引言

近年大批生產(chǎn)線更換了先進(jìn)的四代篦冷機(jī)，并對(duì)窯尾進(jìn)行了分解爐擴(kuò)容、預(yù)熱器降阻等改造，使熟料綜合能耗有一定程度的降低，但實(shí)際能耗水平多處于GB16780-2021水泥單位產(chǎn)品能耗限額的2級(jí)或3級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，甚至很多仍未達(dá)3級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。究其原因，部分是受制于生料易燒性，部分是沒有原料預(yù)均化堆場，入窯生料成分波動(dòng)大，也有生料轉(zhuǎn)子秤不穩(wěn)定等導(dǎo)致系統(tǒng)工況不穩(wěn)，不得不提高用煤量來保證窯內(nèi)燔燒穩(wěn)定，最終出現(xiàn)高熱耗、高電耗；但更多的是因?yàn)樯a(chǎn)線漏風(fēng)過大，致使系統(tǒng)用風(fēng)也大，尾煤在爐內(nèi)難以燃盡，預(yù)熱器換熱變差，導(dǎo)致了高能耗。關(guān)于漏風(fēng)對(duì)熟料燒成能耗的影響，論述者已有眾多，由于所站角度不同，撰文時(shí)間不同，側(cè)重點(diǎn)和技術(shù)的先進(jìn)性都存在差異。本文是在推行二代新型干法技術(shù)的今天從工程設(shè)計(jì)和服務(wù)水泥企業(yè)的角度來討論這一課題，僅供參考。

圖1為燒成系統(tǒng)主要漏風(fēng)點(diǎn)分布及建議處理方式一役從區(qū)域上看，窯頭的負(fù)壓相對(duì)較低，漏風(fēng)量也低，且近年來隨著四代篦冷機(jī)的應(yīng)用，不論是設(shè)備加工還是安裝質(zhì)量均優(yōu)于三代篦冷機(jī)，因此對(duì)能耗的影響并不大。窯尾區(qū)域的負(fù)壓高，漏風(fēng)點(diǎn)多，處理起來相對(duì)零碎，更考驗(yàn)生產(chǎn)者的管理水平，同時(shí)這部分漏風(fēng)對(duì)燒成系統(tǒng)的能耗影響巨大，是生產(chǎn)線節(jié)能降耗的關(guān)鍵因素之一。

圖1 燒成系統(tǒng)的主要漏風(fēng)點(diǎn)及處理措施

漏風(fēng)是導(dǎo)致燒成系統(tǒng)高能耗的主要原因之一，也是不同生產(chǎn)線之間能耗水平差異大的關(guān)鍵點(diǎn)，應(yīng)在生產(chǎn)中予以常態(tài)化關(guān)注。燒成系統(tǒng)漏風(fēng)的影響，從能耗角度分析主要表現(xiàn)在系統(tǒng)的煤耗、電耗和發(fā)電量三個(gè)方面。

2.1 漏風(fēng)對(duì)燒成熱耗的影響

從熱平衡角度分析，五級(jí)預(yù)熱器每漏風(fēng)10%，最后以300～320℃的熱風(fēng)形式進(jìn)入廢氣管道，將導(dǎo)致熱耗增加50.2～54.3kj/kg.cl。此數(shù)據(jù)有一定的代表性，但并不能完全反應(yīng)真實(shí)的影響。

取兩個(gè)極端例子：一是漏風(fēng)點(diǎn)在C1旋風(fēng)筒蝸殼或出口管道，由于漏風(fēng)已無法影響生料的換熱，因而也不會(huì)導(dǎo)致熱耗增加，只是會(huì)降低余熱發(fā)電量；二是漏風(fēng)點(diǎn)在C5旋風(fēng)筒下料管，冷風(fēng)的摻入會(huì)大幅降低入窯生料溫度，使預(yù)熱器名不符實(shí)，同時(shí)漏風(fēng)順著料管進(jìn)入C5旋風(fēng)筒錐體，導(dǎo)致C5旋風(fēng)筒收塵效率急劇下降叫其帶來的熱耗提升必然遠(yuǎn)大于50.2~54.3kj/kg.cl。預(yù)熱器漏風(fēng)部位上，旋風(fēng)筒錐體及下料管由于開孔較少，漏風(fēng)點(diǎn)不多，因而外漏風(fēng)量相對(duì)較少，但帶來的影響卻非常大，因此需要格外重視。

