预热器系统改造对水泥窑提产降耗的影响

  预热器系统改造对水泥窑提产降耗的影响

邓亮

（新疆天山水泥有限责任公司  乌鲁木齐  830000） 

摘要：作为现代工业发展的一个重要组成部分，水泥生产的效率与能耗问题一直备受关注。作为水泥窑热交换的关键设备，预热器系统的好坏直接关系到窑炉的热效率及综合成本。因此，通过改造预热器系统，不仅可以提高水泥窑的生产能力，而且可以有效地降低能耗，从而降低生产成本，增强市场竞争能力，所以探究预热器系统改造对水泥窑提产降耗的影响及方法为当前相关行业的热议话题。

关键词：预热器；系统改造；水泥窑；提产降耗

近几年来，在环保政策日趋严格、能源价格持续上涨的背景下，各大水泥生产企业都在积极寻求高效节能的生产模式。在这样的大背景下，对预热器系统进行改造已成为提高其综合性能的一项重要措施，一方面，优化预热器系统可提高换热效率，从而提高熟料产率；另一方面，改造后的预热器系统能充分利用废热，降低煤耗、尾气排放，达到节能减排的目的，因此，探究预热器系统改造对水泥窑提产降耗的影响有重要意义。

一、预热器系统改造对水泥窑提产降耗的影响

通过对预热器系统进行优化，可以大大提高换热效率，使原料在进入回转窑之前得到较充分的加热，从而降低回转窑的耗煤量，这样不仅可以减少能源消耗，而且可以减少燃烧时的温室气体排放量，有利于环保。此外，优化后的预热器能更好地向物料传递热量，提高预热效率，使物料进入窑后达到理想的温度状态，这一改进直接影响了熟料的烧成速度，提高了整个生产线的出材率。另外，对预热器系统进行改进，可以提高原料的均匀度与稳定性，降低由温度波动引起的品质问题，从而提高水泥产品的品质，增强市场竞争力[1]。通过优化用能，降低耗热量，改造后的预热器系统，可大幅度降低熟料单位熟料能耗，这不但可以直接降低燃料费用，而且可以延长设备的寿命，减少维修及更换费用。提高预热器系统的运行效率，还可以降低其它设备的负荷，降低整个生产系统的能源消耗，引进先进的控制技术及检测设备，可对预热器进行实时监测与调节，保证预热器工作在最佳状态，改进后，系统运行稳定，安全可靠，可减轻工人劳动强度，提高生产效率。

二、基于水泥窑提产降耗的预热器系统改造有效策略

（一）优化气体流动路径

    通过调整各级旋风筒布置方式、优化导气板设计、保证气流均匀、稳定，可大幅提升系统综合性能[2]。对各级预热器的布置进行调整是优化气流路径的一个重要步骤，旋风筒是预加热系统中固体颗粒与气体分离的主要装置，它的布置直接关系到气流的均匀与稳定。传统的空气预热器一般都是在同一平面上布置，造成气流通道复杂而不均匀，对旋风筒的布置进行了优化，使其垂向阶梯状布置，可有效降低气流阻力，提高气流效率，如可将旋风筒进口与出口设置不同高度，使气流逐级下降，降低气流紊动程度，降低能耗。为了提高预热器的效率，对导风板的优化设计也起到了一定的作用，气体偏流板主要起到引导气流方向、减小气流阻力、降低气流扰动的作用。传统的导气装置存在着导流效果差、气流通道不均匀等问题，可影响系统的整体效率，改进导流板设计，可有效地改善气流的均匀性与稳定性。如采用流线型的导流板，可使气流方向保持稳定，降低气流湍流度，降低能量损耗，另外，偏流板的材质也很重要，可选用耐高温、耐腐蚀性的材料，以确保其在高温环境中长时间稳定工作。此外，可利用计算流体动力学（CFD）技术对气流路径进行优化，计算流体力学（CFD）是一种以计算机为基础，对气体流动与传热过程进行模拟的技术。利用计算流体力学方法，对预热炉进行详细的数值模拟与分析，找出最佳的气流路径。如采用 CFD方法，可分析不同旋风筒布置方式、导流板设计等因素对气流的影响，找出最佳设计方案，此外，计算流体力学技术还可应用于不同工况下气体流动模拟，为工程人员优化预加热系统运行参数、提高系统效率提供技术支持。

