水泥行業(yè)碳減排技術(shù)的應(yīng)用

9月25日由中國(guó)水泥網(wǎng)，中國(guó)混凝土與水泥制品網(wǎng)主辦，中國(guó)混凝土與水泥制品協(xié)會(huì)預(yù)拌混凝土分會(huì)支持的2014第二屆中國(guó)水泥發(fā)展論壇在浙江寧波濃重開(kāi)幕，會(huì)上中國(guó)建筑材料科學(xué)研究總院高工房晶瑞做了《水泥行業(yè)碳減排技術(shù)》的主題報(bào)告。

一.水泥行業(yè)碳減排技術(shù)—富氧燃燒

向燃燒區(qū)通入充足的氧氣，使燃料在富氧乃至純氧條件下進(jìn)行燃燒。

富氧燃燒技術(shù)優(yōu)勢(shì)：提高產(chǎn)能，最大可以達(dá)到超過(guò)20%產(chǎn)能的提高根據(jù)爐窯具體情況；產(chǎn)能提高能力在5-20%之間。提高燃燒效率，燃料節(jié)省3-5%，最大可節(jié)約10%以上。當(dāng)用替代燃料時(shí)，燃料節(jié)約效果更明顯 提高便利性最少的初期投入在合同簽訂的60天內(nèi)，達(dá)到產(chǎn)能提高的目的在于可延長(zhǎng)耐才壽命可延， 減少煙氣中的粉塵 ，提高爐窯穩(wěn)定性。

  國(guó)外水泥企業(yè)應(yīng)用富氧燃燒情況

1.燃料代替技術(shù)

替代燃料是指CO₂排放因子小于標(biāo)煤的替代燃料，標(biāo)煤CO₂排放因子為0.094kgCO₂/Mj，而廢輪胎的排放因子為0.085kg/Mj，廢玻璃鋼為0.083kg/Mj，均低于標(biāo)煤CO₂排放因子，因此使用這類(lèi)替代燃料，可以降低CO₂排放量。

對(duì)于浸漬木屑污泥木材、木材廢棄物農(nóng)業(yè)、有機(jī)織物廢棄物、生活垃圾篩上物等含100%生物質(zhì)碳，可不計(jì)入其CO2排放量，因此生物質(zhì)燃料的使用也可以降低CO₂排放量。對(duì)于廢棄玻璃鋼10%替代傳統(tǒng)燃料，其指標(biāo)如下：

減排效果：噸熟料CO₂減排量4.2kg，年減排CO₂約0.63萬(wàn)噸；經(jīng)濟(jì)效益：設(shè)備投資400-500萬(wàn)元，則投資回收期為0.25-0.31年；社會(huì)效益：廢棄物回收量11.1kg/tcl，年回收廢棄玻璃鋼1.7萬(wàn)噸；示范情況：北京水泥廠利用廢棄玻璃鋼項(xiàng)目、華新秭歸自用長(zhǎng)江漂浮物項(xiàng)目等。

燃料代替技術(shù)的運(yùn)用原理

2.污泥燃料化技術(shù)

污泥燃料化技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是：1. 工藝簡(jiǎn)單，運(yùn)行容易，循環(huán)利用污泥的蒸發(fā)蒸汽，僅排出剩余蒸汽的簡(jiǎn)單工藝；2. 對(duì)惡臭氣體容易采取相應(yīng)措施，干燥機(jī)內(nèi)為微負(fù)壓，不會(huì)有惡臭氣體漏出，惡臭氣體在熱源爐內(nèi)可以得到分解；3. 干燥熱源的多樣化蒸汽、空、低溫廢氣等熱源可以得到利用。

污泥燃料化技術(shù)運(yùn)用原理

3. 協(xié)同處置廢棄物

利用窯爐高溫特性，焚毀廢物中的有害組分，并達(dá)到綜合利用的目的。

水泥窯協(xié)同處置廢棄物流程圖[Page]

根據(jù)2006年GNR的數(shù)據(jù)，全球范圍內(nèi)水泥行業(yè)能源供給的7%是替代燃料，3%是生物質(zhì)，剩余90%是傳統(tǒng)化石燃料。2008年德國(guó)水泥工業(yè)按全國(guó)熟料熱耗計(jì)的替代燃料對(duì)化石燃料的替代率已達(dá)58%、荷蘭81%、法國(guó)34%、比利時(shí)50%、瑞典29%、捷克45%、美國(guó)24%、日本12%。

