殷昭波（中國中材國際工程股份有限公司（南京），江蘇 南京 211100）

0 概述

水泥生產(chǎn)企業(yè)為高能耗企業(yè)，水泥生產(chǎn)能耗費用在生產(chǎn)成本中占60%左右。水泥生產(chǎn)過程主要能耗為燃料燃燒熱能和電能，其中電能消耗分布于整個水泥生產(chǎn)過程，具體情況如下：原燃料制備系統(tǒng)約占23%～48%，熟料燒成系統(tǒng)約占17%～27%，水泥成品系統(tǒng)約占35%～50%。本文現(xiàn)就熟料燒成系統(tǒng)電耗的基本組成及燒成系統(tǒng)的節(jié)能降耗措施作一淺要分析和探討。

1 熟料燒成系統(tǒng)電耗的基本組成

熟料燒成系統(tǒng)主要包括：從生料均化出庫至熟料入庫，包括窯尾廢氣處理、煤粉計量輸送系統(tǒng)。根據(jù)三條水泥熟料生產(chǎn)線燒成系統(tǒng)跟蹤統(tǒng)計結(jié)果，燒成系統(tǒng)運行用主機設(shè)備裝機功率及燒成系統(tǒng)生產(chǎn)用電耗分項估算見表1，2。

熟料燒成系統(tǒng)的電耗可分為三大類：物料輸送、氣流體傳送及生產(chǎn)輔助。其中物料輸送主要包括生料計量及輸送、窯主電機、熟料破碎及輸送、煤粉及窯灰輸送；氣流體傳送主要包括一次風機、高溫風機及窯尾排風機、熟料冷卻風機及窯頭排風機；生產(chǎn)輔助主要包括生產(chǎn)用水及壓縮空氣的消耗等。以上三類電耗估算及比例見表3。

由表1～3以及實際生產(chǎn)情況得出：

（1）燒成系統(tǒng)中物料輸送及生產(chǎn)輔助類電能消耗僅占燒成系統(tǒng)總電耗的30%左右。對于物料輸送，其輸送方式及裝置確定后，單位熟料電耗有變化，但變化較小，僅與系統(tǒng)配置設(shè)備的驅(qū)動效率相關(guān)，驅(qū)動效率越高，均攤的單位無功損耗就越小，相應(yīng)熟料單位電耗也越低；對于生產(chǎn)輔助類設(shè)備電能消耗在整個燒成系統(tǒng)中占比較小，通過智能化裝備的配置，現(xiàn)電能消耗也越來越低。

表1 燒成系統(tǒng)運行用主機設(shè)備裝機功率 kW

表2 燒成系統(tǒng)生產(chǎn)用電耗分項估算 kWh/t

（2）燒成系統(tǒng)的電能消耗絕大部分在氣流體傳送上，占到燒成系統(tǒng)總電耗的70%左右，即風機對電能的轉(zhuǎn)化利用率主導(dǎo)了系統(tǒng)電耗的高低程度，決定了燒成系統(tǒng)單位熟料電耗的高低，因此熟料燒成系統(tǒng)的節(jié)能降耗關(guān)鍵點在氣流體傳送系統(tǒng)。

表3 燒成系統(tǒng)生產(chǎn)用電耗分類估算

2 熟料燒成系統(tǒng)的節(jié)能降耗的措施

2.1 優(yōu)化系統(tǒng)管網(wǎng)阻力

系統(tǒng)管網(wǎng)阻力為系統(tǒng)中設(shè)備阻力與連接管道阻力的總和。其中設(shè)備阻力主要有：預(yù)熱器、余熱鍋爐、收塵器等。管道阻力主要來自各主機設(shè)備之間的連接管道。

隨著水泥技術(shù)裝備水平的進步，燒成系統(tǒng)中設(shè)備阻力已有了顯著的降低。通過對燒成系統(tǒng)中超低阻、高效預(yù)熱預(yù)分解系統(tǒng)的深入研究和改造應(yīng)用，目前，五、六級預(yù)熱預(yù)分解系統(tǒng)的一級旋風筒（C1）出口負壓可控制在4500～5500Pa；SP余熱鍋爐運行阻力可控制在800～1000Pa，AQC余熱鍋爐運行阻力可控制在600～800Pa；窯頭窯尾排風機進口負壓主要為廢氣通過袋除塵器濾料時產(chǎn)生的阻力，目前，通過采用低阻高效濾料，窯頭（尾）袋除塵器的阻力由以往的1200～1500Pa已降到了600～1000Pa的水平。在實際生產(chǎn)中，氣體中粉塵性質(zhì)對濾料阻力有很大影響，尤其是窯尾袋除塵器，這就需要生產(chǎn)操作管理人員提高操作管理水平，盡量減小其負面影響。

對于連接管道阻力，因水泥生產(chǎn)線產(chǎn)能較高，風管管徑較大，管道沿程的阻力較小，假設(shè)管徑30000mm、風速18m/s，100 m長管道沿程的阻力值約100Pa；而熱風管上的閥門、匯出/匯入三通、變徑、彎頭的局部阻力較大，為熱風管阻力的主要來源。以表1中#2線為例，若SP爐進出風與C1至高溫風機風管的匯出匯入三通設(shè)置不當，進高溫風機負壓由5850Pa增加至6150Pa，其單位熟料電耗會增加約0.45kWh?？梢姽艿老到y(tǒng)閥門的設(shè)置、三通等管道部件的構(gòu)造設(shè)計對降低電耗極其重要，因此設(shè)計時應(yīng)首要考慮盡可能減少其數(shù)量和降低其阻力值；其次在設(shè)計中應(yīng)注意可并聯(lián)設(shè)置的設(shè)施盡量不采用串聯(lián)設(shè)置。如窯頭AQC爐的回風接口接至風冷器進口（即串聯(lián)設(shè)置）與接至風冷器出口（即并聯(lián)設(shè)置），窯頭排風機進口負壓前者比后者要高出約500～800 Pa左右，相對窯頭排風機來說，其電耗則會有較大幅度的增加。

