FK水泥有限公司5000t/d生产线采用五级双列旋风预热器系统、NST-I型分解炉和推动篦式冷却机，回转窑规格为Φ4.8m×74m。该线自2011年4月投产以来，热工制度较为稳定，但存在熟料烧成热耗和电耗偏高等问题。为了把握实际生产运行状况，找到热耗偏高的原因，更进一步降低烧成系统的热耗，我校与FK水泥有限公司于2015年8月共同对该生产线进行了综合热工标定检测。
1 化学分析数据及主要标定数据
标定期间，原料与煤粉质量稳定，系统运行较稳定，标定结果具有代表性和可靠性。现场热工检测方法与数据处理按照JC/T 733—2007《水泥回转窑热平衡测定方法》和GB/T26281—2010《水泥回转窑热平衡、热效率、综合能耗计算方法》进行。化学分析数据及热工标定主要数据见表1～表4。
2 热工标定数据分析
2.1 熟料产量及热耗的总体评价
该线回灰通过输送机直接送入了斗式提升机中，因此在计算实际料耗时只考虑了部分回灰损失，其余全部重新入窑，所以实际料耗较低。标定期间入窑生料提升机电流221A，投料量为365t/h，折合熟料台时产量240t，日产量约5750t，已达到并超过设计能力；该线平均用煤量32.65t/h，熟料单位烧成热耗 3144.43kJ/kg，折合熟料标准煤耗107.5kg/t，处于国内中等偏下水平，与水泥企业单位产品能耗先进值≤103kg/t [1]相比，还有较大差距。
2.2 系统的主要热支出
2.2.1 C1出口废气带走热量
预热器出口废气带走的热损失是烧成热耗最大的支出部分，占热耗的17%～22%，也是降低热耗最主要的方向。废气带走的热量由废气量和废气温度共同决定。废气量越大、废气温度越高，则热损失就越大。从表4可知，该线预热器出口总废气量和单位熟料废气量数值均不高，但C1出口废气温度330℃，单位熟料带走热量671.70kJ/kg，较其他厂家偏高（见表5）。目前，不少厂家C1出口废气温度已经可以降到300℃以下。
2.2.2 出篦冷机熟料带走热量
出篦冷机熟料温度越高，带走热量越多，既影响熟料质量又增加热耗。标定期间该线出篦冷机熟料平均温度在150℃，较高，这与篦冷机工作效果差、鼓入冷却机风量偏小、风量分布不合理有着密切关系。据估算，出篦冷机熟料温度若下降50℃，单位熟料热耗可降低约40kJ/kg，以5000t/d生产线为例，可节约标煤6.8t/d。
理论上认为熟料烧失量为煤粉中未完全氧化燃烧的碳[3]，该厂熟料烧失量平均在0.25%以上，以碳的热值33874kJ/kg估算，带出的单位熟料热量高达85kJ/kg，占熟料烧成热耗的2.7%。
2.3 预热器系统分析
预热器出口废气温度330℃，较高。导致其温度较高的两个主要原因为：生料与高温烟气换热不佳；各级旋风筒分离效率偏低。现场测定发现，C4A与C5A出口上下级温差仅为50℃，C3B与C4B、C4B与C5B出口温差也分别仅为99℃和50℃，换热较差。C1出口含尘浓度偏高，分离效率较低。
2.4 回转窑与分解炉分析
理论上二、三次风O2含量为20%左右，高温二、三次风对窑炉煤粉的燃烧以及篦冷机热量的回收显得至关重要。根据现场对三次风风量、气体成分及窑头罩气体成分的测试发现，三次风风量89066Nm3/h，三次风O2含量在4.71%～17%之间波动，窑头罩O2含量平均为14%，严重偏低。燃烧器工作状态较差，煤粉沉降于熟料中，带入篦冷机继续燃烧，降低了窑头罩及三次风的O2含量。
高温低O2含量的二、三次风导致以下不良影响：
