賈華平：2023低碳讓富氧再次熱燃

隨著水泥行業(yè)綠色低碳發(fā)展步伐的推進(jìn)，富氧燃燒作為一種能夠有效提升燒成系統(tǒng)能效，降低碳排放的技術(shù)手段，收到業(yè)內(nèi)越來越多的關(guān)注。

近日，中國水泥網(wǎng)高級顧問賈華平就富氧燃燒技術(shù)在水泥行業(yè)的應(yīng)用做了詳細(xì)介紹。

一、早期5000TPD水泥窯富氧效果

1、遼寧某公司不設(shè)制氧系統(tǒng)案例：

該公司5000TPD生產(chǎn)線由于煤磨產(chǎn)能不足，煤粉細(xì)度過粗，希望通過富氧助燃改善對粗煤粉的適應(yīng)性。該公司沒有建設(shè)富氧系統(tǒng)，簡單購買附近鋼廠的富氧氣體，2016年7月2日完成了富氧配套改造，并投入富氧煅燒。

該公司試驗了不同引入部位和不同富氧濃度的效果，在二次風(fēng)中摻入富氧、在分解爐供煤風(fēng)中摻入富氧均為獲得明顯效果，只有在一次風(fēng)中加入富氧有效果。在一次風(fēng)中加入富氧，進(jìn)行了不同富氧濃度對燒成系統(tǒng)的影響試驗。試驗結(jié)果表明: 最佳的富氧濃度在27%-30%之間，臺時產(chǎn)量提高了9%，煤耗降低9.41%，電耗降低14.01%。

2、河南某公司膜法制氧系統(tǒng)案例：

該公司5000tpd生產(chǎn)線采用MZYR-12000型膜法制氧系統(tǒng)富氧煅燒，氣體的富氧濃度為29%±2％,富氧氣體流量為12000±200Nm3/h。

該公司最初采用① 頭煤一次風(fēng)機(jī)入口；② 尾煤送煤風(fēng)機(jī)入口兩個富氧引入點，后因尾煤引入沒有效果而停用，最終采用頭煤一次風(fēng)機(jī)入口引入。2012年11月25日水泥窯富氧煅燒投入正式運(yùn)行。從2012年11月25日正式投入運(yùn)行，至2013年1月9日停窯檢修，連續(xù)45天的富氧運(yùn)行，平均日產(chǎn)熟料提高約200d左右，平均節(jié)煤率為10.73%。

3、山東某公司深冷制氧系統(tǒng)案例：

該公司5000tpd生產(chǎn)線海拔較低、接近于海平面，以2017年2月18日～2月28日對燒成系統(tǒng)的熱工標(biāo)定為基礎(chǔ)，配套設(shè)計了深冷法富氧系統(tǒng)。

遺憾的是還沒有調(diào)到最佳工況，窯頭燃燒器就出現(xiàn)了內(nèi)管磨穿問題，燒成工況開始明顯惡化，只好于2017年12月1日～12月5日進(jìn)行了富氧煅燒的效果標(biāo)定。在生產(chǎn)系統(tǒng)不盡理想的情況下取得了不錯的效果，應(yīng)該說還有潛力可挖：生產(chǎn)能力提高了7%，實物煤耗降低了12.17%，標(biāo)準(zhǔn)煤耗降低了15.85%。

4、安徽某公司深冷制氧系統(tǒng)案例：

國內(nèi)水泥行業(yè)著名的大型集團(tuán)也開始了嘗試富氧煅燒，于2020年9年25月在其分公司的一條5000tpd生產(chǎn)線上，以一次風(fēng)形式將富氧空氣引入頭煤燃燒器，投運(yùn)了深冷法富氧系統(tǒng)。

據(jù)有關(guān)現(xiàn)場人員的初步試驗消息：燒成系統(tǒng)的產(chǎn)量平均提高了12.28%，標(biāo)煤耗降低了8～9 kg標(biāo)煤/t熟料。該集團(tuán)公開報道的富氧效果：“窯況更加穩(wěn)定，窯皮穩(wěn)定均勻，窯電流顯著降低，富氧燃燒降低空氣過剩系數(shù)，降低煙氣生成量，C1出口廢氣量減少”，“燒成系統(tǒng)熱效率提高，用風(fēng)量減少，系統(tǒng)阻力降低；燒成系統(tǒng)煤耗降低約5kg.ce/t.cl；計入制氧系統(tǒng)電耗，熟料綜合電耗升高約1.5～2kWh/t.cl。”

需要說明的是，以上采納的所有信息都是我認(rèn)為靠得住的非官方信息，這些信息時效性強(qiáng)、針對性更強(qiáng)、能更好的揭示問題，有時候可能比官方信息、比較長時間的平均值更有參考價值。

什么是科學(xué)研究?就是通過改變環(huán)境條件 (工況)，尋求可能偶然出現(xiàn)的亮點(包括瞬間的閃點)，分析這些亮點產(chǎn)生的條件，再努力為亮點的持續(xù)穩(wěn)定創(chuàng)造條件，星星之火就可以燎原！實際上，對技術(shù)進(jìn)步和系統(tǒng)優(yōu)化來講，一時的亮點對結(jié)局的影響雖然有限，但針對性更強(qiáng)、能更好的揭示問題，反而比成功后的熊熊烈焰更有價值。對于一個優(yōu)秀的企業(yè)，不僅要重視故障、總體劣績的分析更要重視亮點、局部優(yōu)勢的分析，才能不斷進(jìn)步!

