我國首套水泥回轉(zhuǎn)窯富氧燃燒工藝技改項目成功運行

  近日，由杭州特盈能源技術(shù)發(fā)展有限公司（下面簡稱：杭州特盈）承擔的山東莒州水泥5000t/d熟料生產(chǎn)線富氧燃燒工藝技改項目成功運行。作為我國首套水泥回轉(zhuǎn)窯富氧燃燒工藝技改項目，目前已經(jīng)獲得了8項富氧燃燒技術(shù)專利，并且實現(xiàn)了噸熟料節(jié)煤8-10kg的預(yù)定目標。

  富氧燃燒技術(shù)在國內(nèi)已經(jīng)提出多年，但一直以來應(yīng)用案例極少，究其原因，技術(shù)應(yīng)用效果參差不齊是關(guān)鍵。對此，杭州特盈總經(jīng)理蔡暉在接受中國水泥網(wǎng)采訪時表示，“制氧技術(shù)是否成熟，工藝匹配是否合理都是影響富氧燃燒技術(shù)應(yīng)用效果的關(guān)鍵。”僅僅在原有生產(chǎn)上加裝富氧裝置無法充分發(fā)揮富氧的優(yōu)勢。

  成熟合理的制氧技術(shù)不可或缺

  “國內(nèi)所有平原地區(qū)的富氧燃燒技術(shù)應(yīng)用均失敗了，要么未能達到節(jié)能效果要么節(jié)能效果不明顯，僅有的成功個案也只是在高原地區(qū)達到了接近平原地區(qū)產(chǎn)能的效果。第一個問題就處在制氧技術(shù)的選擇上?！辈虝煴硎?。

  當前，市面上制氧技術(shù)分為變壓吸附混配制氧、膜法制氧、磁法制氧、深冷直送制氧四種，四種方式各有優(yōu)劣，但是具體到水泥生產(chǎn)線上，由于水泥生產(chǎn)工藝流程復(fù)雜，燒成系統(tǒng)穩(wěn)定性極易受外界因素影響，因此要求富氧不僅僅要達到相應(yīng)的濃度，還應(yīng)實現(xiàn)恒溫、濃度可控、設(shè)備穩(wěn)定安全等要素。

  針對這些原因，蔡暉認為理論和實際證明深冷直送制氧更適合水泥生產(chǎn)線富氧燃燒工藝技術(shù)改造。與傳統(tǒng)制氧方式相比,新式深冷直送富氧燃燒技術(shù)具有直送壓力高低可調(diào)、不含水份、高溫助燃及低溫吹煤粉、純度穩(wěn)定、溫度恒定、濃度可調(diào)、能耗低、操作安全、副產(chǎn)品利用等其它方法無法比擬的絕對優(yōu)勢。

  蔡暉告訴記者：“不同的水泥生產(chǎn)線由于所處的地理位置不同，工況條件及燃料不同，對富氧的濃度有不同的要求，國內(nèi)部分案例未能達到設(shè)計目標，其中一個原因就是制氧方式不符合水泥生產(chǎn)線要求，不能提供穩(wěn)定的相應(yīng)富氧濃度。”

  工藝匹配是富氧燃燒技術(shù)應(yīng)用成敗的關(guān)鍵

  “富氧燃燒不是在燒成系統(tǒng)上加上富氧裝置那么簡單，需要對生產(chǎn)線工況有充分的了解，并且做好技術(shù)匹配工作?！辈虝熣J為，這才是富氧燃燒技術(shù)應(yīng)用成敗的關(guān)鍵所在。

  水泥生產(chǎn)線尤其是燒成系統(tǒng)的復(fù)雜性，決定了單純地增加富氧裝置并不能從根本上改善燒成系統(tǒng)環(huán)境，相關(guān)配套設(shè)備的缺陷將極大地限制富氧技術(shù)效果的實現(xiàn)。

  蔡暉：“簡單舉個例子，燃燒器是燒成系統(tǒng)的心臟，加入富氧以后煤的燃燒速度和效率都會加快，窯筒體溫度區(qū)間也會出現(xiàn)變化，如果不能根據(jù)生產(chǎn)線實際情況對燃燒器進行相應(yīng)的改進，則很難發(fā)揮富氧燃燒真正的效果。”

