对水泥窑预热预分解系统节能效果的探讨

对水泥窑预热预分解系统节能效果的探讨

胥文杰

葛洲坝老河口水泥有限公司，湖北 襄阳441814

摘要：近年来，随着我国“双碳”的明确提出，煤炭企业作为我国高耗能行业，面临着巨大的减碳压力。然而，加热和预分解的全面产品升级仍然可以成为煤炭企业“保护环境、节能减排”的重要途径。许多企业已经在尝试开发和应用“六级预热器”。换热器效果好的加热系统软件不仅可以提高窑的整体热利用率，而且可以保证熟料的质量，降低熟料燃烧的热耗率。

关键词：水泥窑；预热；预分解系统；节能效果

1预热预分解工艺流程

1.1喂料

干燥材料在通过C1气缸底部的热流之后，通过顶部管道从C1气缸割晒机转移到C2气缸，依此类推，最后到达分解炉。80%以上的热传递在旋风分离器通道管道中进行。在移动和上升的热空气流的影响下，通道管道中的干燥材料迅速上升，与旋风分离器一起运动，干燥材料在脱水后迅速分散。

1.2液固分离

干燥材料由热空气流携带进入旋风分离器后，将旋转并在旋风分离器中流动。在重力的作用下，它会一边旋转一边向下运动。当它到达锥体顶端时，它会旋转并再次上升，然后从支气管移动到气旋的下一级。

1.3预分解

窑外预分解理论是新型干法水泥熟料燃烧技术的一项重大进展。其目的是在水泥回转窑和预热器之间增加一个预分解器，在窑尾上升烟道中设置一个煤喷嘴，将原煤注入分解炉，并填充干燥材料硫化物分解吸热反应所需的热量。干燥材料漂浮在分解炉中，硫化物快速分解，分解率超过90%。

科学技术的本质是将原本在水泥回转窑中进行的硫化物分解的日常任务移至窑外进行分解。主要目的是提高燃烧效率和生产能力。此外，60%的原煤来自分解炉，40%来自贾庄，可降低水泥回转窑的热耗，缓解篦冷机的热耗并延长设备的使用寿命；由于干燥材料和天然材料在漂浮时搅拌均匀，天然材料可以充分点燃，燃烧热可以及时传递给干燥材料，从而使干燥材料中的硫化物快速分解，大大缓解了炉内硫化物分解的压力。

2对水泥窑预热预分解系统节能

2.1预热器系统降阻节能优化措施

据分析，我公司已在2020年初，在高峰减负荷和维护期间，对预热器系统的运行和维护采取了一系列降阻、环保和节能措施。

2.1.1提高旋风分离器的液固分离效率

C1旋风分离器是旋风分离器的最后一级，来自窑尾的烟气通过该旋风分离器。它需要具有相对较高的液固分离效率，以降低预热器出口处的烟气粉尘浓度标准，并减少预热器外烟气粉尘带产生的热量。在这次改造中，C1旋风分离器内筒的长度增加了400毫米。同时，为了防止通风阻力的增加，采用了开放式布局，有效地提高了旋风分离器的液固分离效率。

2.1.2增加旋风筒进风口通风面积

试验表明，在一定范围内，旋风分离器入口风力对风阻的影响远大于对液固分离效率的影响。因此，在不影响液固分离效率且入口不会产生过多原料积聚的前提下，应适当扩大旋风分离器入口的总面积，以减小旋风分离器入口处的风力和摩擦阻力。本次改造将预热器C2～C4旋风分离器进气口的硅酸钙保温材料更换为厚度为25mm的新型保温材料，在提高实际保温效果的前提下，进气口单层直壁厚度减少了75mm，并合理增加了旋风分离器进气口的通风面积。

2.1.3扩大窑尾部通风面积

该生产线的分解炉容量相对较大。在使用松木颗粒的条件下，基本可以满足蒸汽停留时间大于6秒的要求。然而，分解炉出口处的工作压力恒定在1400~1500Pa，从烟室到分解炉的收缩口较小。摩擦阻力过高，导致水泥窑和分解炉内的排气量不足。在本次改造中，从烟室到煅烧炉缩颈口的直径从2450mm扩大到2500mm。同时，从烟室陡坡到月牙门的相对高度从1.94m增加到1.99m，合理增加了窑尾通风面积。

