引言

預熱器系統作為預分解工藝裝備的核心組成部分之一，伴隨著水泥工業的迅猛發展，其結構性能不斷得到優化，各大水泥設計院均圍繞“高效、低阻、節能、環?！钡脑O計創新理念，從上世紀80年代的四級預熱器系統、90年代以后的五級預熱器系統，再到如今的六級預熱器系統，技術進步有目共睹。目前六級預熱器系統被列為新建預分解窯水泥生產線的標配之一，但放眼國內新近建設的生產線，并未掀起采用六級預熱器的熱潮，說明各方業主理念存在差異，存在種種顧慮因素，尤其是近幾年水泥行業效益相對較好的大背景下，既常規又不承擔決策風險的五級預熱器依然是主流。為此，筆者結合某公司新線建設前前后后的經歷，對采用六級預熱器系統的必要性進行簡要論述，并針對出現的弊端，介紹采取的配套技術措施，僅供同仁們參考。

該公司產能置換6000t/d生產線于2018年底正式開工建設，之前對如何確定預熱器系統的結構形式選擇成為焦點問題之一，采用六級預熱器還是五級預熱器，公司為此還專門召集各方專業人士進行論證，傾向于采用常規成熟的五級預熱器系統的意見也不少，尤其是余熱發電技術的全面推廣，讓不少人在提出使用五級預熱器系統時，理由顯得比較充分，易顛覆熟料生產和余熱發電孰輕孰重的問題，往往會把相對偏低的六級預熱器出口煙氣溫度對發電的直接影響擴大化。為此，公司還專門成立了考察小組到國內各大水泥集團部分生產線進行了實地借鑒學習，通過多方學習以后，進一步確認了六級預熱器是今后水泥生產線降低綜合能耗尤其是煤耗的必備條件之一，運行效果并不差。

在當前國家強力推進碳達峰碳中和目標任務的大背景下，今后水泥窯系統終歸還是要以節煤為主旋律，生產線煤耗得到降低以后，單位電耗自然會落入良性循環，也才符合綠色低碳可持續發展的產業政策。因此，公司最終決定采用六級預熱器系統。

2.1 降低預熱器出口廢氣帶走熱量

當前國內水泥生產線以4000～7000t/d五級預熱預分解窯為主，根據各方報道的熱工標定數據，C1筒出口溫度平均在310～335 ℃，廢氣帶走的熱量比例普遍占到了熟料熱耗的20%～23%，應該說損失不小。按照第二代新型干法水泥熟料生產工藝純理論推算，如果C1筒出口溫度能夠下降到260 ℃左右，預熱器出口廢氣帶走熱量比重可低至17%以下，目前國內確實也有少量生產線達到此水平。

采用六級預熱器后，C1筒出口溫度能降低到什么水平，各大水泥設計院給出的理論計算結果低至260～270℃，但是在實際生產過程中，受制于各種因素的影響，從國內目前已投產的生產線數據來看，絕大部分生產線維持在270～290℃，相比常規五級預熱預分解窯生產線下降大約35～40℃。按照煙氣成分理論推算得出的經驗值，C1筒出口溫度每降低10℃，熟料熱耗可下降22kJ/kg.cl左右，由此可知廢氣溫度降低后，噸熟料標煤耗可節約3kg左右，這是采用六級預熱器最核心的價值所在。

2.2 取消窯尾增濕塔設計

業內人士都知道，窯尾增濕塔是水泥生產線中單體較大、占地面積較大、日常故障維護風險極高的工藝設備之一，建設投資也比較大，設計環節能夠將其取消是求之不得。采用六級預熱器后，隨著廢氣溫度的降低，尤其是純低溫發電系統近95%以上的同步運行，電站故障情況下將廢氣溫度調整到生料磨正常熱風200℃左右就相對容易很多，無需再獨立設置增濕塔，而采用管道增濕，在純低溫發電投運、退爐時以及窯況不正常的情況下就可進行溫度調節。