二、近期投運(yùn)的水泥窯富氧公司概述

搞水泥生產(chǎn)的都知道，3%以下的節(jié)煤率未必屬于富氧效果，通過操作優(yōu)化、管理優(yōu)化也是有可能的，這在助磨劑、助燃劑的試驗和使用中都有過切身體驗。你可能認(rèn)為，以上案例都是個案、都有其特殊性，而且很難說其試驗方案沒有漏洞、標(biāo)定結(jié)果沒有人為干擾。

那好，我們就來回答這個問題：

江蘇某股份制民企，采用膜法富氧，2020年對其一線2500 t/d線進(jìn)行了富氧煅燒技改；2021年對其二線5000t/d線進(jìn)行了富氧技改；2022年又對其三線5000t/d線進(jìn)行了技改。

那么，這三臺窯富氧改造的效果如何呢？毋庸諱言，業(yè)主與富氧商的說法并不一致，而且各有說詞。為此，2023年3月份我去作了一次考查，雙方都認(rèn)可6～7%的節(jié)煤率。一項技術(shù)改造不僅是節(jié)煤問題，總體上要對企業(yè)有利，持續(xù)的進(jìn)行已經(jīng)說明了問題，具體數(shù)字已經(jīng)不重要了！不管節(jié)煤率多少，一個民企在一個廠區(qū)內(nèi)，連續(xù)3年改了3臺窯，而且還帶動附近的臺泥廠也進(jìn)行了富氧改造。這是從來沒有過的現(xiàn)象，你說有沒有效果呢？

以下分別是4個膜法富氧系統(tǒng)的現(xiàn)場照片：

除了江蘇鎮(zhèn)江句容的幾條線外，北方又一條5000t/d線投入富氧煅燒：承德金隅的5000t/d線，經(jīng)改造已提升到7000t/d以上，由于焚燒固廢導(dǎo)致窯況波動很大，為了緩解固廢對燒成的影響，20230515投用了富氧煅燒。三個多月的運(yùn)行表明，臺時產(chǎn)量提高50多t，節(jié)煤約6%，熟料強(qiáng)度提高1個多MPa，有效改善了固廢對燒成的影響。

為了降低投資和加快進(jìn)度，承德金隅沒有建設(shè)制氧系統(tǒng)，購買附近承鋼的制氧廠氧氣（含氧量＞90%），加入空氣淡化為富氧（氧含量約29%）后使用。富氧風(fēng)用量大致6000m3/h，分兩個部分入窯：一是一次風(fēng)的凈風(fēng)，二是篦冷機(jī)的固定蓖床供風(fēng)。由于承德金隅不是制氧廠的主要用戶，當(dāng)氣源緊張時供氣不太穩(wěn)定，雙方正在協(xié)調(diào)解決。

三、關(guān)于水泥窯富氧煅燒的辯證思維

研究表明：富氧煅燒能提高燃料煤的活性，進(jìn)而提高煤的燃燒速度、提高其燃盡率；富氧煅燒能降低煤的燃點，提高燃燒的集中度和火焰強(qiáng)度，進(jìn)而減少燃燒的邊際損失，增加燃燒熱量的利用率；富氧煅燒能提高火焰絕對溫度，進(jìn)而提高燃燒溫度、減少傳熱過程的?損失；富氧煅燒能提高火焰黑度，進(jìn)而提高輻射強(qiáng)度和強(qiáng)化輻射傳熱，在水泥回轉(zhuǎn)窯內(nèi)輻射是主要的傳熱方式；富氧煅燒還能減少燃燒后的排氣量，降低煙氣帶走的熱量。

有專家擔(dān)心，對于定型的預(yù)熱器系統(tǒng)降低風(fēng)量未必是好事，但為什么要降低風(fēng)量呢？提高產(chǎn)量不正是我們需要的嗎！在中國的水泥行業(yè)，富氧煅燒至少在理念上是被多數(shù)人認(rèn)可的。但是，在2011年至2014年期間，據(jù)筆者不完全統(tǒng)計，小至700t/d窯、大到5000t/d窯，先后有十多家水泥公司參與了富氧煅燒試驗，為什么就沒有發(fā)展起來呢？

由于各生產(chǎn)線的情況不同、提供富氧煅燒技術(shù)的公司不同、富氧制備工藝不同、富氧助燃方案不同，各公司的試驗裝備、人員素質(zhì)、方式方法難說認(rèn)真，試驗結(jié)果可謂千差萬別，一時難有定論、懷疑四起、褒貶不一，包括一些專家的信口開河，高潮一退又偃旗息鼓了。

特別是，富氧煅燒還曾作為 “十二五” 國家科技支撐計劃、并且已經(jīng)啟動，但后續(xù)呢？遺憾的沒了后續(xù)，對富氧煅燒的持續(xù)發(fā)展造成了很大影響。

