淺談水泥廠節(jié)能技術(shù)

1、<p><b>　　淺談水泥廠節(jié)能技術(shù)</b></p><p>　　摘要：本文作者結(jié)合實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，對(duì)水泥廠節(jié)能技術(shù)措施進(jìn)行了探討，供同行參考借鑒。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：水泥廠；節(jié)能技術(shù) </p><p>　　Abstract: The authors combine practical work experience, t

2、he cement plant saving technical measures for peer reference draw.Keywords: cement plant; energy-saving technologies </p><p>　　中圖分類號(hào)：TV42+1文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：2095-2104（2012） </p><p>　　1 國內(nèi)外新型干法水泥生產(chǎn)線能耗狀

3、況 </p><p>　　目前, 國產(chǎn)裝備的大中規(guī)模新型干法預(yù)分解窯生產(chǎn)線總體技術(shù)如下: 最大生產(chǎn)線規(guī)模為10000t/d, 但絕大部分為 6000t/d 及以下規(guī)模;熟料熱耗<3180kJ/kg,先進(jìn)的低于 3010kJ/kg;水泥綜合電耗<110kWh/t,先進(jìn)的低于 90kWh/t(不摻混合材); 窯系統(tǒng)年運(yùn)轉(zhuǎn)率約 85%, 先進(jìn)的接近90%;粉塵排放量<50mg/m3(標(biāo)),先進(jìn)的小于

4、30mg/ m3 (標(biāo));業(yè)廢棄物用作原料和混合材,生產(chǎn)中低標(biāo)號(hào)的普通硅酸鹽水泥和礦渣水泥;用作燃料剛起步。 </p><p>　　我國新型干法技術(shù)雖然取得了令人矚目的成績(jī),但總體技術(shù)裝備水平仍然落后于世界先進(jìn)水平,技術(shù)最為先進(jìn)的國產(chǎn)裝備6000t/d生產(chǎn)線,其能耗、控制水平、運(yùn)轉(zhuǎn)率及可靠性方面與國外先進(jìn)水平相比仍有一定差距,應(yīng)盡快通過科研開發(fā)和技術(shù)創(chuàng)新手段提高新型干法技術(shù)水平,以節(jié)能降耗、環(huán)保、改善水泥質(zhì)量和提

5、高勞動(dòng)生產(chǎn)率為中心, 逐步實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn)和高效集約化生產(chǎn),實(shí)現(xiàn)水泥工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。我國水泥工業(yè)在高速發(fā)展過程中,存在的主要問題有: </p><p>　　1.1 結(jié)構(gòu)仍不合理,技術(shù)落后的立窯和傳統(tǒng)回轉(zhuǎn)窯的總產(chǎn)量,還占總數(shù)的38%左右,有待調(diào)整 </p><p>　　1.2 新型干法工藝裝備技術(shù)的平均生產(chǎn)水平和國際先進(jìn)技術(shù)相比,尚有較大差距,有待提高 </p><p>

6、;　　1.3 具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的原創(chuàng)性工藝技術(shù)裝備較少。 </p><p>　　2 新型干法水泥生產(chǎn)線的節(jié)能技術(shù) </p><p>　　從設(shè)計(jì)的角度來看, 新型干法水泥生產(chǎn)線的節(jié)能技術(shù)主要包括燒成系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)、粉磨系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)、廢棄物的處置和利用高效純低溫余熱發(fā)電技術(shù)等。目前，許多科研院所及設(shè)備制造廠家正在積極研發(fā)和推出新一代水泥工廠的技術(shù)裝備,其燒成系統(tǒng)主要由帶高效分解爐的新一代六級(jí)預(yù)熱

7、器系統(tǒng)、兩檔短窯、新一代步進(jìn)式穩(wěn)流高效冷卻機(jī)以及新型大推力的煤粉燃燒器等組成。粉磨系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)裝備主要是原料粉磨采用輥磨、水泥和混合材粉磨采用輥磨終粉磨或大輥壓機(jī)小球磨的聯(lián)合粉磨技術(shù)。 </p><p>　　2.1 新一代新型干法燒成系統(tǒng)節(jié)能技術(shù) </p><p>　　對(duì)于水泥工業(yè)窯爐的研究, 國內(nèi)外主要研究機(jī)構(gòu)均依據(jù)水泥熟料形成熱、動(dòng)力學(xué)機(jī)制,研究水泥窯爐工藝過程,并對(duì)各設(shè)備子系統(tǒng)工作機(jī)

8、理和料氣運(yùn)動(dòng)、換熱規(guī)律進(jìn)行探討;通過建立單級(jí)和多級(jí)粉體懸浮熱交換器熱力學(xué)理論模型和分解爐系統(tǒng)熱穩(wěn)定性理論模型,建立全系統(tǒng)的熱效率模型,系統(tǒng)研究了懸浮預(yù)熱器和分解爐的熱效率及其影響因素、懸浮預(yù)熱器系統(tǒng)特性組合流程、流場(chǎng)、溫度場(chǎng)、濃度場(chǎng)的合理分布和碳酸鹽分解及固液相反應(yīng)動(dòng)力學(xué)特性,并在此理論成果的指導(dǎo)下,開發(fā)出新型干法水泥熟料生產(chǎn)技術(shù)裝備。由新一代六級(jí)新型預(yù)熱預(yù)分解系統(tǒng)、兩檔支撐回轉(zhuǎn)窯、步進(jìn)式穩(wěn)流新型冷卻機(jī)、新型大推力的窯頭燃燒器組成新一代

