水泥新突破！我国首套回转窑富氧燃烧工艺技改项目成功运行
杭州中建科技水泥分享2018-04-14 03:54
近日，由杭州特盈能源技术发展有限公司（下面简称：杭州特盈）承担的山东莒州水泥5000t/d熟料生产线富氧燃烧工艺技改项目成功运行。作为我国首套水泥回转窑富氧燃烧工艺技改项目，目前已经获得了8项富氧燃烧技术专利，并且实现了吨熟料节煤8-10kg的预定目标。
富氧燃烧技术在国内已经提出多年，但一直以来应用案例极少，究其原因，技术应用效果参差不齐是关键。对此，杭州特盈总经理蔡晖在接受中国水泥网采访时表示，“制氧技术是否成熟，工艺匹配是否合理都是影响富氧燃烧技术应用效果的关键。”仅仅在原有生产上加装富氧装置无法充分发挥富氧的优势。
成熟合理的制氧技术不可或缺
“国内所有平原地区的富氧燃烧技术应用均失败了，要么未能达到节能效果要么节能效果不明显，仅有的成功个案也只是在高原地区达到了接近平原地区产能的效果。第一个问题就处在制氧技术的选择上。”蔡晖表示。
当前，市面上制氧技术分为变压吸附混配制氧、膜法制氧、磁法制氧、深冷直送制氧四种，四种方式各有优劣，但是具体到水泥生产线上，由于水泥生产工艺流程复杂，烧成系统稳定性极易受外界因素影响，因此要求富氧不仅仅要达到相应的浓度，还应实现恒温、浓度可控、设备稳定安全等要素。
针对这些原因，蔡晖认为理论和实际证明深冷直送制氧更适合水泥生产线富氧燃烧工艺技术改造。与传统制氧方式相比,新式深冷直送富氧燃烧技术具有直送压力高低可调、不含水份、高温助燃及低温吹煤粉、纯度稳定、温度恒定、浓度可调、能耗低、操作安全、副产品利用等其它方法无法比拟的绝对优势。
蔡晖告诉记者：“不同的水泥生产线由于所处的地理位置不同，工况条件及燃料不同，对富氧的浓度有不同的要求，国内部分案例未能达到设计目标，其中一个原因就是制氧方式不符合水泥生产线要求，不能提供稳定的相应富氧浓度。”
回转窑
工艺匹配是富氧燃烧技术应用成败的关键
“富氧燃烧不是在烧成系统上加上富氧装置那么简单，需要对生产线工况有充分的了解，并且做好技术匹配工作。”蔡晖认为，这才是富氧燃烧技术应用成败的关键所在。
水泥生产线尤其是烧成系统的复杂性，决定了单纯地增加富氧装置并不能从根本上改善烧成系统环境，相关配套设备的缺陷将极大地限制富氧技术效果的实现。
蔡晖：“简单举个例子，燃烧器是烧成系统的心脏，加入富氧以后煤的燃烧速度和效率都会加快，窑筒体温度区间也会出现变化，如果不能根据生产线实际情况对燃烧器进行相应的改进，则很难发挥富氧燃烧真正的效果。”
当然，燃烧器仅仅是一个方面，相应的篦冷机效率，工况环境优化等等都不可或缺。
据此，蔡晖将水泥生产线富氧燃烧工艺技改方案分成了六个阶段。
①独家专利技术的新式深冷法直送富氧助燃节能装置（氧浓度为27-39可调，富氧流量75%-105%的可调）和独家技术合作定制的专用低氮富氧助烧器以及在线火焰温度测温仪的设计和安装。富氧管路分三路，第一路温度约100度，进入窑头燃烧器作为轴流风和旋流风；第二路温度约15度作窑头喷煤替代窑头送煤风罗茨风机；第三路温度约15度作窑尾喷煤替代窑尾送煤风罗茨风机。
②窑头、窑尾煤粉输送管道及喂料靴的匹配设计和改造。
③篦冷机的匹配设计和改造。
④强化预热器换热效果的匹配设计和改造。
⑤生料磨降耗改造。
⑥分解炉富氧分级燃烧的匹配设计和改造。
蔡晖介绍称，通常情况下，通过第一个阶段以后富氧燃烧工艺技改的效果就能得到明显的体现，水泥企业煤耗会大幅度降低，在完成之后的五个阶段改进之后，富氧技术将真正与水泥生产线融为一体，实现最大限度的节能降耗。
国内首套水泥回转窑富氧燃烧工艺技改项目经验
山东莒州水泥5000t/d熟料生产线富氧燃烧工艺技改项目的成功，让蔡晖对富氧燃烧技术如何更好的服务于水泥工业的节能降耗有了更深层次的认识。
