六级预热器系统开发的探讨

      预热器系统采用多少级最为合适是随着人们的认识角度和技术发展而不断变化的。预分解系统从问世到上世纪八十年代前多数采用四级预热器系统，由于废气温度往往达到 3 8 0 ℃以上，能量的浪费和对高温设备的要求，使得在随后9 0年代开始大量采用五级预热器系统，同时六级预热器也在国际上主要几家 大的水泥公司如德国伯利休斯( 德国蒂森克虏伯 ThyseenKrupp )公司， 丹麦史密斯公司，德国洪堡公司等研发，主要在印度等一些能源较短缺的国家采用。从上世纪9 0年代至今，印度已经投产的水泥厂中有数十条生产线采用六级预热器。中国只有山东的大宇泗水8 0 0 0 t／ d水泥熟料生产线采用伯利休斯公司的六级预热器系统 。

 

      国内也曾一度出现到底采用多少级预热器为最佳的争论，前些年由于水泥工业规模的迅速发展 ，使得人们没有过多地考虑这个问题 ，最近对五级预热器出口温度偏高，能耗仍然较高的议题又再度引起人们关注。但此次关注的重点是较为经济的办法， 即用出五级预热器的废气去发电。目前已经有很多带余热发电的水泥厂投产运行，而且发电后的经济效益和能源再利用率都很好，越来越多的水泥工厂正在考虑上余热发电项目。

 

      但是是否余热发电就是解决现代水泥工业废气余热的最佳途径？每个水泥厂都适合带一个小发电厂吗? 水泥工业自身降低能耗的潜力在哪里？带着这些疑问，我们可以计算分 析一下，来重新反思一下我们的选择。 

 

      六级预热器系统与余热发电的节能比较：以5000t/d规模为例，按照一般设计参数， 设5级预热器出口 3 2 0 ℃六级预热器出口2 8 0 ℃，气体量均按1.5 3 m³／k g熟料，则每公斤熟料降低能耗约112kJ/kg熟料 ，增加窑尾和窑头二套余热锅炉后 ，国内目前发电量一般在32 -35 kWh/t 熟料 ， 换算后为115 -126 kJ/kg熟料 。扣除余热发电本身需要的能量，从节约能量的角度看，窑头窑尾加余热锅炉发电相当于窑尾废气温度降低 5 0 -6 0 ℃所节约的能量，接近于六级预热器节约的能量。但是由于热力发电都是有能量损失的，最高效率也只有50％多，所以也可以说余热发电所节约的能量相当于窑尾废气温度降100 -120 ^o C 所节约的能量。发电量与实际运行的废气温度关系较大，废气温度越高发电量越大，导致余热发电的工厂并不希望废气温度降低，与水泥工业的追求目标相反 ，甚至于个别工厂有认为抽三次风去发电也是节能的错误想法 。余热发电可以能，同时也带来一定的利润。当只追求利润的前提下，可以与火力发电厂那样用烧煤产生的高温去发 电，按照现在的电价，利润毫无疑问是最大的，但这与最初的余热发电初衷是背道而驰的，不符合国家产业政策， 当然也难以获得节能环保的最佳效果。 

 

     采用六级预热器或余热发电对工艺线的影响：由于窑尾出余热锅炉的废气温度230 ℃或以下 ，废气在增湿塔内的喷水量大大下降，假如采用电收尘器，废气的比电阻很难满足电收尘的要求，收尘效果将达不到预期目标，即使废气通过生料磨烘干生料同时增湿后入电收尘器也达不到很好的效果，因为废气温度低只能喷少量水降温后入磨烘干原料，并增湿废气后入电收尘器，废气含水量比3 0 0多度高温气体入增湿塔增湿降至2 0 0 ℃左右温度再入磨后的水分小 。再者，磨机不开的时候也是必须达到环保要求的，此时采用余热发电统的废气入电收尘器是很难达到环保要求的，因此当采用余热发电时，窑尾废气必须采用袋收尘器，出余热发电的废气在增湿塔内再适当喷水降温入袋收尘器，可确保达到环保要求。

 

      目前窑尾采用袋收尘器的工厂越来越多，这个问题较容易解决。同样的问题，当采用六级预热器后，出窑尾系统的废气问题为280℃或更低 ，喷水量也比出五级预热器系统的废气少较多，对采用电收尘器的情况也是不利的，但比余热发电时的情况好得多。 

 

      对选择磨机的影响：在原料水分较小的时候，生料磨机的选择基本不受余热发电的影响。但当原料水分较大时，采用球磨机就会受到入磨废气温度不够而烘干能力不足的影响 。此时就需要采用立磨，由于通过立磨的风量大 ，一般情况可以所有的废气均通过立磨，烘干能力在原料水分较高时仍能满足要求，但是当原料水分很高，比如综合水分在7％左右以上，那么采用余热发电就有可能不能满足烘干原料的要求，或者为了确保烘干物料，人为提高出余热锅炉的废气温度，影响余热发电的发电量。如果采用六级预热器， 废气温度相对高些，还可以满足原料烘干，但原来水分更高时，六级预热器出口的废气温度也有可能满