（二）引入先进的热能回收技术

    利用废热锅炉、换热器等余热回收设备，可显著提高系统能量利用率，该装置可对水泥窑排出的高温烟气进行高效回收，并对原料进行预热或生成蒸汽发电，达到节能降耗、提高生产效率的目的[3]。可考虑将废热锅炉安装在水泥窑预热系统中，废热锅炉是利用高温烟气余热，将热水加热产生蒸汽的一种装置，在此过程中，排出的废气流经废热锅炉的管路，向给水输送热量，形成高压蒸汽，这样既可降低废气温度，又可降低环境热污染，又可为后续过程提供有价值的蒸汽资源。以某大型水泥企业技改工程为例，采用废热锅炉，其热效率达85%以上，该系统可将废气温度由800℃降至200℃，回收的热能可产生20吨高压蒸汽/小时，这些既可供水泥窑余热，也可供汽轮机发电。改造后，该厂每年可节省标煤2000多吨，年发电量500多万度，大大降低了能耗，降低了生产成本。另外，换热器在预热器改造中也起着重要作用，换热器是一种新型的热交换设备，它能把尾气中的热量输送到原料或其它介质中，从而达到二次能源利用的目的。为了保证热交换的有效性和安全性，热交换器需要非常专业的设计和安装，在实际应用中，通常采用板式换热器和管式换热器，这两种换热器各有优势，应根据具体工艺要求及现场情况进行选用。此外，热电联产技术也是一种先进的热能回收方式，热电联产是一种利用废热发电，同时为生产过程提供电能的一种方法，该工艺可最大限度地利用水泥窑废热资源，提高能源利用效率。如某大型水泥厂采用热电联产系统，利用水泥窑排出的高温烟气发电，同时发电直接供厂用电，使厂用电自给率高达50%，此外余热还可用于原料预热、烘干等其它工序，从而进一步降低能耗。

（三）智能控制和优化运行

    采用先进的自动控制系统，实现了预热器温度、压力、流量等重要参数的实时监控，如在预热器进口加装温度传感器，可对进入预热器的原料温度进行精确测量，进而调节预热器进口热气流，保证原料在最优温度范围内加热。另外，在预热器出口处加装压力传感器，可对系统压力的变化进行实时监控，及时调节排气阀开度，保证系统稳定运行。同时，可引入人工智能、大数据分析等技术，实现更高水平的智能化控制，这些技术的应用，可为预测和优化预热器系统的运行状况提供了依据[4]。如根据分解炉的历史数据，可建立分解炉系统数学模型，并对系统各工作状态进行预测，同时根据预测结果对系统参数进行调整，可避免异常现象的发生，从而提高系统的稳定性与可靠性。此外，利用机器学习算法分析预热系统的运行数据，发现系统运行规律及发展趋势，如通过对预热器中材料温度变化的分析，可对未来一段时间内材料温度的变化进行预测，进而提前调整余热流量，保证物料在最优温度区间内加热。此外，还可通过分析系统压力的变化，预知系统压力脉动，提早调整排气阀的开度，以避免系统过压及欠压之现象发生。

结束语

综上所述，预热器系统的改造是提高水泥窑产量、降低能耗的重要措施，通过优化用能效率，降低能耗，不仅可以降低生产成本，而且可以有效地提高生产能力，给企业带来明显的经济效益，同时，新工艺、新材料的应用，有力地促进了行业技术进步，值得推广。未来，随着技术水平的不断提高以及环境保护要求的提高，对预热器系统进行优化，实现智能化管理，是水泥工业可持续发展的重要方向。

参考文献

[1]强发泰,杨晓乾,潘存鹏,马吉丰.高海拔地区水泥窑系统节能降耗改造实践[J].水泥,2022,(02):47-49.

[2]杨蒙,曹海涛,赵婷婷.有害组分影响水泥生产的优化控制策略[J].中国水泥,2021,(05):90-92.

[3]陈廷伟,彭学平,臧建波,刘万平,董蕊.2500t/d水泥熟料生产线预热器系统技术改造[J].水泥技术,2020,(03):17-20.

[4]匡祉桦,钟永超,崔恒波.预热器系统改造对水泥窑提产降耗的影响[J].中国水泥,2020,(04):103-105.