引言
近年大批生產線更換了先進的四代篦冷機，並對窯尾進行了分解爐擴容、預熱器降阻等改造，使熟料綜合能耗有一定程度的降低，但實際能耗水平多處於GB16780-2021水泥單位產品能耗限額的2級或3級標準，甚至很多仍未達3級標準。究其原因，部分是受制於生料易燒性，部分是沒有原料預均化堆場，入窯生料成分波動大，也有生料轉子秤不穩定等導致系統工況不穩，不得不提高用煤量來保證窯內燔燒穩定，最終出現高熱耗、高電耗；但更多的是因為生產線漏風過大，致使系統用風也大，尾煤在爐內難以燃盡，預熱器換熱變差，導致了高能耗。關於漏風對熟料燒成能耗的影響，論述者已有眾多，由於所站角度不同，撰文時間不同，側重點和技術的先進性都存在差異。本文是在推行二代新型干法技術的今天從工程設計和服務水泥企業的角度來討論這一課題，僅供參考。
01
燒成系統主要漏風點分布
圖1為燒成系統主要漏風點分布及建議處理方式一役從區域上看，窯頭的負壓相對較低，漏風量也低，且近年來隨著四代篦冷機的應用，不論是設備加工還是安裝質量均優於三代篦冷機，因此對能耗的影響並不大。窯尾區域的負壓高，漏風點多，處理起來相對零碎，更考驗生產者的管理水平，同時這部分漏風對燒成系統的能耗影響巨大，是生產線節能降耗的關鍵因素之一。
圖1 燒成系統的主要漏風點及處理措施
02
漏風對熟料燒成能耗的影響
漏風是導致燒成系統高能耗的主要原因之一，也是不同生產線之間能耗水平差異大的關鍵點，應在生產中予以常態化關注。燒成系統漏風的影響，從能耗角度分析主要表現在系統的煤耗、電耗和發電量三個方面。
2.1 漏風對燒成熱耗的影響
從熱平衡角度分析，五級預熱器每漏風10%，最後以300～320℃的熱風形式進入廢氣管道，將導致熱耗增加50.2～54.3kj/kg.cl。此數據有一定的代表性，但並不能完全反應真實的影響。
取兩個極端例子：一是漏風點在C1旋風筒蝸殼或出口管道，由於漏風已無法影響生料的換熱，因而也不會導致熱耗增加，只是會降低餘熱發電量；二是漏風點在C5旋風筒下料管，冷風的摻入會大幅降低入窯生料溫度，使預熱器名不符實，同時漏風順著料管進入C5旋風筒錐體，導致C5旋風筒收塵效率急劇下降叫其帶來的熱耗提升必然遠大於50.2~54.3kj/kg.cl。預熱器漏風部位上，旋風筒錐體及下料管由於開孔較少，漏風點不多，因而外漏風量相對較少，但帶來的影響卻非常大，因此需要格外重視。
漏風使熱耗上升不僅體現在冷風吸熱損失熱量，還有一個重要影響容易被忽視：窯尾漏風量過大導致分解爐內缺氧，煤粉無法完全燃燒，熱量後移至預熱器，引起預熱器系統的換熱效果變差，C1旋風筒出口溫度大幅上升，最終呈現出低產高煤耗、系統不穩定等現象。尤其是需拉大風才能穩定生產的系統，窯尾漏風量大、三次風閘板開度不合理、系統結皮嚴重是幾個重要因素。此外，漏風引起的尾煤後燃使固定碳中的N元素在C5旋風筒甚至C4旋風筒中釋放，還會導致NOx濃度異常升高，即使大幅增加噴氨量也難以控制。
表1是某2500t/d熟料生產線A線在燒成系統改造後試生產期間的窯尾煙氣分析，由於漏風嚴重，高溫風機接近滿開度，尾煤依舊無法在分解爐內完全燃燒，大量的CO最終在C2旋風筒內完成燃燒，C1旋風筒出口的CO含量也沒有明顯異常，系統整體表現為高熱耗(>110kg標煤)、預熱器出口溫度高(360~380℃)、產量低(2900~3000t/d)。對漏風進行處理之後，高溫風機相同開度下，系統產量提高至3500t/d，預熱器出口溫度恢復正常(約300℃)，熱耗也隨之降低至103kg標煤。圖2、圖3分別為A線漏風處理前後的中控界面。A線的運行情況表明，生產中單純看氧含量來控制用風是片面的，其前提應是做好系統的漏風管理。