城市生活垃圾具有一定熱值，其灰渣可用作熟料燒成原料或水泥制備混合材，因此協(xié)同處置城市生活垃圾具有一定的燃料替代率和原料替代率。

減排效果：對(duì)5000t/d新型干法線，其處理垃圾量為200t/d，即處置垃圾量占總熟料產(chǎn)量4%，其燃料替代率為5-10%，原料替代率為2-4%，則年減排CO2排放量約為0.9-1.6萬(wàn)噸；

社會(huì)效益：噸熟料回收城市生活垃圾40kg，年處置垃圾量為6萬(wàn)噸；

經(jīng)濟(jì)效益：設(shè)備投資7000-12000萬(wàn)元，以政府每噸垃圾補(bǔ)貼150元，則回收期為5-12年；

示范情況：臺(tái)灣水泥有限公司，北京金隅集團(tuán)琉璃河水泥有限公司 ，安徽銅陵海螺 ，華新等。

4.國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《水泥窯協(xié)同處置固體廢物技術(shù)規(guī)范》

標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了水泥窯協(xié)同處置固體廢物的術(shù)語(yǔ)和定義、協(xié)同處置固體廢物的鑒別和檢測(cè)、處置工藝技術(shù)和管理要求、入窯生料和水泥熟料重金屬含量限值及水泥可浸出重金屬含量限值、檢測(cè)方法及檢測(cè)頻次等。

二.水泥行業(yè)碳減排技術(shù)—預(yù)燒成技術(shù)

1.預(yù)燒成技術(shù)

回轉(zhuǎn)窯中仍存在堆積態(tài)傳熱，窯尾部分生料傳熱及反應(yīng)熱量需求與熱量供給間存在矛盾，限制了熟料燒成熱耗的降低和單機(jī)窯產(chǎn)量的提高；通過(guò)提高入窯生料活性，縮短物料在窯內(nèi)的緩慢升溫，加快后續(xù)固液相反應(yīng)。

基于熟料燒成過(guò)程中多階段形成的客觀事實(shí)，提出的具有創(chuàng)新性的概念型生產(chǎn)工藝——水泥預(yù)燒成技術(shù)，以期進(jìn)一步增強(qiáng)換熱效率，提高物料反應(yīng)活性，減少回轉(zhuǎn)窯熱損失和熱負(fù)荷，建立新一代，高能效水泥窯爐工藝模型。

強(qiáng)調(diào)增強(qiáng)分解爐煅燒功能，使物料全部分解反應(yīng)及部分固相反應(yīng)在分解爐中進(jìn)行；物料入窯后直接進(jìn)行后續(xù)的固相反應(yīng)和液相反應(yīng)，提高反應(yīng)速率，增強(qiáng)有效傳熱，從而大幅度提高回轉(zhuǎn)窯產(chǎn)量，降低生產(chǎn)熱耗。

魯南中聯(lián)水泥有限公司2000t/d預(yù)分解窯爐進(jìn)行技術(shù)改造，以驗(yàn)證水泥預(yù)燒成技術(shù)理論成果及配套研發(fā)的多功能耐高溫材料。

減排效果：噸熟料CO₂削減量約為2.0-3.7 %，5000t/d生產(chǎn)線年減排CO₂約2.7-4.5萬(wàn)噸。

經(jīng)濟(jì)效益：綜合能耗降低5-10%，噸熟料運(yùn)行成本降低5.9-10.8元，設(shè)備投資3000-9000元，則回收期為1.5-9年。

三.水泥行業(yè)碳減排技術(shù)--CCUS

1.CCUS

2.ECRA

工業(yè)化應(yīng)用 2025 燃燒后捕集2030 全氧燃燒捕集成本分析（包含投資、運(yùn)輸、儲(chǔ)存）燃燒后： 50?100 €/t全氧燃燒： 40?60 €/t 。

3.水泥窯全氧燃燒技術(shù)

