为什么理论计算的预热器出口烟气量要比实测值小很多？-贵州科威
为什么理论计算的预热器出口烟气量要比实测值小很多？-贵州科威
这次水泥网主办的“第九届中国水泥节能环保技术交流大会暨水泥‘双碳’大会”上，齐教授讲到了目前实测的预热器出口烟气量要比理论烟气量大很多，比如实测的预热器出口烟气量通常在1.35 Nm3/kgcl以上，但是在单位熟料标煤耗只有100 kg/tcl左右的情况下，理论的烟气量只有1.2 Nm3/kgcl左右。为什么实测烟气量和理论烟气量会有这么大的差距？
现有技术已可以对预热器出口烟气量进行在线测量。如果能够弄清楚了上面的问题，那么通过在线测量的预热器出口烟气量就可以间接反映系统热耗、熟料成分等参数的变化。
1. 预热器出口的理论烟气量
不过在这篇文章里面忽略了很多参数，比如生料中的水分（包括外水和内水）、生料中的可燃物释放的烟气量等。
总体来说，熟料产生的烟气量主要来源于以下六个部分：
①燃料燃烧产生的烟气量
②生料中碳酸盐（CaCO3和MgCO3）分解产生的CO2
③生料中外水和内水释放的水蒸汽
④系统的漏风量，包括空气中的水分（可以通过烟气成分进行计算）
⑤生料中可燃物质燃烧产生的烟气量
⑥喷入系统中的水分产生的烟气量
其中，根据一般水泥厂的情况，我们假定：生料中外水含量为0.4%，内水含量为0.7%，熟料CaO含量65%，MgO含量2%，C1出口O2含量2%，生料中可燃物带入热量8 kcal/kgcl，煤粉工业分析、元素分析和热值如下，其中发热量单位是kcal/kg。
那么每一部分的烟气量计算结果如下：
① 煤粉燃烧产生的烟气量。根据上面表格所示元素分析，单位煤粉燃烧理论烟气量为1.158 Nm3/1000 kcal，需要的理论空气量为1.106 Nm3/1000 kcal。如果单位熟料的标煤耗为700 kcal/kgcl，预热器出口过剩空气系数约为1.15，那么煤粉燃烧产生的烟气量（包括④系统漏风量）为0.7×[1.158+(1.15-1)×1.106] = 0.927 Nm3/kgcl。
②生料中碳酸盐分解产生的CO2。在此假设熟料中的MgO都是MgCO3分解得到的（这个其实不一定，比如MgO可能会和一些硅酸盐结合），在此情况下产生的CO2量为：(650/56+20/40)×0.0224 = 0.282 Nm3/kgcl。
③生料中外水和内水释放的水蒸气量。这个就和C1分离效率、热耗和煤灰含量直接挂钩了，因为会影响到料耗系数。在此假设C1分离效率为95%，那么在假设热耗和煤灰含量下，料耗系数为1.625 kg生料/kg熟料。（因为煤耗低、煤灰掺量小，导致料耗系数大）。此时，外水和内水产生水蒸气含量为：1.625×(0.4%+0.7%)/18*22.4 = 0.022 Nm3/kgcl。
④系统漏风量，包括带入的水分已经在①中考虑了（考虑的相对湿度为75%，环境温度15℃，海拔15 m）。
⑤生料中可燃物质带入热量产生的烟气量。假定8 kcal/kgcl的带入全部为生料中的有机碳，此时这部分有机碳产生的烟气量为1.625×0.062%/12×22.4 = 0.002 Nm3/kgcl。
⑥喷入系统中的水分产生的水蒸气量。这个主要是指SNCR喷入氨水的情况，对于单位熟料氨水用量为2.5 kg/tcl的企业来讲，单位熟料带入的氨水蒸发产生的水蒸气量为0.002 Nm3/kgcl；同时，NH3的带入最终也会变为烟气，对于通常的SNCR反应， 4NO+4NH3+O2 → 4N2 + 6H2O ，此时4个NH3的带入对应的烟气量为10个，这部分的烟气量同样是0.002 Nm3/kgcl，两者相加为0.004 Nm3/kgcl。
将上述数据全部相加，所得单位熟料烟气量为：0.927+0.282+0.022+0.002+0.004 = 1.237 Nm3/kgcl。
2. 导致预热器出口理论烟气量和实测烟气量相差较大的原因
该烟气量的数据与通常情况下检测到的1.35 Nm3/kgcl，甚至1.4 Nm3/kgcl相差甚远。那么是什么导致理论和实测烟气量数据相差如此大的呢？
首先，很多企业的标煤耗根本达不到100 kg/tcl，即使达到了也是通过添加一些可燃物质达到的，此时生料带入的热量就不是8 kcal/kgcl了，也同样会产生更多的烟气量。简单计算下，当单位熟料标煤耗为105 kgce/tcl时，预热器出口的烟气量就会增加至0.05 Nm3/kgcl。
其次，烟气量并不容易测准，尤其是在粉尘含量比较高的情况下。皮托管的口非常容易堵塞，一旦迎风口发生轻微堵塞后，就会导致测出来的数据偏大，引起测量误差。同时，对于一个圆形截面，因为速度分布并不均匀，也不一定能够测量准确。
再次，理论计算还是没有考虑部分可能的烟气量。比如C1出口的窑灰可能存在部分分解的情况，当窑灰不入窑的时候其分解产生的CO2也需要考虑到理论烟气量中（当窑灰入窑的时候，相同情况下预热器出口的烟气量会降低）；除此，部分SO2、NOx、Cl等，最终对结果也会造成一些影响。
总之，在其它因素相对比较确定的情况下，当检测到单位熟料烟气量增加时，很可能的原因是单位熟料热耗升高、过剩空气增加引起的。比如，当熟料结粒变差，篦冷机热损失增加，烧成系统热耗增加，进而导致预热器出口烟气量增加，此时预热器出口的烟气热损失也会更大，导致单位熟料热耗更高，如此反复，最终达到一个平衡。生产总是一个动态平衡的过程。