较高造成的热量损失，又保证了煤粉燃烧所需氧气的供给。

预热系统各级出口温度如表6所示。根据表6，预热系统出口温度分别达到355℃与357℃，高于新型干法水泥生态产线平均水平[6]。结合预热系统各级温度，判断造成预热系统出口烟气温度较高的原因在于C4单体温差较小，分别仅为40℃与45℃，与80～100℃的设计预期温差相差较远，由此造成C4A/B出口温度较正常偏高，继而引发预热系统各级出口温度均偏高。

表6 预热系统各级出口温度 ℃

表7 烧成系统物料平衡表

造成C4单体温差较小的原因通常有两种，一是因物料分散不好或气流短路等，造成气固相换热效果较差，烟气中热量无法及时传递给物料；二是煤粉燃烧效果较差，部分煤粉颗粒或煤粉不完全燃烧产生的CO气体进入C4内，继续氧化放热，造成C4进出口温差较小。结合C5出口气体成分，其内基本无CO气氛，由此排除煤粉后燃的可能性；继续对C4出口及C4锥体气体成分进行测定，发现C4出口O2含量分别为0.13%/0.37%，但C4锥体O2含量分别达到0.75%/0.66%，高于入口O2含量，由此判断有部分富氧气体经C4下料管从分解炉锥部直接进入C4，即C4下料管翻板阀处存在“内漏风”现象，由此造成C4出口温度高于正常值。

4 生产线主要运行指标分析

根据标定数据，得到烧成系统质量及热量平衡分析分别如表7，8。

根据测量数据及平衡计算，得到系统主要运行指标如下所示：

（1）系统分离效率。预热系统出口烟气中粉尘浓度分别为65.0g/m3与67.8g/m3，每小时共有41.07t飞灰随烟气带出，计算得到系统分离效率为94.88%，基本达到95%的设计指标。

表8 烧成系统热量平衡表

（2）篦冷机热回收效率。根据二三次风量及风温，得到二、三次风显热分别为542.09 kJ/kg与524.44 kJ/kg，篦冷机出口熟料、去往煤磨/AQC锅炉热风及余风显热之和为605.36 kJ/kg，篦冷机表面散热损失为1.27 kJ/kg；根据热回收效率定义得到篦冷机实际热回收效率为63.73%，低于75%的设备设计指标。

测定期间，冷却风实际用风量仅为1.269 m3/kg，远低于第四代篦冷机1.8～2.0m3/kg的建议配风量，由此造成熟料冷却不够，出篦冷机熟料温度高达193℃，造成篦冷机热回收率较低。

（3）熟料烧成热耗。熟料烧成热耗为3084.85×4.18 kJ/kg，折合标煤105.4kg/kg，略高于当前新型干法水泥生产线先进水平[7]。对其原因进行分析，一是预热系统出口烟气温度较高，造成烟气带走热较多；二是篦冷机冷风量偏少，造成篦冷机热回收效率偏低。