  當然，燃燒器僅僅是一個方面，相應(yīng)的篦冷機效率，工況環(huán)境優(yōu)化等等都不可或缺。

  據(jù)此，蔡暉將水泥生產(chǎn)線富氧燃燒工藝技改方案分成了六個階段。

  ①獨家專利技術(shù)的新式深冷法直送富氧助燃節(jié)能裝置（氧濃度為27-39可調(diào)，富氧流量75%-105%的可調(diào)）和獨家技術(shù)合作定制的專用低氮富氧助燒器以及在線火焰溫度測溫儀的設(shè)計和安裝。富氧管路分三路，第一路溫度約100度，進入窯頭燃燒器作為軸流風(fēng)和旋流風(fēng)；第二路溫度約15度作窯頭噴煤替代窯頭送煤風(fēng)羅茨風(fēng)機；第三路溫度約15度作窯尾噴煤替代窯尾送煤風(fēng)羅茨風(fēng)機。

  ②窯頭、窯尾煤粉輸送管道及喂料靴的匹配設(shè)計和改造。

  ③篦冷機的匹配設(shè)計和改造。

  ④強化預(yù)熱器換熱效果的匹配設(shè)計和改造。

  ⑤生料磨降耗改造。

  ⑥分解爐富氧分級燃燒的匹配設(shè)計和改造。

  蔡暉介紹稱，通常情況下，通過第一個階段以后富氧燃燒工藝技改的效果就能得到明顯的體現(xiàn)，水泥企業(yè)煤耗會大幅度降低，在完成之后的五個階段改進之后，富氧技術(shù)將真正與水泥生產(chǎn)線融為一體，實現(xiàn)最大限度的節(jié)能降耗。

  國內(nèi)首套水泥回轉(zhuǎn)窯富氧燃燒工藝技改項目經(jīng)驗

  山東莒州水泥5000t/d熟料生產(chǎn)線富氧燃燒工藝技改項目的成功，讓蔡暉對富氧燃燒技術(shù)如何更好的服務(wù)于水泥工業(yè)的節(jié)能降耗有了更深層次的認識。

  “我們在項目開始前就已經(jīng)認識到，富氧燃燒在水泥生產(chǎn)線的應(yīng)用是一項系統(tǒng)工程，因此我們從前期準備和后期實施都作了大量的工作，這也是為什么項目名字叫富氧燃燒工藝技改項目而不是富氧燃燒技術(shù)應(yīng)用項目的原因，我們做的不僅僅是加裝富氧裝置，更對生產(chǎn)線進行動態(tài)匹配優(yōu)化?！辈虝熢诮邮苤袊嗑W(wǎng)專訪時表示。

  長期以來，為了尋求技術(shù)上的突破，杭州特盈與西南科技大學(xué)、浙江大學(xué)、中國煤學(xué)院、德國洪堡、德國申克、西安菲斯特等相關(guān)行業(yè)企業(yè)及專家攜手合作，共同致力于富氧燃燒工藝動態(tài)匹配技術(shù)，實現(xiàn)工業(yè)窯爐和工業(yè)鍋爐的節(jié)能減排。

  這次水泥回轉(zhuǎn)窯富氧燃燒工藝技改項目得到了西南科技大學(xué)的大力支持，在實施富氧燃燒工藝改造前對該生產(chǎn)線的燒成系統(tǒng)進行熱工標定、分析診斷熱工標定的范圍：C1出口，至熟料冷卻機出口（包括生料磨用風(fēng)、余熱發(fā)電換熱）。測定期間，燒成系統(tǒng)運行平穩(wěn)，采集的數(shù)據(jù)大多數(shù)均處于正常波動范圍內(nèi)，對于波動較大的數(shù)據(jù)，采用多次測定，綜合評估、修正。

  本著嚴謹、負責(zé)、精確的精神，西南科技大學(xué)于2017年2月未投富氧系統(tǒng)前，2017年4月未投富氧系統(tǒng)前，2017年11月投富氧系統(tǒng)后依次進行了三次的燒成系統(tǒng)的熱工標定。

