水泥熟料烧成系统能效提升技术的研究及应用

计算分析了现有水泥生产线热平衡支出项中影响热耗的主要因素，针对水泥行业能耗双控目标，提出了能效提升解决方案。现有生产线技改项目应用显示，烧成系统热效率再提升5%～9%，熟料标准煤耗降低10kg/t.cl以上，达到并优于GB 16780-2021标准中熟料单位产品综合煤耗指标1级能效；能效提升的同时，通过应用分解炉自脱硝源头减排技术，分解炉出口CO浓度不超过500ppm，喷氨前NO_X本底浓度<350mg/Nm³，氨水用量3kg/t.cl的条件下，NO_X排放浓度<50mg/Nm³，满足国家环保标准要求。     

Φ4.0m×60m回转窑提产改造

我公司某回转窑从3 200t/d提高到3 500t/d时,分析提产对整个水泥系统的影响,找出主要设备瓶颈,通过改造预热器C₁～C₅旋风筒进口面积、更换高温风机、窑减速机及冷却机风机,成功实现提产降耗目标。通过改造后熟料上升300t/d、C₁出口负压-6 500Pa、C₁出口温度317℃、C₁出口氧含量2.0%。实现了小投入大收益目标。     

影响熟料标准煤耗因素的定量分析

以国内主力窑型Φ4.8 m×72(74)m、配套5级双系列预热器、熟料产量6 000 t/d、熟料标准煤耗100 kg/t为前提，对影响熟料标准煤耗的因素进行定量分析。影响因素有16项，主要因素有煤粉发热量、入窑生料温度、出C₁废气温度、出C₁氧气(O₂)含量、出C₁一氧化碳(CO)含量、出C₁粉尘浓度、冷却机热回收效率、冷却机废气量、系统漏风、熟料形成热、熟料带走热、熟料产量等。文中列出了相关因素变化量对应的煤耗变化指标。     

危废替代燃料对水泥熟料性能、重金属含量及节煤减碳影响的应用研究

本文系统研究了危废替代燃料对水泥熟料的力学性能、凝结时间、矿物组成、重金属含量及节煤减碳的影响规律。结果表明：危废替代燃料对熟料的力学性能产生一定的影响。随着危废投料量的增加，熟料的KH值依次增大，熟料中SiO₂被CaO饱和成C₃S的程度增加；熟料中C₃S、C₂S、C₃A、C₄AF四种主要矿物含量受危废替代燃料的影响较小。重金属的含量随危废投料量的增加而增大，但均能满足GB 30760—2014的要求。危废替代燃料热值在7 500～8 600 kJ/kg范围时，最佳投料量范围在1.6～2.7 m³/h，此时最大节煤量达到1.59 kg/t.cl,CO₂最大减排量为4.39 kg/t.cl。     

6000t/d水泥熟料生产线节能降耗改造实践

国内某6 000t/d水泥熟料生产线实施了预热器降阻、分解炉扩容、分级燃烧和整体更换成第四代中置辊式破碎机冷却机等一系列改造实践。改造后，窑系统各项运行指标均有明显提升，分级燃烧结合SNCR脱硝系统实现了NO_X<50mg/Nm³的超低排放，脱硝氨水(浓度20%)用量约3.6kg/t，达到了预期效果。     

高温超净电袋复合除尘技术及其在水泥行业的应用前景探讨

NO_x超低排放一直是水泥行业面临的环保难题。高温超净电袋复合除尘技术采用耐高温合金纤维滤料,使用温度可达400℃以上,可配合SCR实现高温超净除尘+低尘SCR脱硝的"先除尘、后脱硝"的工艺,在某电厂中试实现出口含尘浓度<10 mg/Nm³,出口NO_x浓度<50 mg/Nm³;在某铝厂1 750 t/d焙烧炉应用,粉尘浓度长期稳定保持在5 mg/Nm³以下,运行阻力长期稳定保持在500 Pa以下。该技术也适用于水泥行业,可实现"高温除尘+低尘脱硝"一体化工艺,解决水泥行业NO_x超低排放的问题。     

高固气比技术在2 500 t/d水泥熟料线的改造案例介绍*

采用高固气比悬浮预热分解技术对宝江2 500 t/d生产线烧成系统进行技改后,预热系统出口温度从351℃降低至279℃,粉尘浓度(标况下,以下同)从151.6 g/m3减少至43.9 g/m3,系统分离效率大幅提高;入窑生料分解率从90.5%提高至98%,生产线熟料烧成煤耗从119.4kg/t降低至100.80kg/t,熟料产量从2744t/d提高至3840t/d,各指标均属领先水平。     