水泥窯全氧燃燒就是把燃料與85% ~ 100%的氧氣以及富含CO₂的循環(huán)廢氣按預(yù)定燃料比混合，將其代替空氣鼓入分解爐和回轉(zhuǎn)窯爐中助燃燃料的技術(shù)。

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四.水泥行業(yè)碳減排技術(shù)——能源管控技術(shù)

1.水泥生產(chǎn)能源管控技術(shù)

以能源為核心，通過(guò)數(shù)據(jù)采集、管理、分析和應(yīng)用對(duì)水泥生產(chǎn)實(shí)時(shí)監(jiān)控、生產(chǎn)管理、設(shè)備管理、能源管理、質(zhì)量管理等進(jìn)行信息化管理，對(duì)分解爐、回轉(zhuǎn)窯、篦冷機(jī)、粉磨系統(tǒng)等重要工段進(jìn)行智能控制，形成水泥生產(chǎn)能源管控一體化技術(shù)。

數(shù)據(jù)采集

安裝數(shù)據(jù)儀表對(duì)各種能源進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)，通過(guò)多種通訊方式傳輸?shù)侥茉磾?shù)據(jù)服務(wù)器

數(shù)據(jù)管理和分析

對(duì)海量的能源數(shù)據(jù)進(jìn)行整理和統(tǒng)計(jì)，實(shí)時(shí)對(duì)能耗進(jìn)行管理，并發(fā)現(xiàn)能耗異常情況，對(duì)能耗的各種影響因素進(jìn)行分析，自動(dòng)需找能效薄弱環(huán)節(jié)。

生產(chǎn)報(bào)表和指標(biāo)

生成幾十種報(bào)表，如：能耗報(bào)表、能源費(fèi)用報(bào)表、碳排放報(bào)表、能源成本分?jǐn)倛?bào)表、節(jié)能效果報(bào)表。生成企業(yè)所關(guān)注的關(guān)鍵能耗指標(biāo)，提升能源管理水平。

實(shí)時(shí)高效數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)

以國(guó)外主流實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)為基礎(chǔ)，結(jié)合國(guó)內(nèi)用戶(hù)的具體情況自主研發(fā)VEGOO實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)；

智能點(diǎn)檢儀技術(shù)

具有振動(dòng)、溫度信號(hào)的自動(dòng)測(cè)量與采集技術(shù)，數(shù)據(jù)錄入技術(shù)，點(diǎn)檢定位管理技術(shù)。

非線性模型預(yù)測(cè)控制技術(shù)

通過(guò)預(yù)測(cè)模型來(lái)預(yù)估過(guò)程未來(lái)的偏差值，以滾動(dòng)優(yōu)化確定當(dāng)前的最優(yōu)輸入策略

基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜過(guò)程建模技術(shù)

解決水泥生產(chǎn)過(guò)程中的大數(shù)據(jù)、多變量、非線性、大時(shí)滯、多耦合等過(guò)程建模問(wèn)題，建立精確的數(shù)學(xué)模型

基于逆向差分的不可測(cè)干擾抑制技術(shù)，預(yù)先調(diào)節(jié)操縱變量，實(shí)現(xiàn)超前調(diào)節(jié)。

五.水泥行業(yè)碳減排技術(shù)—余熱發(fā)電

1.余熱發(fā)電技術(shù)

通過(guò)余熱回收裝置——余熱鍋爐將水泥窯窯頭、窯尾排出大量的廢氣余熱進(jìn)行熱交換回收，產(chǎn)生過(guò)熱蒸汽推動(dòng)汽輪機(jī)實(shí)現(xiàn)熱能向機(jī)械能的轉(zhuǎn)換，從而帶動(dòng)發(fā)電機(jī)工作的技術(shù)。

現(xiàn)階段我國(guó)實(shí)行的純低溫余熱發(fā)電技術(shù)的熱力系統(tǒng)方案有以下三種：?jiǎn)螇合到y(tǒng)、雙壓系統(tǒng)和閃蒸系統(tǒng)。從理論上分析三種系統(tǒng)的發(fā)電效率和余熱回收效率：采用單壓系統(tǒng)，產(chǎn)生主蒸汽后的煙氣低溫廢氣余熱無(wú)法利用，導(dǎo)致窯頭預(yù)熱鍋爐的排煙溫度較高，余熱沒(méi)有得到充分利用，發(fā)電效率較低；采用雙壓?jiǎn)螛O補(bǔ)氣系統(tǒng)，可余熱按不同能級(jí)得到充分利用，發(fā)電能力最高；采用復(fù)合閃蒸系統(tǒng)其發(fā)電能力和余熱利用水平和雙壓系統(tǒng)相當(dāng)。