  在項目實施過程中，杭州特盈依據(jù)對山東莒州水泥5000t/d熟料生產(chǎn)線工況的充分了解，提供定制化的富氧燃燒工藝技改方案，并且根據(jù)項目實施進度，對生產(chǎn)線各環(huán)節(jié)做好相關(guān)匹配，以便最大限度發(fā)揮富氧燃燒工藝動態(tài)匹配技術(shù)優(yōu)勢。

  事實表明，基于成熟可靠的深冷直送富氧技術(shù)以及對水泥生產(chǎn)線的充分了解和針對性優(yōu)化，富氧技術(shù)在山東莒州水泥5000t/d熟料生產(chǎn)線得到了高效利用，噸熟料節(jié)煤幅度達到8-10Kg，后期隨著工藝和生產(chǎn)環(huán)境的持續(xù)改善，節(jié)煤幅度還會有大幅度提升。

  “這個項目原來采用合同能管原理模式經(jīng)營的科研創(chuàng)新示范項目，設(shè)備由我們提供給水泥廠并保留所有權(quán)，收益從水泥廠節(jié)能效益中提取，但是項目投運以后因為節(jié)能效果太明顯，水泥廠與我公司商議后直接將原合同的履約保證金轉(zhuǎn)作項目預(yù)付款，買斷了整個項目，這是水泥廠對我們工作成績的巨大肯定?！辈虝熖岬竭@事頗為自豪。

  富氧燃燒技術(shù)應(yīng)用還有多少潛力？

  蔡暉表示，2018年全國環(huán)境保護會議指出，要全面啟動打贏藍天保衛(wèi)戰(zhàn)作戰(zhàn)計劃。去年河南、河北等地也出臺相關(guān)文件，要求企業(yè)達到特別限制可以不用參加錯峰生產(chǎn)，而水泥回轉(zhuǎn)窯富氧燃燒工藝技改將為水泥企業(yè)節(jié)能減排工作作出重大貢獻。

  “用富氧燃燒技術(shù)達到氮氧化物的超低排放，原理比較簡單，首先燃燒方面，從技術(shù)上保證高溫區(qū)減少，后期通過煙區(qū)再循環(huán)和高溫區(qū)的還原。其次是通過燃燒器的匹配設(shè)計和整個工況的技改來實現(xiàn)超低排放。”當然，富氧燃燒技術(shù)的首要目標還是節(jié)能，蔡暉提到富氧燃燒技術(shù)的節(jié)能效益主要有：

  1.節(jié)煤率可達8-15%的效益

  2.磨煤電耗x電價x年節(jié)原煤計算年可節(jié)約的電費

  3.水泥熟料抗壓強度提高的經(jīng)濟效益。

  4.增產(chǎn)管理費的下降及銷售效益

  5.余熱發(fā)電增加及副產(chǎn)品液氮銷售的效益

  6.按爐窯每公斤中質(zhì)煤實際煙火量8.17Nm3折算年可降低的煙氣減排效益。按照1kg標準煤=2.5kg-CO2折算年可降低的二氧化硫減排效益?！?

  采用富氧熟料煅燒綜合技術(shù)后，在接近海平面海拔位置，日產(chǎn)5000t/d預(yù)分解窯水泥熟料生產(chǎn)線，產(chǎn)量從6100t/d提高到6550t/d，平均標煤耗從110.60kgce/t.cl降低到103.61kgce/d，若投富氧之后熟料出口溫度與未投富氧相當，則標煤耗應(yīng)降低8.43 kg/t.cl。

  篦冷機大修后，進一步提高三次風(fēng)溫度，降低出篦冷機熟料溫度，煤耗還可進一步降低。

  蔡暉還表示，當前的成績離富氧燃燒技術(shù)的極限效果還有不少的距離。未來杭州特盈準備投入大量資金建立研發(fā)實驗室，不光燒煤粉，還要燒天然氣，并且在水泥工藝改進方面持續(xù)跟進。

  蔡暉自信的表示，“我們杭州特盈未來的目標是，通過富氧燃燒工藝動態(tài)匹配技術(shù)將水泥生產(chǎn)線綜合節(jié)能效益達到15-30%，并且有效控制氮氧化物生成，最大程度降低水泥企業(yè)環(huán)保和能耗成本。