前言

國家的碳中和、碳達峰的“雙碳”政策和實行能源消耗總量和強度的“能耗雙控”政策對高耗能的水泥行業造成了較大影響，水泥行業在環保節能方面需遵循更高的標準要求。根據2021年發布的GB16780《水泥單位產品能源消耗限額》，單位熟料產品綜合電耗的水泥熟料能耗限額3級≤61kWh/t，2級≤57kWh/t，1級≤48kWh/t，可以看出對高能耗水泥企業進行更高的規范要求，能耗控制力度不斷加大，水泥企業也同時面臨限電停產等情況。目前現有的水泥生產線，經過多年的運行，普遍存在設備老化、系統不穩定、燒成熱耗高、系統電耗高等問題。為此需對現有生產線實施技術改造，以達到節能降耗的目的。通過節能降耗可以為水泥企業提高經濟效益，具有廣闊的市場和環保、社會效益。

燒成工序的電耗范圍從生料出庫到熟料入庫，原煤入磨到煤粉入煤粉倉，包括燃料制備及生料預熱分解、熟料煅燒、熟料冷卻和廢氣處理消耗的電量。某5000t/d生產線燒成工序主要設備電耗數據見表1。

表1 5000t/d生產線燒成工序主要設備電耗

由表1可以看出，燒成工序電能消耗主要來源于高溫風機、窯主傳、篦冷機冷卻風機、窯頭排風機。若想降低燒成工序電耗，可從這幾個主要設備著手。

影響燒成工序電耗的主要因素有以下幾方面：

(1)海拔的影響。在高海拔地區，配置相同的系統，產量有所降低，系統工況風量增加，導致系統電耗增加。電機在高海拔下運行，由于氣壓低，散熱條件差，損耗增加，運行效率降低，導致電耗增加。

(2)燒成系統局部規格偏小，系統阻力增加。

(3)風機選型不合理，高溫風機、窯頭排風機存在大馬拉小車現象。

(4)風機效率低。

(5)產量及運轉率對電耗的影響。當產量高、運轉率低或產量低、運轉率低的情況下，導致系統電耗上升。

(6)生料易燒性的影響。若熟料f-Cao含量偏高，熟料KH值偏低，生料易燒性不好，導致產量降低，系統單位熟料電耗增加。

其他因素如系統漏風、系統操作不合理、閥門故障，閥門無法正常開啟關閉，導致局部阻力大也會影響燒成工序的電耗。

2.1 降低預熱器系統的阻力

在保證旋風筒分離效率前提下，采取以下措施來進一步降低系統阻力：

(1)對旋風筒結構進行優化改造。核實旋風筒結構尺寸，根據生產線實際運行情況，C1旋風筒可采取整體更換并放大C1旋風筒規格或局部加大其進出口尺寸；C2-C5旋風筒采取擴大蝸殼方式，降低其進口風速，降低系統阻力；調整內筒尺寸等措施來降低系統阻力。

(2)在旋風筒出口與連接風管處選取合理的的結構型式，旋風筒進風口設置斜板，消除水平段，減少積料，減少局部阻力損失。

(3)分解爐鵝頸管改造。分解爐鵝頸管圓弧彎頭改造成尖頂形式，以減少積灰，降低阻力，見圖2。

(4)三次風管改造。可將兩路對沖的三次風管改成一路旋切人爐方式，減少三次風管本身阻力，從而降低系統電耗。

(5)窯尾煙室及窯縮口改造。原有窯尾縮口直徑偏小，窯尾斜坡處截面積偏小，窯內阻力偏大，改造采取更換整個煙室，擴大煙室斜坡處截面和窯尾縮口尺寸，必要時更換窯尾密封。改造后可改善窯內通風不暢，窯尾密封處冒灰現象，利于系統操作，并降低系統阻力。

2.2 進入系統冷風量的控制

(1)窯尾、窯頭密封。更換為新型窯尾、窯頭密封，減少系統漏風量。

(2)煤粉輸送及一次風機改造。提高煤粉輸送固氣比，采用高風壓、低一次風窯頭燃燒器，改造一次風機和送煤風機，減少冷風進入系統，降低電耗。

2.3 風機效率控制

工藝風機高溫風機、窯頭排風機根據生產線實際運行情況，核實最佳工況點運行參數，風機采用高效節能變頻風機，從而提高風機效率，降低電耗。

2.4 系統漏風

嚴格把控系統各個漏風點，減小系統漏風，減輕風機運行負荷，降低系統阻力。

2.5 操控優化

(1)測定煙室、分解爐出口、C1出口氧含量來判定系統是否存在窯尾拉風過大現象，合理匹配分解爐內三次風、煤、料的關系。建議分解爐出口氧含量在1.5％左右，C1出口氧含量控制在2％以下。

(2)檢測預熱器出口含塵濃度判斷是否因C1筒分離效率低、出口含塵濃度過高導致高溫風機負載增大。

(3)在保證出熟料溫度的前提下，減少不必要的供風，建議最后兩臺風機改變頻調速。

(4)調整原料配料及配比，改善生料的易燒性。

(5)優化窯頭燃燒器的結構與操作，提高系統產量。

通過分解爐擴容，三次風管改造，煙室和窯尾密封改造，更換撒料箱和局部料管改造，分解爐送煤系統改造，冷卻風機改造等降低電耗的改造措施，實際運行三年以上的中國水泥廠#3線改造前后主要性能指標情況見表2。

表2 中國水泥廠#3線技改前后技術經濟指標對比

由表2可以看出，改造后窯的產量提高了100t/d；廢氣溫度下降20℃；出口負壓下降了400Pa；綜合電耗下降1.68kWh/t。通過節能降耗技改后，整體運行質量得到進一步提升，技改前存在的系統熱回收效率低、C1出口溫度高、系統阻力大、系統電耗高的問題得到明顯改善，熟料質量穩定，產量得到進一步提升，各項主要經濟指標得到不同程度的優化。

基于碳排放、能源配額制度下的現實需求，通過對水泥廠預分解系統電耗的改造措施分析，不斷探索綠色、節能、高效燒成技術，不僅有助于企業提高產量、節能降耗、提高經濟效益和社會效益、推動企業的技術進步，而且也為以后其它類似的工程項目的技術升級改造提供了參考。

作者：于歡

來源：《中國中材國際工程股份有限公司(南京)》

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