2.1.4改造分解炉下料管撒料盒

补充组分第四组分的旋风分离器放入煅烧炉进料管，撒布箱提升板增加200mm，有效提高了粉末的均匀性和传热效率，煅烧炉出口环境温度波动范围降低了10℃。

2.2脱硝系统升级改造

（1） 煅烧炉采用高强度回收点火控制系统。确保原煤在分解炉内形成大量的CO、Chi、H2、HCN和碳等氧化剂，将炉内产生的加热型氮氧化物转化为超强的N2，从而大大降低窑尾烟尘中的NOx含量，烟气脱硝效率达到60%以上。

三次风管缠绕段的总高度为1.5m，烟室缩颈和三次风入口之间的分解炉区域被创建为还原区域；应再次制作第三个风道，以连接煅烧炉上的新通道和补偿器，从而为第三个空气生成新的安全通道；增加三级风道的视角应相应提高，以确保窑气在还原区停留约0.5秒；应改进原三级风管的尺寸和送风方式，以避免急转弯造成材料泄漏。

（2） 更新和改造煅烧炉燃烧器。为了稳定输送气流，确保煤炭输送量对称稳定，获得对称且相对稳定的氮氧化物还原区，将所有煅烧炉燃烧器更换为用于烟气脱硝的专用窑尾燃烧器，并调整窑尾煤炭输送管的尺寸。在烟气室缩颈上方的煅烧炉锥体上安装4个燃烧器，距烟气室缩口的安全距离约为500mm；将另外2个燃烧器用三次风管放入分解炉区域的上端，充分保证分解炉内温度梯度的平衡和稳定，防止一些持续高温。

2.3多级预热预分解系统

1） 预热器各筒排出的原料相当于袋式除尘器收集的原料；2） 清除主缸通道管路中干燥物料中的粘合剂水；3） 清除二次缸通道管路中干燥物料中的束缚水；4） 如果是四级预热器，硫酸钙将在第三级气缸通道管道中分解。如果是五级或六级预热器，硫酸钙将在第四级气缸通道管道中分解。

假设1条生产线的熟料生产能力为4000吨/天，应分别选择四级、五级和六级预热器的加热预分解系统软件，并选择上述设定的参考值，并分别分析余热发电量和熟料燃烧煤耗。预热器一次鼓出口的环境温度、二次风和三次风的风速和热量是危害能耗转化的重要因素。

预热器的高度越低，所需的排气量就越大。由于旋风分离器中的液体-固体交换时间越短，需要的加热能力越高。同时，熟料燃烧的煤耗较高，预热器出口的环境温度较高。第四级预热器将比第五级预热器回收更多的废热，第五级预热将比第六级预热回收更多的余热。虽然烟气余热进入余热发电系统发电，但能量转换效率仅为30%左右，大量烟气余热被浪费，而熟料燃烧热率一直在持续上升。因此，从能源利用效率的角度来看，预热器等级越高，能源利用效率越高。

结论

预热器的级数越少，所需要的风量就越大，因为旋风筒内气固交换的时间越短，所需要的热量就越高，同时导致熟料烧成煤耗偏高，预热器出口温度较高，四级预热器要比五级预热器排除的余热多，五级预热器要比六级预热器排除的余热多，虽然烟气余热进入余热发电系统进行发电，但是能量的转换效率只能达到30%左右，大量的烟气余热还是白白浪费了，而熟料烧成热耗一直居高不下。所以从能源利用率的角度来看，预热器级数越多，能源的利用效率越高。采用六级预热器可以将熟料烧成热耗进一步降低，温度每降低10℃,熟料烧成煤耗可降低0.85kgce/t左右，六级预热器出口废气温度比五级预热器出口废气温度低40℃左右，可降低熟料烧成煤耗3kgce/t熟料。同时可以不设增湿塔对窑尾烟气进行降温，采用窑尾管道喷水的技术方案，不仅可以节约用水，还可以降低系统电耗，减少工程投资。

参考文献：

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