2.3 節約水資源

常規五級預熱預分解窯生產線運行中，為滿足后續生料磨及其收塵設備正常運行，窯尾廢氣增濕降溫消耗的水不少，尤其是生料磨能力偏大、窯磨同步運轉率偏低的生產線，由此專門配套設計了一個龐大的增濕塔及其噴水系統。水資源短缺是我國的基本國情，該公司新線建設所在地缺水尤為突出，如何節約水消耗始終要貫穿于生產線設計、建設和生產維護全過程。

2.4 可有效改善高溫風機的運行環境

窯系統高溫風機是核心設備，一般情況下都要求入口廢氣溫度不能超過350℃，短時最大承受溫度應在450℃以內。但眾多生產線實際情況并非如此，異常故障情況下高溫風機入口溫度往往會超過450℃，對設備造成重大沖擊。采用六級預熱器以后，臨時故障開停窯過程中高溫風機入口溫度超高的情況微乎其微，達到450℃以上的可能性就更小了，可有效保證核心設備的完好性能。

2.5 減少窯尾袋收塵器高溫燒袋損毀情況

窯尾袋收塵器作為生產線的重要設備，濾袋損壞除了含塵煙氣的正常沖刷磨損以外，非正常情況下出現高溫煙氣造成燒袋或受損也是時有發生。窯尾濾袋一般要求煙氣溫度不能超過260℃，經過六級預熱器處理后排出的廢氣溫度更安全可靠，高溫燒損濾袋問題基本可以杜絕。

2.6 窯尾發電SP爐規格型號變小

廢氣溫度降低后，窯尾鍋爐負荷明顯變小，相比常規生產線，鍋爐規格減小，建設投資得到節省。

表1列出了6000t/d六級預熱預分解系統部分工藝參數。

表1 6000t/d六級預熱預分解部分工藝參數表

（1）由于相比常規預分解窯多增加了一級旋風筒及其連接風管，系統通風阻力會相應增大500Pa左右。

（2）根據各大水泥集團已投產的一些生產線電耗數據，隨著系統運行阻力的增加，高溫風機噸熟料電耗略有上升。但是經過綜合窯尾廢氣處理系統設備減少、通風阻力不同程度降低、噸熟料煤耗下降使得煤粉制備耗電減少等等產生的節電效果加權以后，窯系統噸熟料電耗基本持平。

（3）預熱器出口廢氣溫度下降，直接影響的是窯尾電站鍋爐的發電效率，溫度越低，熱回收利用越困難，根據各條線廢氣溫度高低不同，六級預熱器比五級預熱器窯尾鍋爐少發電5～8kWh/t.cl。

（4）預熱器框架高度必然增加，但是從各大設計院新近開發的預熱器系統布局來看，從旋風筒錐體偏錐設計、下料管走向優化、分解爐柱體與高溫級旋風筒之間的連接管道從側面出風等等多方面進行優化布局以后，框架高度增加部分可控制在15m以內。

（5） 預熱器出口廢氣溫度降低對生料制備物料烘干帶來了新的問題，熱源經過窯尾鍋爐發電利用以后，用于物料烘干的熱量并不充裕。

（6）預熱器高度增加以后，位于高處的中低溫級旋風筒一旦發生生產故障，處理難度相應會有所增加。

表2列出了國內部分6000～7000t/d的五級、六級預熱器系統指標對比。

表2 六級預熱器與五級預熱器系統對比

（7）篦冷機熱量分配捉襟見肘，除了入窯二次風、入爐三次風的質量和數量優先確保以外，對中溫的需求極大，煤磨制備煤粉烘干熱風、垃圾焚燒飛灰無害化處置烘干熱風、窯頭AQC爐發電基本熱源等等，都要靠中溫區提供熱量，需求明顯大于可供應量。