9、燒成系統(tǒng),其技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)將較正常水泥生產(chǎn)線有大幅度提高,其主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)為: 熟料熱耗 2885kJ/kg(690kcal/kg); 系統(tǒng)年生產(chǎn)平均熱耗 3136kJ/kg(750kcal/kg);熟料電耗≤58kWh/t;環(huán)保要求接近國際先進(jìn)水平,NOx排放量<500mg/m3(標(biāo))。 </p><p>　　2.1.1 新一代帶高效環(huán)保分解爐的六級(jí)預(yù)熱器系統(tǒng) </p><p>　

10、　目前, 國內(nèi)常規(guī)五級(jí)預(yù)分解系統(tǒng)正常生產(chǎn)時(shí),預(yù)熱器出口廢氣的平均溫度為310～330℃,可滿足綜合水分7%原料烘干的需要。而國內(nèi)常用砂巖配料,原料綜合水分一般低于 3%,從而導(dǎo)致大量預(yù)熱器出口廢氣熱量沒有得到有效利用就排至大氣,造成整個(gè)系統(tǒng)能量的浪費(fèi)。若窯尾預(yù)熱器系統(tǒng)提升為六級(jí),預(yù)熱器級(jí)數(shù)增加,有利于系統(tǒng)熱交換,降低預(yù)熱器出口廢氣溫度。上述技術(shù)措施實(shí)施后, 預(yù)熱器出口廢氣溫度可降至≤280℃,仍可滿足原料綜合水分 4%的烘干要求,降低預(yù)

11、熱器出口溫度 30～50℃,熱耗降低約每公斤熟料83.6～104.5kJ/kg。新一代六級(jí)預(yù)熱器預(yù)分解系統(tǒng)的特點(diǎn)和關(guān)鍵技術(shù)是:通過計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)和冷態(tài)模型實(shí)驗(yàn),對(duì)窯尾預(yù)熱器系統(tǒng)氣固熱交換過程進(jìn)行研究;對(duì)提高多級(jí)熱交換效果措施進(jìn)行研究, 提高預(yù)熱器的熱交換效率,降低廢氣溫度;優(yōu)化預(yù)熱器及部件結(jié)構(gòu),降低系統(tǒng)阻力,提高熱效率;在提高換熱效率的前提下,適當(dāng)降低系統(tǒng)內(nèi)裝備高度。另外,窯尾預(yù)熱器級(jí)數(shù)增加,廢氣溫度相應(yīng)降低,廢氣排放前的噴水降溫的噴水

12、量下降, 常規(guī)的增濕塔可改為管道噴水,基建投資和生產(chǎn)用水量均有所下降,為窯尾廢氣處理袋收塵器取消增濕塔創(chuàng)造了較好的條件。 </p><p>　　2.1.2 新型大推力的煤粉燃燒器 </p><p>　　回轉(zhuǎn)窯燃燒器是燒成系統(tǒng)的重要工藝設(shè)備。它不僅影響窯系統(tǒng)的熱耗及操作性能,還對(duì)熟料質(zhì)量和有害物質(zhì)排放量產(chǎn)生影響。目前國內(nèi)外燃燒器的種類繁多, 國外公司主要為 Pil－lard、FLS、KHD

13、等,國內(nèi)則生產(chǎn)企業(yè)眾多。一臺(tái)好的燃燒器首先要有足夠高的火焰溫度生產(chǎn)質(zhì)量好的熟料;同時(shí)又要求火焰峰值溫度穩(wěn)定,以保持窯皮穩(wěn)定,延長(zhǎng)耐火磚的使用周期;火焰形狀調(diào)節(jié)靈活,保證燃料燃燒完全,減少窯尾CO的生成量; 同時(shí)燃燒器設(shè)計(jì)時(shí)盡可能降低一次風(fēng)量,以降低熱耗及減少NOx的排放。 </p><p>　　2.1.3 行進(jìn)式穩(wěn)流篦式冷卻機(jī) </p><p>　　從目前水泥熟料的冷卻技術(shù)發(fā)展來看,篦式冷

14、卻機(jī)應(yīng)是水泥熟料冷卻的主要裝備,這從國外各大水泥公司的裝備開發(fā)情況也可得知。篦冷機(jī)的發(fā)展使用目前已經(jīng)歷了所謂的四代的歷程,但總體要求是一致的:高效、節(jié)能、低消耗、低成本等。第四代冷卻機(jī)在裝備結(jié)構(gòu)及性能上有大幅提升,因此推廣應(yīng)用也是大勢(shì)所趨。新型篦冷機(jī)具有依料床變化自動(dòng)敏感地恒定冷卻風(fēng)量(設(shè)計(jì)篦板下采用 STAFF 閥)、無漏料等特點(diǎn),使冷卻機(jī)真正實(shí)現(xiàn)了高效、低故障率,其主要特點(diǎn)如下: </p><p>　　2.1