富氧燃燒作為近代燃燒技術(shù)的一大突破，在鋼鐵、玻璃等行業(yè)的成功，已經(jīng)充分證明了其在強(qiáng)化燃燒、提高燃燒效率，推動節(jié)能減排方面的功效。為什么水泥行業(yè)就不行呢？我們已經(jīng)習(xí)慣了“常氧”煅燒，在高原地區(qū)也適應(yīng)了“貧氧”煅燒，形成并固化了一套管理模式和操作經(jīng)驗。但我們沒有用過“富氧”煅燒，需要重新探索，需要辯證思維打破傳統(tǒng)觀念的束縛、重新審視和修正已有的模式和經(jīng)驗。

創(chuàng)新需要容忍失敗、研究需要堅忍不拔，理論來之于實踐，又總是被實踐修正。 —— 創(chuàng)新的歷史反復(fù)證明，在多數(shù)人山窮水盡之后，往往會迎來少數(shù)人的柳暗花明！

作為拋磚引玉，需要辯證思維打破傳統(tǒng)觀念的束縛，重新審視和修正的不僅包括：提高煅燒溫度不一定就增加NOx；降低煤耗不一定要引入新的熱能；窯頭的一把火不一定是越亮越好；增加管道長度不一定就增大阻力；增加電耗不一定會增加系統(tǒng)能耗；系統(tǒng)投資不一定需要你占用資金；超短窯未必就沒有富氧節(jié)能的潛力。

這一系列的“不一定”不是憑空想象的，都有確切的事實依據(jù)，需要我們用辯證思維打破已有經(jīng)驗的束縛，從根本上分析相關(guān)“不一定”的原因，找到并采取相應(yīng)的措施，才能讓結(jié)果向有利的方向發(fā)展。

對于水泥窯的富氧煅燒來講，富氧不是關(guān)鍵，只是要求可靠的設(shè)備運(yùn)行、穩(wěn)定的氣體含氧量，富氧系統(tǒng)已經(jīng)在多個行業(yè)有了多年的發(fā)展，富氧技術(shù)已經(jīng)相對成熟，無非就是個建設(shè)投資和運(yùn)行成本問題；關(guān)鍵是煅燒，“煅燒”是水泥生產(chǎn)方的專業(yè)和職責(zé)，缺經(jīng)驗應(yīng)該自己去摸索、去總結(jié)，不能將富氧效果推給富氧商。隔行如隔山嘛，富氧商的擅長是制氧，他們對水泥煅燒能有什么比你更好的辦法呢？

四、富氧煅燒再超短窯生產(chǎn)線的運(yùn)行情況

江蘇某公司1#窯生產(chǎn)線：該生產(chǎn)線由KHD公司設(shè)計，回轉(zhuǎn)窯采用?5.2 × 61米超短窯，分解爐為雙爐?5.6 x70米，設(shè)計能力為5250t/d熟料。

2022年，該生產(chǎn)線采用膜法富氧系統(tǒng)進(jìn)行了節(jié)能改造，富氧項目的工藝流程圖如下：

項目于2022年2月10日正式投入運(yùn)行，并取得了較好的節(jié)能效果，系統(tǒng)至今運(yùn)行正常、性能穩(wěn)定。

驗收結(jié)論：

該公司一線窯“膜法富氧局部增氧助燃節(jié)能系統(tǒng)投運(yùn)后系統(tǒng)自身運(yùn)行正常穩(wěn)定，富氧流量穩(wěn)定在6000Nm3/h 以上，富氧空氣濃度在29±2％，空氣中灰塵去除率達(dá)到99.9％，達(dá)到設(shè)計性能要求；窯燒成運(yùn)行也更加穩(wěn)定，噸熟料標(biāo)煤耗降低4.16kg(4.16％)，NOx 排放與氨水用量與改造前基本持平；各項指標(biāo)均達(dá)到合同指標(biāo)要求, 驗收合格?！?/p>

應(yīng)該說，國內(nèi)第一臺超短窯的富氧煅燒改造是成功的，而且改造效果獲得了該公司的充分認(rèn)可，該公司已經(jīng)在謀劃二線窯的改造了。應(yīng)該說，這個改造效果還沒有到頂，還有兩項措施沒有采用，頭煤的送煤風(fēng)還沒有用富氧、富氧還是采用常溫供氣，這兩項節(jié)煤措施將用于該公司的二線窯改造，相信會取得更好的效果，讓我們拭目以待。

五、又一條5000TPD線富氧項目開工建設(shè)

2023年5月8日，微山山水水泥有限公司5000t/d水泥窯，經(jīng)過認(rèn)真的調(diào)研分析，在資金相對緊張的情況下，為了進(jìn)一步提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，降低煤耗和生產(chǎn)成本，減少有害物質(zhì)對環(huán)境的污染，增強(qiáng)企業(yè)的競爭力和市場占有率，開工了膜法富氧煅燒項目建設(shè)，計劃10月份投運(yùn)。讓我們祝福他們的改造取得圓滿成功！祝賀中國水泥行業(yè)又一條5000t/d水泥窯開啟富氧時代！