4.1 正確認識余熱發電在水泥生產中的位置

從水泥窯配套建設的余熱發電裝備技術的發展演變過程可以看得出來，從早期的中溫發電到如今的純低溫余熱發電，說明了余熱發電原則上不能多用水泥熟料生產過程中的熱源，畢竟目前水泥窯配套的電站發電效率總體都是比較低，靠犧牲煤耗來發電不可取。尤其是當今以碳達峰、碳中和為主旋律的時代，電站發電用的熱量自然來源于燃煤燃燒產生的熱，從碳排放降低的角度考慮，顯然得不償失。因此，對余熱電站的定位一定要以“利用多余的熱量發電”為根本宗旨，電站系統能夠與窯系統同步并網運行即可。

4.2 增設簡易管道增濕裝置

早些年建設的新型干法水泥生產線，在窯尾高溫風機后面專門配套設計了增濕塔系統，達到降溫、調節比電阻、沉降粉塵等目的。隨著余熱發電的配套使用，尤其是六級預熱器的投運，廢氣降溫壓力明顯減弱。為此，把C1筒出口到高溫風機的連接風管的中下段，將風管截面積擴大為常規風管的2.5倍左右，設置噴霧系統后即為簡易管道增濕裝置，充分利用預熱器框架作為支撐載體，管道底部設置積灰斗及其卸料輸送設備入庫，還設置有緊急外排口。

值得注意的是，廢氣增濕后，含濕量較大的煙氣進入窯尾SP爐時，會增加換熱管束表面粉塵粘附現象，造成電站不能有效運行。因此，入SP爐的煙氣接口必須放在管道擴徑增濕之前。

4.3 選用適應性能較優的立式輥磨

隨著近些年來生料輥壓機終粉磨技術的不斷成熟和推廣應用，新建大型水泥生產線，針對生料制備系統通常繞不開兩個問題，一是用立磨還是輥壓機，二是兩磨供一窯還是一磨一窯。采用輥壓機制備生料相對于立磨的優缺點都是比較明顯的：優點主要體現在噸生料制備電耗比立磨低3～5度，備品備件費用相對較低；主要缺點就是對物料水分比較敏感，烘干能力有限，主機設備不具備在線檢修條件，由此產生的故障停機會增多，生產連續性不足。

我國水泥工業發展到今天，“均衡穩定連續運轉”已成為生產共識，是生產線高效低耗運行的最終途徑，為此，生料磨的選型指導原則應該是以單臺磨為主，設備維護簡單可靠，對物料水分及硬度適應能力強?；谠撛瓌t，該公司選擇了1臺四輥式立磨。

4.4 精細優化預熱器C1筒隔熱保溫措施

從當前已投產的多數六級預熱器預分解窯數據來看，預熱器出口溫度普遍在270～290℃，通過測算可知，如果SP爐入口煙氣溫度從260℃提高到270℃時，在其余條件不變的情況下，噸熟料發電量可提高1.5～2.0kW·h。為此，對C1筒總共4個旋風筒耐火材料進行了特殊處理，由常規的“硅酸鈣板+耐火磚”優化為“隔熱納米材料+耐火磚”，以努力提升入SP爐煙氣溫度。

4.5 篦冷機中低溫區域之間進行強制隔離

針對篦冷機中溫供應壓力比較大、低溫區鼓入的冷卻風容易摻入到發電及其煤磨熱風之中造成風質下降的情況，在不影響篦冷機正常運行的前提下，在中、低溫區域之間增設了活動式隔離擋風板，用以穩定抽取熱風的溫度，以滿足純低溫余熱電站對AQC爐煙氣溫度的最低要求。

以第二代新型干法水泥生產工藝技術標準為基礎，對新生產線進行選型設計，總體上不會有大的問題，但就具體的子系統工藝及設備選型，還需根據工廠實際情況，考慮良好的適應性和可靠性。第二代生產線窯系統在運行中暴露出的一些弊端，針對性地采取相應的措施后，應該可以將其對生產組織的影響降到最低。發電系統首先是保證能夠跟窯系統同步并網運行，只要確保窯頭余風溫度足夠低，窯尾廢氣沒有出現無謂的浪費，電站系統自身相對完好，就無需過度要求余熱發電非要有多高的發電量。

作者：何文明，馬林文

來源：《云南紅塔滇西水泥股份有限公司》

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