表1 窯尾煙氣分析
圖2 A線漏風處理前操作畫面
圖3 A線漏風處理後操作畫面
2.2 漏風對電耗的影響
漏風對系統電耗的影響主要體現在高溫風機、尾排風機、頭排風機等的噸熟料電耗上。圖4為某水泥集團部分生產線的風機電耗示意，從圖4中可以看出三大風機的電耗差異巨大，高溫風機電耗最高值是最低值的兩倍以上，頭尾排風機在3倍左右。
圖4 高溫風機、尾排風機及頭排放風機單位電耗
以B線的高溫風機電耗(11.4kWh/t.cl)為例，根據風機電耗公式，P=K×Q×△P/η：粉塵負荷係數K一般介於1.02~1.04，各個生產線的差距不大；假設C1旋風筒至高溫風機入口漏風與常規生產線一致，在C1旋風筒出口氧含量5.1%和系統漏風約15%造成熱耗提高2.7kg標煤的前提下，其風量Q是常規情況(氧含量約為2%)的1.22倍；風量大幅提高後，使系統阻力隨之大幅增加，C1旋風筒出口負壓在6500Pa以上，高溫風機入口約8200Pa，風機進出口壓差△P是新線的1.5倍。不考慮風機效率可的影響，可以看出高溫風機的高電耗問題在於其風量和進出口壓差太大，使電耗提高了約83%。其中漏風是用風量大的主要原因。
煙囪的氧含量是漏風和尾排電耗的直觀表現，國內管理很好的生產線可以將氧含量控制在4%以下，一般生產線則是在7%~8%，管理較差的往往大於10%o氧含量從4%提高至8%，用風將增加30%，而提高至10%則增加近55%。這也導致了各生產線尾排電耗的巨大差距。對頭排風機的電耗影響較大的因素除了漏風影響，還有篦冷機用風、窯頭罩負壓控制等。總體而言，其電耗影響因素較多，這裡不做討論。
2.3 漏風對餘熱發電的影響
窯頭餘熱發電一般取決於系統熱耗、取風口位置、篦冷機冷卻效果等，漏風是影響因素之一。窯尾的外漏風會導致燒成熱耗有所提高，同時餘熱發電量也隨之增加；C1旋風筒出口至SP鍋爐段的外漏風會降低餘熱發電入口風溫及發電量，這段管道負壓高，漏風聲音明顯且易被發現處理；鍋爐本體漏風也會導致發電量的大幅下滑。
此外，生產中對發電量影響較大且易被忽略的漏風點為圖1中第③處百葉閥導致的內漏風，主要表現為生料磨停機時，窯尾大收塵器入口風溫高，而不得不開冷風閥降溫。廢氣管管徑一般較大，導致此處漏風量很難測准，可以利用C1旋風筒出口溫度、SP鍋爐出口溫度和高溫風機入口溫度通過熱平衡求出漏風量。表2是假設C1旋風筒出口溫度為310℃，SP鍋爐出口溫度為180°C，高溫風機入口溫度變化時對應的漏風比例及噸熟料餘熱發電量降低值。根據GB16780-2021規定，熟料單位產品綜合煤耗的計算應減去餘熱發電折算的標準煤耗，如果內漏風量為30%，將使噸熟料綜合煤耗增加0.66kg標煤。
表2 高溫風機入口不同溫度下對應的漏風量及少發電量
03
結束語
漏風治理是企業管理水平的重要體現，對於能耗異常的生產線而言，做好漏風管理是實現系統節能降耗的最佳途徑之一。好的漏風管理有助於燒成系統生產的穩定，對系統的節煤節電效果不亞於對主機設備的技術升級，應在生產中做到常態化管理。
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