1）高温低O2含量的三次风不利于分解炉内的煤粉燃烧和传热。三次风实测风量少，满足不了19.12t/h尾煤的需要，但开大的三次风阀门，无助于尾煤的燃烧和生料的换热，有可能缩短煤粉和生料在分解炉中的停留时间，导致温度“倒挂”。因此只能增强窑内通风，与烟室中气体O2含量平均高达2.83%相吻合。
2）高温低O2含量的二次风无助于窑内煤粉的燃烧，直接导致煤粉燃烧较慢，加之窑内通风过剩，直接造成火焰燃烧距离变长，火力不集中，与烟室温度高达1184℃相吻合。
3）窑炉内换热较慢及窑内通风过剩也将有利于NOx的生成，增加了分解炉的氨水用量。
该生产线三次风温实测1080℃（测点位于三次风管中部）。由于火焰偏长，厂方不得已将燃烧器退出零位，直接导致一部分高温烟气进入到三次风管，加之煤粉被带入篦冷机燃烧，拉高了三次风的温度。因此将燃烧器位置调回零位，表6为调整燃烧器位置后的气体成分比较，由此也可判断出不少煤粉被带入篦冷机中燃烧。
2.5 篦冷机及AQC锅炉系统
出篦冷机熟料平均温度150℃，熟料后端冷却严重，窑热回收效率较低。单位熟料鼓入空气量1.66Nm3/kg，较低（一般三代篦冷机单位熟料配风量为1.9~2.2Nm3/kg）。5000t/d生产线篦冷机风室通常分为三段九个室，一段鼓入风量212204Nm3/h，二段鼓入风量158771Nm3/h，三段鼓入风量26803Nm3/h，一段风量勉强满足32.65t/h煤粉燃烧所需的217671Nm3/h空气（α=1.1），但由于其O2浓度较低，实际难以满足窑内燃烧所需的助燃空气量。其次，AQC锅炉抽取了420℃、168 670Nm3/h的高温空气，气体温度偏高，带走的热量较多，不利于热量的回收。在篦冷机高温段鼓入风量略显不足的情况下，窑头排风机和窑尾高温风机也将出现抢风的现象，造成高温风机转速偏高，电流偏高。
3 节能降耗的方向及措施
3.1 调整燃烧器工作状态
窑头罩和三次风O2含量低，熟料烧失量高，究其原因是燃烧器工作状态不佳。外风与旋流风配合不当，一次风推力不足，煤粉沉降于熟料中带入篦冷机继续燃烧，消耗高温二、三次风的O2含量，造成窑炉换热较慢、效率低和篦冷机的冷却负担加重及热耗增加的恶性循环。
适当加大燃烧器一次风的推力，协调外风、旋流风和煤风的配合，避免煤粉不完全燃烧掉入熟料中，也可提高煤粉细度，使用灰分低、燃点低的煤粉，进一步提高煤粉的完全燃烧率，从而减少煤粉在篦冷机的燃烧，提高二、三次风的O2含量。
3.2 增加篦冷机高温段风量
该线出篦冷机熟料温度偏高，AQC锅炉取风温度偏高(基本维持在420℃以上)，单位熟料发电量在33.33kWh/t以上。一段风机风量不足，高温段冷却效果不佳，中温段（二段）熟料温度较高。为此，增大一段风机的压头及风量，保证一段熟料的急冷和窑炉的热风供应，进行厚料层操作，提高二、三次风温，降低AQC锅炉取风温度，避免热源浪费，达到降低烧成热耗的目的。
3.3 提高预热器分离效率和换热效率
C1出口粉尘浓度高，影响SP锅炉的换热，并增加高温风机的叶轮磨损，降低高温风机的工作效率，应加强对C1内筒的检查。C4A与C5A、C3B与C4B、C4B与C5B上下级温差小，换热较差，应检查翻板阀和撒料箱的工作状况。
4 结论
通过对现场热工标定数据的分析，得出该系统整体运行正常，个别参数处于较好水平，但也存在较为明显的问题，分析后找到了造成热耗较高的主要原因。如果针对篦冷机和燃烧器问题进行相应的措施，能耗将实现进一步的降低。
作者单位：
邓国亮，齐砚勇，高宇蕾
西南科技大学 材料科学与工程学院
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