2.2 選用在正常工況條件下效率較高的風機

在熟料燒成系統(tǒng)中，除一次風機外，高溫風機、窯尾排風機、窯頭排風機、熟料冷卻風機選用的都是離心式通風機或引風機。

一般情況下，離心風機軸功率（No）計算公式如下：

考慮機械傳動效率（η1），則風機實際需要的軸功率（N）為：

其中，Ne—單位時間內(nèi)氣體通過風機所獲得的總能量，即有效功率；P—從風機進口輸送至出口的過程中所獲得的能量增量，即風機的全壓；Q—單位時間內(nèi)通過風機輸送的氣體量，即風機的體積流量；ηo—風機的全壓效率；η1—風機的機械傳動效率。

由離心風機軸功率計算公式可見，流量、風壓、風機效率決定了風機對電能的消耗。風機的效率是設(shè)備本身固有的，風機的工作點所對應(yīng)風機的效率是不同的，且變化較大也較快，因此，合適的風機選型可不同程度的提高風機電能的利用率，從而達到節(jié)能降耗的目的。

在現(xiàn)有運行水泥生產(chǎn)線中，燒成系統(tǒng)用風機的實際運行值一般情況下高溫風機較高，約70%～75%，窯頭、窯尾排風機較低，基本在70%以下；三者的運行效率都有較大提升空間。若高溫風機、窯頭窯尾排風機效率均提高10%，則單位熟料三臺風機總的電能消耗可下降1kWh/t以上。因此在設(shè)計或技改選型時要盡可能選用在正常工況條件下效率較高的風機，以降低實際生產(chǎn)的電能消耗。

對于熟料冷卻用風機，因生產(chǎn)工況相對較穩(wěn)定，且采用變頻調(diào)速或更節(jié)能的永磁電機驅(qū)動技術(shù)，可使風機的效率達到80%以上，對第四代篦冷機來說，單位熟料電耗基本可控制在6.5kWh以內(nèi)。

我們在選用離心風機時，還要考慮系統(tǒng)管網(wǎng)實際阻力及流量與離心風機性能的關(guān)系。風機轉(zhuǎn)速固定的情況下，風機的流量、風壓是一組對應(yīng)值，當系統(tǒng)實際阻力低于設(shè)計值時，需要調(diào)節(jié)閥門開度以增加系統(tǒng)阻力來使風機流量達到系統(tǒng)需求。因此，設(shè)計選型時選擇的系統(tǒng)阻力或流量如果與實際使用時的系統(tǒng)阻力或流量偏離過大，將帶來額外的風機電能消耗。

由于水泥熟料燒成系統(tǒng)工況較復(fù)雜，實際生產(chǎn)過程中風機的風量、風壓工況也會有較大變化，為達到節(jié)能降耗的目的，離心風機應(yīng)盡可能采用變頻調(diào)速技術(shù)，實現(xiàn)對風機風量、風壓的精準調(diào)節(jié)。已建成水泥生產(chǎn)線進行技改時，對系統(tǒng)進行標定后確定實際需要的風量、風壓工況參數(shù)，然后對風機進行針對性技術(shù)改造并采用變頻調(diào)速技術(shù)，可大幅度降低系統(tǒng)電耗。

2.3 減少系統(tǒng)漏風

現(xiàn)有水泥生產(chǎn)線中系統(tǒng)或多或少都存在漏風問題，有些生產(chǎn)線預(yù)熱預(yù)分解系統(tǒng)到窯尾排風機風量的總漏風率甚至超過50%，其單位熟料電耗因此大幅增加。我們的生產(chǎn)系統(tǒng)裝置，雖不能做到與外界的連通隔絕，但可通過精心的設(shè)計、嚴格的施工以及精細化生產(chǎn)管理，來最大限度地降低系統(tǒng)漏風。系統(tǒng)漏風量的降低不僅可以直接降低風機的電耗，而且可以減小系統(tǒng)內(nèi)管網(wǎng)阻力，從而進一步減少系統(tǒng)電耗。

3 小結(jié)

隨著水泥技術(shù)裝備水平的進步，目前水泥熟料燒成系統(tǒng)在上述范圍內(nèi)的單位熟料電耗一般可控制在20～25kWh之間，最優(yōu)指標已可控制在20kWh以下；其中風機的電耗要占到70%左右。一般情況下，單位熟料的電耗會隨產(chǎn)能的提高而降低，但因系統(tǒng)風量、阻力及風機效率的相互影響，當系統(tǒng)產(chǎn)能超過某一值時會出現(xiàn)高溫風機、窯尾排風機及窯頭排風機電耗急劇升高的情況，從而系統(tǒng)電耗急劇增加。因此在設(shè)計及實際生產(chǎn)中，我們應(yīng)對燒成系統(tǒng)實際電耗的分布進行充分理解，找到最佳設(shè)計操作參數(shù)，以實現(xiàn)節(jié)能降耗目的，達到最佳經(jīng)濟技術(shù)指標。