2.高效篦冷機(jī)熱回收技術(shù)

第三代篦冷機(jī)在冷卻效率、冷卻效果、液壓傳動(dòng)、自控系統(tǒng)等方面都有了長(zhǎng)足的進(jìn)步。

第三代篦冷機(jī)缺點(diǎn)：冷風(fēng)難于透過(guò)粉狀熟料料層，未冷卻的熟料量增多，冷卻效率低，設(shè)備事故率高，結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜。20世紀(jì)90年代末期，F(xiàn)LSmidth公司推出了推動(dòng)棒式冷卻機(jī)，篦床完全固定，篦床下安裝了機(jī)械空氣流量控制閥調(diào)整充氣和熟料層的風(fēng)量分配，以及獨(dú)立的推料單元。

3.高效煅燒技術(shù)

減排效果：多通道燃燒器一次風(fēng)用量較低，約為7%-10%，較傳統(tǒng)燃燒器低4%-11%，熟料燒成熱耗降低33-138kj/kg，即降低1-4% ，噸熟料減排CO₂約3-12kg，年減排CO₂量0.45-1.35萬(wàn)噸。

經(jīng)濟(jì)效益：采用高效燃燒器技術(shù)運(yùn)行成本降低1-4元/t熟料，增加初次投資30萬(wàn)元，則投資回收期為0.05-0.2 年。

示范情況：目前50%左右的水泥生產(chǎn)企業(yè)都采用了此技術(shù)，如魯中水泥廠等。

六.水泥行業(yè)碳減排技術(shù)—立磨技術(shù)

立磨技術(shù)

減排效果：較傳統(tǒng)圈流球磨水泥粉磨技術(shù)單位產(chǎn)品電耗40kwh/t水泥，立磨終粉磨水泥技術(shù)單位產(chǎn)品，電耗在27-35kwh/t，節(jié)電約12.5~32.5%。

經(jīng)濟(jì)效益：采用立磨終粉磨水泥技術(shù)運(yùn)行成本降低2.5-6.5元/t熟料，其投資為4000萬(wàn)元-7000萬(wàn)元，則投資回收期為3-13年。

示范情況：湖北亞?wèn)|、云南東駿、四川星船城等水泥公司。

在水泥生產(chǎn)中，傳統(tǒng)的粉磨系統(tǒng)是球磨機(jī)，而當(dāng)立磨出現(xiàn)以來(lái)，便以獨(dú)特的粉磨原理克服了球磨機(jī)粉磨的諸多缺陷 ，同時(shí)集中碎、粉磨、烘干、選粉、運(yùn)輸?shù)裙δ苡谝惑w。

第一臺(tái)立磨是上個(gè)世紀(jì)二十年代在德國(guó)研制出來(lái)的。

立磨的類(lèi)型很多，結(jié)構(gòu)和功能各有特色，但基本結(jié)構(gòu)大同小異，它們都具有傳動(dòng)裝置、磨盤(pán)、磨輥、噴口環(huán)、液壓拉伸裝置、選粉裝置、潤(rùn)滑系統(tǒng)、機(jī)殼等，其主要工作原理也基本相同。

七.水泥行業(yè)碳減排技術(shù)—原料替代

原料替代技術(shù)

通過(guò)采用電石渣、高鈣粉煤灰等含CaO的廢物替代石灰石，用于水泥熟料生產(chǎn)，可減少CO₂排放。依據(jù)替代原料成分和替代量，CO₂減排量在10~400 kg/t之間變化。假設(shè)CO₂減排量原料替代比例為30%，CO₂減排量為153 kg/t熟料。替代原料的單位價(jià)格比天然原料低50%左右，能有效降低熟料生產(chǎn)成本，增加水泥生產(chǎn)企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。應(yīng)用案例：都江堰拉法基水泥、唐山冀東、北京新北水。

專(zhuān)題：2014第二屆中國(guó)水泥發(fā)展論壇