引言
为落实党中央、国务院碳达峰碳中和相关工作部署，国家发改委等印发《水泥行业节能降碳专项行动计划》,其中提出到2025年底，水泥熟料产能控制在18亿t左右，能效标准水平以上产能占比达到30%,即吨熟料综合能耗100 kg标准煤。GB16780—2021《水泥单位产品能源消耗限额》已于2022年11月1日正式实施，如何降低熟料单位产品综合能耗，将水泥行业能效水平推动到一个新高度，迫在眉睫。
鉴于熟料单位产品综合能耗计算方法，降低熟料单位产品综合煤耗，对于熟料单位产品综合能耗的降低，效果明显。下面将以某工厂五级旋风预热器烧成系统标定报告为基础，从如何降低熟料烧成热耗分析措施，从而降低熟料单位产品综合煤耗。
烧成系统热平衡见表1。
从表1中可以看出，热支出主要由熟料形成热、出冷却机熟料显热、预热器出口废气显热、窑头AQC抽冷却机气体显热、系统表面散热等组成。熟料形成热由原料特性决定，难以较大改变；而其余热支出通过有效措施及手段可实现大幅降低，故降低熟料热耗的主要措施如下。
相关标定及计算数据如下：
(1)出窑(入冷却机)熟料温度：1415℃。
(2)出冷却机熟料温度：160℃。
(3)C1出口废气温度：332℃。
(4)C1出口氧含量：3.5%。
(5)C1出口废气量：1.43 Nm³/kgcl。
(6)二三次风用量：0.807 Nm³'kgcl。
(7)一次风用量：0.09 Nm³/kgcl。
(8)一次风比例：10.2%。
(9)C1筒分离效率：90.9%。
(10)熟料烧成热耗：768.6 kcal/kgcl即109.8 kg标煤/tcl。
(11)篦冷机热回收效率：64.83%。
提高冷却机热回收效率
冷却机热回收效率指出窑熟料被回收用于熟料煅烧过程的热量与出窑熟料的总热量的比值。热回收效率提高即可降低出冷却机熟料显热、窑头AQC抽冷却机气体显热、煤磨抽冷却机气体显热等。
提高冷却机热回收效率即提高二、三次风的温度及二、三次风占总燃烧空气量的比例。目前该水泥熟料生产线，冷却机热回收效率在64.83%左右，二、三次风量占煤粉燃烧总用风量的比例低于90%。上述两值分别按65%、90%计算，则二、三次风的平均温度约为930℃。假设二、三次风占煤粉燃烧总用风量的94%,冷却机的热回收效率为74%,则二、三次风的平均温度需达到约1010℃(考虑热回收效率提高，热耗降低，燃料燃烧空气量减少，实际二三次平均温度需更高);若二、三次风占煤粉燃烧总用风量的比例下降，则二、三次风的平均温度需更高。所以，要实现冷却机的热回收效率从65%提高到74%难度不小，必须实现更高的二、三次风温及更多的二、三次风用量。
冷却机热回收效率由65%提高到74%,熟料烧成热耗将减少：1×1415×0.261×0.09=33.2 kcal/kg.cl。
1.1提高二、三次风温的措施
(1)针对不同熟料产量、窑径、窑速、海拔等条件，合理设计冷却机，尤其注重高温段篦板的配风设计。
(2)优化篦床结构尺寸，避免一味通过增加篦床宽度增加篦板面积，保证高温段篦床布料均匀。篦床上布料均匀是保证冷却效果的前提。
(3)优化篦板结构，增加流量可控的供风点，保证高温段冷却风风量分配均匀，这同样是保证冷却效果的前提。
(4)合理配置冷却机高温段冷却用风，实际用风应接近二、三次风量，多了或少了都会降低二、三次风温。
(5)不应一味追求冷却机的单位负荷(t/m².d)指标。对于同样的窑产量、同样的冷却机有效冷却面积，单位负荷指标越低，意味着熟料的冷却时间越长，冷却效率就越高。对于新建的熟料线，建议有意识地降低冷却机高温段单位负荷指标，以获得更高的二、三次风温。
(6)优化冷却机高温段冷却风机风量及风压的配置。冷却机高温段冷却风量应等于二、三次风量之合，高于或少于二、三次风量合都会降低二、三次风温。
1.2提高二、三次风用量的措施
(1)减少一次风用量；适当提高送煤风风机压力、提高煤粉输送管道风速，减少送煤风风量；在保证良好火焰的前提下，适当提高窑头一次净风内、外风压力，即提高燃烧器喷嘴出口风速，减少一次净风用量；将一次风量从10%以上降到6%以下。
(2)做好窑头及窑尾密封；加强堵漏，尽量减少窑头罩壳体、窑尾烟室及分解炉等漏风。
减少系统表面散热
目前达到3级熟料综合煤耗标准的水泥熟料线，大多对耐火、隔热材料的性能重视不够，隔热材料的导热系数偏高，耐火材料不大重视隔热要求，窑及预分解系统筒体散热在80 kcal/kg.cl以上。要达到目前大家比较认可的60 kcal/kg.cl以下的散热指标设计可采取如下措施：