“我们在项目开始前就已经认识到，富氧燃烧在水泥生产线的应用是一项系统工程，因此我们从前期准备和后期实施都作了大量的工作，这也是为什么项目名字叫富氧燃烧工艺技改项目而不是富氧燃烧技术应用项目的原因，我们做的不仅仅是加装富氧装置，更对生产线进行动态匹配优化。”蔡晖在接受中国水泥网专访时表示。
长期以来，为了寻求技术上的突破，杭州特盈与西南科技大学、浙江大学、中国煤学院、德国洪堡、德国申克、西安菲斯特等相关行业企业及专家携手合作，共同致力于富氧燃烧工艺动态匹配技术，实现工业窑炉和工业锅炉的节能减排。
这次水泥回转窑富氧燃烧工艺技改项目得到了西南科技大学的大力支持，在实施富氧燃烧工艺改造前对该生产线的烧成系统进行热工标定、分析诊断热工标定的范围：C1出口，至熟料冷却机出口（包括生料磨用风、余热发电换热）。测定期间，烧成系统运行平稳，采集的数据大多数均处于正常波动范围内，对于波动较大的数据，采用多次测定，综合评估、修正。
本着严谨、负责、精确的精神，西南科技大学于2017年2月未投富氧系统前，2017年4月未投富氧系统前，2017年11月投富氧系统后依次进行了三次的烧成系统的热工标定。
在项目实施过程中，杭州特盈依据对山东莒州水泥5000t/d熟料生产线工况的充分了解，提供定制化的富氧燃烧工艺技改方案，并且根据项目实施进度，对生产线各环节做好相关匹配，以便最大限度发挥富氧燃烧工艺动态匹配技术优势。
事实表明，基于成熟可靠的深冷直送富氧技术以及对水泥生产线的充分了解和针对性优化，富氧技术在山东莒州水泥5000t/d熟料生产线得到了高效利用，吨熟料节煤幅度达到8-10Kg，后期随着工艺和生产环境的持续改善，节煤幅度还会有大幅度提升。
“这个项目原来采用合同能管原理模式经营的科研创新示范项目，设备由我们提供给水泥厂并保留所有权，收益从水泥厂节能效益中提取，但是项目投运以后因为节能效果太明显，水泥厂与我公司商议后直接将原合同的履约保证金转作项目预付款，买断了整个项目，这是水泥厂对我们工作成绩的巨大肯定。”蔡晖提到这事颇为自豪。
富氧燃烧技术应用还有多少潜力？
蔡晖表示，2018年全国环境保护会议指出，要全面启动打赢蓝天保卫战作战计划。去年河南、河北等地也出台相关文件，要求企业达到特别限制可以不用参加错峰生产，而水泥回转窑富氧燃烧工艺技改将为水泥企业节能减排工作作出重大贡献。
“用富氧燃烧技术达到氮氧化物的超低排放，原理比较简单，首先燃烧方面，从技术上保证高温区减少，后期通过烟区再循环和高温区的还原。其次是通过燃烧器的匹配设计和整个工况的技改来实现超低排放。”当然，富氧燃烧技术的首要目标还是节能，蔡晖提到富氧燃烧技术的节能效益主要有：
1.节煤率可达8-15%的效益
2.磨煤电耗x电价x年节原煤计算年可节约的电费
3.水泥熟料抗压强度提高的经济效益。
4.增产管理费的下降及销售效益
5.余热发电增加及副产品液氮销售的效益
6.按炉窑每公斤中质煤实际烟火量8.17Nm3折算年可降低的烟气减排效益。按照1kg标准煤=2.5kg-CO2折算年可降低的二氧化硫减排效益。”
采用富氧熟料煅烧综合技术后，在接近海平面海拔位置，日产5000t/d预分解窑水泥熟料生产线，产量从6100t/d提高到6550t/d，平均标煤耗从110.60kgce/t.cl降低到103.61kgce/d，若投富氧之后熟料出口温度与未投富氧相当，则标煤耗应降低8.43 kg/t.cl。
篦冷机大修后，进一步提高三次风温度，降低出篦冷机熟料温度，煤耗还可进一步降低。
蔡晖还表示，当前的成绩离富氧燃烧技术的极限效果还有不少的距离。未来杭州特盈准备投入大量资金建立研发实验室，不光烧煤粉，还要烧天然气，并且在水泥工艺改进方面持续跟进。
蔡晖自信的表示，“我们杭州特盈未来的目标是，通过富氧燃烧工艺动态匹配技术将水泥生产线综合节能效益达到15-30%，并且有效控制氮氧化物生成，最大程度降低水泥企业环保和能耗成本。
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