漏風(fēng)使熱耗上升不僅體現(xiàn)在冷風(fēng)吸熱損失熱量，還有一個(gè)重要影響容易被忽視：窯尾漏風(fēng)量過大導(dǎo)致分解爐內(nèi)缺氧，煤粉無法完全燃燒，熱量后移至預(yù)熱器，引起預(yù)熱器系統(tǒng)的換熱效果變差，C1旋風(fēng)筒出口溫度大幅上升，最終呈現(xiàn)出低產(chǎn)高煤耗、系統(tǒng)不穩(wěn)定等現(xiàn)象。尤其是需拉大風(fēng)才能穩(wěn)定生產(chǎn)的系統(tǒng)，窯尾漏風(fēng)量大、三次風(fēng)閘板開度不合理、系統(tǒng)結(jié)皮嚴(yán)重是幾個(gè)重要因素。此外，漏風(fēng)引起的尾煤后燃使固定碳中的N元素在C5旋風(fēng)筒甚至C4旋風(fēng)筒中釋放，還會(huì)導(dǎo)致NOx濃度異常升高，即使大幅增加噴氨量也難以控制。

表1是某2500t/d熟料生產(chǎn)線A線在燒成系統(tǒng)改造后試生產(chǎn)期間的窯尾煙氣分析，由于漏風(fēng)嚴(yán)重，高溫風(fēng)機(jī)接近滿開度，尾煤依舊無法在分解爐內(nèi)完全燃燒，大量的CO最終在C2旋風(fēng)筒內(nèi)完成燃燒，C1旋風(fēng)筒出口的CO含量也沒有明顯異常，系統(tǒng)整體表現(xiàn)為高熱耗(>110kg標(biāo)煤)、預(yù)熱器出口溫度高(360~380℃)、產(chǎn)量低(2900~3000t/d)。對(duì)漏風(fēng)進(jìn)行處理之后，高溫風(fēng)機(jī)相同開度下，系統(tǒng)產(chǎn)量提高至3500t/d，預(yù)熱器出口溫度恢復(fù)正常(約300℃)，熱耗也隨之降低至103kg標(biāo)煤。圖2、圖3分別為A線漏風(fēng)處理前后的中控界面。A線的運(yùn)行情況表明，生產(chǎn)中單純看氧含量來控制用風(fēng)是片面的，其前提應(yīng)是做好系統(tǒng)的漏風(fēng)管理。

圖3 A線漏風(fēng)處理后操作畫面

2.2 漏風(fēng)對(duì)電耗的影響

漏風(fēng)對(duì)系統(tǒng)電耗的影響主要體現(xiàn)在高溫風(fēng)機(jī)、尾排風(fēng)機(jī)、頭排風(fēng)機(jī)等的噸熟料電耗上。圖4為某水泥集團(tuán)部分生產(chǎn)線的風(fēng)機(jī)電耗示意，從圖4中可以看出三大風(fēng)機(jī)的電耗差異巨大，高溫風(fēng)機(jī)電耗最高值是最低值的兩倍以上，頭尾排風(fēng)機(jī)在3倍左右。

圖4 高溫風(fēng)機(jī)、尾排風(fēng)機(jī)及頭排放風(fēng)機(jī)單位電耗

以B線的高溫風(fēng)機(jī)電耗(11.4kWh/t.cl)為例，根據(jù)風(fēng)機(jī)電耗公式，P=K×Q×△P/η：粉塵負(fù)荷系數(shù)K一般介于1.02~1.04，各個(gè)生產(chǎn)線的差距不大；假設(shè)C1旋風(fēng)筒至高溫風(fēng)機(jī)入口漏風(fēng)與常規(guī)生產(chǎn)線一致，在C1旋風(fēng)筒出口氧含量5.1%和系統(tǒng)漏風(fēng)約15%造成熱耗提高2.7kg標(biāo)煤的前提下，其風(fēng)量Q是常規(guī)情況(氧含量約為2%)的1.22倍；風(fēng)量大幅提高后，使系統(tǒng)阻力隨之大幅增加，C1旋風(fēng)筒出口負(fù)壓在6500Pa以上，高溫風(fēng)機(jī)入口約8200Pa，風(fēng)機(jī)進(jìn)出口壓差△P是新線的1.5倍。不考慮風(fēng)機(jī)效率可的影響，可以看出高溫風(fēng)機(jī)的高電耗問題在于其風(fēng)量和進(jìn)出口壓差太大，使電耗提高了約83%。其中漏風(fēng)是用風(fēng)量大的主要原因。