(1)采用低导热系数的硅酸钙板(至少要达到国标要求)并适当增加铺设厚度、采用双层错缝铺设，以取得良好的隔热效果。
(2)采用的浇注料及耐火砖除保证其常规的各项物理化学性能要求以外，应高度重视材料的隔热效果(例如，回转窑用微孔低导热镁铁尖晶石砖替代传统镁铁尖晶石砖),并适当增加材料的厚度。
(3)C1筒可设置外保温，进一步减小系统热辐射。
(4)回转窑尝试使用高温隔热保温涂料，是减少筒体表面散热损失的又一途径。
减少预热器（C1）出口废气及飞灰带走热
预热器出口废气及飞灰带走热量多的原因是：预热器出口废气温度高、风量大，带走热量多；预热器出口废气粉尘浓度高，带走热量多。故，减少预热器出口废气及飞灰带走热的办法就是降低预热器出口的废气温度、废气量及废气含尘量。
3.1降低预热器出口废气温度
(1)采用六级预热器，增加一级换热，是降低C1筒出口温度最直接、有效的办法。根据五改六案列，C1筒出口温度可降低60~80℃,熟料热耗即可减少27~36 kcal/kg.cl。
(2)增加预热器连接风管直径，降低连接风管截面风速，增加料、气停留时间。料、气换热主要是在预热器连接风管中进行，故风管内的料、气换热非常重要。降低预热器连接风管风速以增加料、气停留时间是加强料、气换热的重要措施。降低风速就是在保证不塌料的前提下将连接风管加粗。
(3)优化预热器下料管及撒料箱的设计，重视下料管撞击高度、角度和撒料箱位置及尺寸，保证生料撞击撒料板后能得到充分分散，以得到较好的撒料效果。如果生料在进入连接风管时不能得到充分的分散即得不到与热气的快速充分混合，就不能保证与热气的充分换热。早期预分解系统的设计往往对撒料箱的作用认识不足，对如何取得好的撒料效果重视不够，造成生料与热气在连接管道中换热不充分。
(4)优化预热器内筒高度尺寸，使得预热器在具有良好的换热与收尘效率的同时具有较低的阻力。
(5)适当增加分解炉有效容积，保证煤粉在分解炉中有足够的停留时间，做到完全燃烧从而避免产生“后燃”现象，有利于降低C1筒出口温度。
3.2减少预热器出口废气量
目前该熟料生产线预热器C1出口废气量为1.43 Nm³/kg.cl,氧含量3.5%以上。减少预热器C1出口废气量的措施如下：
(1)热耗与预热器出口废气量相辅相成。热耗低了，燃料燃烧产生的废气量自然就少了，预热器出口废气量也就少了。故所有降低熟料热耗的措施都能体现预热器出口废气量的减少。
(2)减少系统漏风，降低预热器C1筒出口氧含量。减少预分解系统漏风至关重要。漏入预分解系统的冷风吸收热量后最终由预热器C1筒出口排出；且预分解系统由于冷风的掺入，会降低热气温度，影响生料与热气的换热。C1筒出口氧含量主要来自于预分解系统漏风，必须严格做好预分解系统的密封，包括窑尾密封，预热器及管道连接法兰，翻板阀、分料阀、人孔门、观察孔、捅料孔及其它各种孔门的密封。
(3)优化系统操作，取得较低的预热器C1筒出口氧含量。生产操作中应尽量减少高温风机拉风，努力将预热器C1筒出口氧含量控制在1.5%以内(前提是做好预分解系统密封)。减少拉风即降低预分解系统各处负压，同样会减少系统漏风。
预热器C1筒出口氧含量的高低代表过剩空气的多少。若氧含量由3.5%降到1.5%,即空气过剩系数由1.27降为约1.10,意味着减少漏风0.14 Nm³/kg.cl,减少废气带走热约15 kcal/kg.cl。
3.3降低预热器出口废气的含尘量
(1)预热器C1筒出口的含尘量是C1筒出口废气量与含尘浓度的乘积。故，所有降低C1筒出口废气量的措施都有利于减少含尘量。
(2)预热器C1筒出口含尘浓度的高低取决于C1筒的收尘效率。设计应根据实际风量及生料细度(与生料的易烧性等因素有关)调整C1筒的结构尺寸，使得C1筒在具有较低阻力的前提下获得较高收尘效率。目前C1筒分离效率仅为90.9%,与通常≥95%有相当差距。更多飞灰随废气排出，意味着更多的热损失，必然增加烧成热耗。
(3)预热器C1下料管设置两道新式密封重锤锁风阀，可有效防止C2至C1旋风筒的窜风现象，提高C1旋风筒的收尘效率，同时提高C2至C1旋风筒的换热效果。
结语
针对此生产线，通过提高冷却机热回收效率、减少烧成系统表面散热、减少预热器出口废气及飞灰带走热，至少可使熟料烧成热耗降低68 kcal/kgcl,降耗效果显著。
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作者：祁佳
所属：南京戈德水泥技术工程有限责任公司
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