足不了烘干要求，但还可 以引窑头废气余热来烘干原料或者采用向一、二级预热器分料来调节出口温度 。也就是说采用六级预热 器对选择磨机的影响相对少些。由于我国的水泥原料大部分较干燥 ，采用立磨的情况下大多数情况下二者基本都能满足烘干物料的要求 。

     对窑尾采用管道喷水新技术的影响：采用六级预热器系统后，由于废气温度下降到2 8 0 ℃左右 ，生料磨不开时，采用管道喷水降温至2 0 0 ℃以下入袋收尘器是完全有可能的 ； 当生料磨开时， 管道喷水降至所需温度入磨 。这样系统可以省去增湿塔以及辅助设备， 废气处理系统变得相对简单和经济，显然是既节能又省钱的方案。采用余热发电后，虽然出余热锅炉的废气温度更低，但由于需要考虑余热锅炉与窑系统不同步运行时的情况，此时需要考虑出五级预热器3 2 0 ℃的温度增湿降温到 2 0 0 ℃以下的增湿塔， 或者需要效率更高的管道喷水系统。另外由于一般来说原来的管道位置被余热发电占据，管道形状弯曲和容积受到影响，在余热锅炉旁路管道上加喷水系统难度比较大些。所以采用六级预热器对管道喷水更能适应。

 

      窑头余热的利用问题：假如采用六级预热器系统，窑尾再进行余热发电的意义变得不大， 在没有余热发电的情况下，窑头的废气余热利用需要进一步考虑，一是进一步提高冷却机的热效率 ，提高二、 三次风温和降低熟料温度，正常情况下出冷却机的废气温度应该在2 5 0 ℃左右；二是当原料水分较高时，将窑头废气引到窑尾去烘干原料，但这种情况往往需要加大设备规格，否则废气量太大不能充分进入设备；三是考虑其它用途，如已经有一些工厂利用窑头废气余热来烘干矿渣等混合材，并取得了成功，采用的工艺主要是相对低温的废气( 250 ℃左右) 与混合材的悬浮态传热 ，这种思 路可能是正确的，值得尝试 ，但这种高效率的烘干设备有待于进一步开发研究。另外还可以考虑用窑头热风作为窑燃烧的一次风及冷却用风等来进一步利用废热。

当然在采用六级 预热 器系统的前 提下再采用余热发电的技术继续回收热量仍然存 在一定空间，只是窑尾的发电量肯定要受到一定影响，但随着余热发电技术的不断提高，也存在这种可能性。 

 

      开发六级预 热器 的必要性和可行性：不管余热发电技术发展如何，应用如何，毕竟水泥工业自身节能环保是第一位的，很明显用旋风预热器对流换热直接降低废气温度来节能 的效率是大大高于通过一个复杂的发电系统来节能的效率的，由于节能和经济等原因，国际上采用六级预热器技术的工厂也越来越多，尤其是能源较短缺的一些国家和缺水的国家国外几大水泥公司都有六级预热器的技术并都有较多工程的业绩，可以认为这项技术是先进 的和有发展前景的，而且目前窑尾普遍采用袋收尘器，喷水增湿降温的目的变成只是为了降温，不存在喷水增湿不够入电收尘器比电阻不合适的问题。这也为采用六级预热器铺平了一个道路，虽然六级预热器比五级预热器的塔架要高，但通过对每级预热器的局部优化，使六级预热器的实际高度比我们预想的降低10-15m还是有可能的，国外文献也有能降低六级预热器高度的报道，因此总高度也不比现有的五级预热器高很多。另外在采用六级预热器后，由于出口温度降到280 ℃左右，对管道喷水无增湿塔系统非常有利，只需降低80 ℃以上的温度 即可达到入袋收尘器的要求，当生料磨开时喷水量可以很少或不需要喷水。按生料磨不开时计算喷水量可以节省三分之一左右， 每吨水泥熟料用水量大约从120 kg降到 80 kg 。目前国外采用六级 预热器很多 ，技术上很成熟国内也有一个国外进口六级预热器水泥厂的先例，大量推广六级预热器的时间已经成熟，天津水泥工业设计研究院正在加紧六级 预热器研发工作，在六级预热器配置新一代预分解系统和第四代冷却机及短窑的情况下，系统设计 优化后，窑系统热耗小于2926 k J／k g熟 料甚至更小是没有问题 的，完全可以达到国际先进水平。

      结论：六级预热器能够进一步降低水泥烧成热耗 ，节约104.5 -125.4 kJ/kg熟料热耗 ， 同时可以降低窑尾管道喷水难度并节约喷水量三分之一左右 ，对节能节水是很有利的。六级预热器作为一种选择，适合于原料水分不是很高的工厂，尤其对能源和水资源较短缺的国家是一种较好的选择，开发应用前景良好。 

 

 

 

                                                                                         ——  来源：水泥技术 2007年 第四期