煙囪的氧含量是漏風(fēng)和尾排電耗的直觀表現(xiàn)，國內(nèi)管理很好的生產(chǎn)線可以將氧含量控制在4%以下，一般生產(chǎn)線則是在7%~8%，管理較差的往往大于10%o氧含量從4%提高至8%，用風(fēng)將增加30%，而提高至10%則增加近55%。這也導(dǎo)致了各生產(chǎn)線尾排電耗的巨大差距。對(duì)頭排風(fēng)機(jī)的電耗影響較大的因素除了漏風(fēng)影響，還有篦冷機(jī)用風(fēng)、窯頭罩負(fù)壓控制等。總體而言，其電耗影響因素較多，這里不做討論。

2.3 漏風(fēng)對(duì)余熱發(fā)電的影響

窯頭余熱發(fā)電一般取決于系統(tǒng)熱耗、取風(fēng)口位置、篦冷機(jī)冷卻效果等，漏風(fēng)是影響因素之一。窯尾的外漏風(fēng)會(huì)導(dǎo)致燒成熱耗有所提高，同時(shí)余熱發(fā)電量也隨之增加；C1旋風(fēng)筒出口至SP鍋爐段的外漏風(fēng)會(huì)降低余熱發(fā)電入口風(fēng)溫及發(fā)電量，這段管道負(fù)壓高，漏風(fēng)聲音明顯且易被發(fā)現(xiàn)處理；鍋爐本體漏風(fēng)也會(huì)導(dǎo)致發(fā)電量的大幅下滑。

此外，生產(chǎn)中對(duì)發(fā)電量影響較大且易被忽略的漏風(fēng)點(diǎn)為圖1中第③處百葉閥導(dǎo)致的內(nèi)漏風(fēng)，主要表現(xiàn)為生料磨停機(jī)時(shí)，窯尾大收塵器入口風(fēng)溫高，而不得不開冷風(fēng)閥降溫。廢氣管管徑一般較大，導(dǎo)致此處漏風(fēng)量很難測準(zhǔn)，可以利用C1旋風(fēng)筒出口溫度、SP鍋爐出口溫度和高溫風(fēng)機(jī)入口溫度通過熱平衡求出漏風(fēng)量。表2是假設(shè)C1旋風(fēng)筒出口溫度為310℃，SP鍋爐出口溫度為180°C，高溫風(fēng)機(jī)入口溫度變化時(shí)對(duì)應(yīng)的漏風(fēng)比例及噸熟料余熱發(fā)電量降低值。根據(jù)GB16780-2021規(guī)定，熟料單位產(chǎn)品綜合煤耗的計(jì)算應(yīng)減去余熱發(fā)電折算的標(biāo)準(zhǔn)煤耗，如果內(nèi)漏風(fēng)量為30%，將使噸熟料綜合煤耗增加0.66kg標(biāo)煤。

表2 高溫風(fēng)機(jī)入口不同溫度下對(duì)應(yīng)的漏風(fēng)量及少發(fā)電量

漏風(fēng)治理是企業(yè)管理水平的重要體現(xiàn)，對(duì)于能耗異常的生產(chǎn)線而言，做好漏風(fēng)管理是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)節(jié)能降耗的最佳途徑之一。好的漏風(fēng)管理有助于燒成系統(tǒng)生產(chǎn)的穩(wěn)定，對(duì)系統(tǒng)的節(jié)煤節(jié)電效果不亞于對(duì)主機(jī)設(shè)備的技術(shù)升級(jí)，應(yīng)在生產(chǎn)中做到常態(tài)化管理。

作者：王國鴻，湯躍，王紅偉，張阿寶，孫慶貴，楊騰飛

來源：《成都建筑材料工業(yè)設(shè)計(jì)研究院有限公司》

微信公眾號(hào)：備件網(wǎng)（關(guān)注查詢更多資訊）

（本文來源網(wǎng)絡(luò)，若涉及版權(quán)問題，請(qǐng)作者來電或來函聯(lián)系！）