15、.3.1 較高的熱回收率,較低的能耗。 </p><p>　　2.1.3.2 模塊化設(shè)計(jì),便于施工安裝。冷卻機(jī)全部模塊化設(shè)計(jì),尺寸標(biāo)準(zhǔn)化,各部件間實(shí)現(xiàn)最大限度通用,大幅減少業(yè)主的儲(chǔ)備備件種類及占?jí)嘿Y金;模塊車間預(yù)組裝發(fā)貨,減少現(xiàn)場(chǎng)安裝難度和工作量,縮短安裝時(shí)間。 </p><p>　　2.1.3.3設(shè)備高度降低,土建費(fèi)用大幅減少。由于設(shè)備下部無漏料,不需另設(shè)收塵灰斗、漏料鎖風(fēng)裝置和鏈斗輸送

16、設(shè)備,對(duì)于 5500t/d 規(guī)模的冷卻機(jī)較第三代同規(guī)模冷卻機(jī)低3m 左右,燒成系統(tǒng)整體高度降低,窯頭、窯中、窯尾土建高度均可下降3m,冷卻機(jī)地坑工作量也可大幅降低,節(jié)約大量土建及鋼結(jié)構(gòu)投資。 </p><p>　　2.2 粉磨系統(tǒng)節(jié)能技術(shù) </p><p>　　2005 年全國水泥制造業(yè)共消耗電能 918億 kWh, 同比增長(zhǎng) 12.68%, 而同年水泥年產(chǎn)量106885 萬噸,同比增長(zhǎng)

17、9.85%。水泥綜合電耗的不降反升, 主要是因?yàn)樾滦透煞ㄋ啾壤纳仙?機(jī)械化程度的提高,這說明水泥制造業(yè)節(jié)約電能的任務(wù)非常繁重。 </p><p>　　2.2.1 料床粉磨技術(shù) </p><p>　　假設(shè)水泥中熟料的比例 80%, 生料理論料耗 1.520kg/kg 熟料,熟料熱耗 3135kJ/kg,煤熱值22990kJ/kg,則每噸水泥需粉磨生料 1.22t,需制備煤粉 0.11t,

18、即每生產(chǎn) 1噸水泥需粉磨物料 2.33t。需要的電耗按兩種情況估算: </p><p>　　2.2.1.1 水泥用圈流球磨系統(tǒng)單位電耗 40kWh/t,生料用中卸烘干磨系統(tǒng)單位電耗 22kWh/t,煤粉用風(fēng)掃球磨單位電耗 40kWh/t,合計(jì)噸水泥粉磨電耗71kWh/t,約占水泥生產(chǎn)綜合電耗 108kWh/t的66%; </p><p>　　2.2.1.2 水泥用輥壓機(jī)聯(lián)合粉磨系統(tǒng)單位電耗

19、33kWh/t, 生料用輥磨系統(tǒng)單位電耗 16kWh/t,煤粉用輥磨系統(tǒng)單位電耗 30kWh/t,合計(jì)噸水泥粉磨電耗 56kWh/t, 約占水泥生產(chǎn)綜合電耗93kWh/t 的 60%。粉磨作業(yè)綜合電耗從 71kWh/t水泥降低到56kWh/t水泥,料床粉磨技術(shù)的應(yīng)用起了主要作用。料床粉磨指的是固體物料以料床或料層的形式在粉碎機(jī)械工作面上受到高壓作用而被粉碎, 壓力使得顆粒之間相互擠壓,直到大部分顆粒發(fā)生破碎或者至少產(chǎn)生裂縫或裂紋。在料床

20、粉碎中每個(gè)顆粒都受到擠壓力或剪切力的作用, 顆粒被選擇粉碎的幾率明顯提高,粉碎機(jī)械的施力全部作用在物料上,能量利用率得到提高。 </p><p><b>　　3 結(jié)束語 </b></p><p>　　《水泥工廠節(jié)能設(shè)計(jì)規(guī)范》的頒布和實(shí)施是對(duì)國家節(jié)能減排政策落實(shí)的一項(xiàng)重大舉措,我們科研設(shè)計(jì)人員將通過不斷的技術(shù)研發(fā)和創(chuàng)新,以大幅度地降低新型干法水泥廠的熱耗和電耗為目標(biāo),實(shí)

21、現(xiàn)清潔生產(chǎn)，節(jié)約能源，來切實(shí)履行《水泥工廠節(jié)能設(shè)計(jì)規(guī)范》和實(shí)現(xiàn)國家對(duì)水泥行業(yè)的節(jié)能減排的要求,同時(shí)提高我國水泥行業(yè)的整體技術(shù)水平,逐步實(shí)現(xiàn)主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)全面達(dá)到同一時(shí)期的世界先進(jìn)水平。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn)： </b></p><p>　　[1] 胡宏泰,宋天民.濕法水泥廠節(jié)能技術(shù)改造應(yīng)考慮的幾個(gè)問題. 水泥技術(shù).2007（2）. </p&g