宁国水泥厂4000 t/d生产线窑系统节能降耗技术改造

通过对海螺宁国水泥厂4 000 t/d窑系统节能降耗减排综合技术改造，如原窑尾主框架保留利用，原预热器拆除，4级改为5级；窑传动更换，功率从530 kW提升到800 kW；利用闲置的一台冷却机更换现有冷却机；增湿塔废弃改用管道喷雾系统；高温风机更换为高效风机等，取得了预期效果。熟料标煤耗从115 kg/t降至98 kg/t，出C₁负压从-4 800 Pa降至-3 750 Pa，熟料产量从4 500 t/d提高到6 200 t/d。     

烧成系统能效提升的措施及应用

针对水泥行业能耗双控目标,对烧成系统进行优化和小改小革,通过对分解炉燃烧器、撒料箱、C1旋风筒进行技改,对预热器系统和窑头、窑尾进行漏风治理,调整熟料三率值改善熟料结粒,优化调整篦冷机机械流量阀改善用风等措施,在同等喂料量的条件下,高温风机转速降低17 r/min,分解炉出口CO浓度不超过500 ppm,熟料标准煤耗降低2.2 kg/t,能效提升的同时,氨水用量减少195 L/h,在吨熟料氨水用量2.5 kg的条件下,NO_x排放浓度小于50 mg/Nm³,满足国家环保要求。     

尘硝一箱化SCR脱硝技术的探索与实践

中材株洲水泥有限责任公司5 000 t/d水泥生产线采用SNCR+分级燃烧技术进行脱硝，虽能满足现有排放标准，但随着国家环保形势日趋严峻，企业面临巨大的环保压力。为彻底解决NO_x排放问题，中材株洲联合河南中材环保采用尘硝一箱化SCR脱硝技术，并在中材株洲生产线顺利建成投运。项目投运后窑尾烟囱NO_x排放浓度稳定控制在100 mg/Nm³以内，氨逃逸控制在2.5 mg/Nm³以内，达到超低排放要求，同时脱硝氨水用量降低约75%,NO_x排污总量降低约1 100 t/a，可为水泥企业实现NO_x超低排放提供参考借鉴。     

水泥窑系统提产降耗技改

通过对4?000 t/d生产线进行系统的热工标定和节能诊断,深度挖掘了窑系统提产和节能潜力,通过技术改造,窑系统产量由3?382 t/d提高至3?714 t/d,熟料标准煤耗降低4 kg/t以上,入窑热生料分解率由85.45%提高至92.33%,C1旋风筒分离效率由90.17%提高至93.43%,预热器出口和分解炉出口CO浓度明显降低。     

水泥窑系统提产降耗技改

通过对4?000 t/d生产线进行系统的热工标定和节能诊断,深度挖掘了窑系统提产和节能潜力,通过技术改造,窑系统产量由3?382 t/d提高至3?714 t/d,熟料标准煤耗降低4 kg/t以上,入窑热生料分解率由85.45%提高至92.33%,C1旋风筒分离效率由90.17%提高至93.43%,预热器出口和分解炉出口CO浓度明显降低。     

SCR脱硝系统工艺方案设计及影响分析

分析了水泥窑烟气特性和SCR脱硝系统运行后对水泥窑及余热发电系统的影响，针对实施SCR脱硝的难点，确定采用“高温高尘”SCR脱硝工艺技术路线,以实现窑尾氮氧化物的超低排放。采用“高温高尘”SCR脱硝系统工艺方案，氮氧化物排放浓度可从300mg/Nm³降低至45mg/Nm³，达到超低排放要求，氨逃逸浓度<5mg/Nm³，吨熟料生产成本预计增加4.25元，余热发电系统总发电量预计减少0.67%。     

煤液化残渣流化床热解工艺研究与碳减排分析

本文首先对煤液化残渣的原料进行了分析，并使用固定流化床反应器进行了实验研究。在实验结果的基础上，利用Aspen Plus软件对流化床热解过程进行了模拟，并对不同工艺过程的物料平衡和能量平衡进行了分析。通过对比不同工艺设计案例的能源效率、碳效率、固体废物排放量、CO₂排放量等指标，最终提出了一种灵活流化热解(FFP)耦合太阳能水电解的方法，将绿色氢气和绿色氧气引入该工艺，可以实现原料中碳、氢元素近乎完全利用，并生产出高品质的液体燃料和化学品，这一新工艺可以在整个工艺中实现近乎零碳排放。由于使用绿色氧气作为助燃剂，所产生的焦炭中的所有碳都可以转化为合成气并用作下游化工生产的原料气。因此，当一个70万t·a^-1的煤液化残渣流化床热解装置耦合电解水装置，该工艺的总碳效率可达到99.52%，是所有工艺中碳效率最高的，CO₂排放量从83737.67Nm³·h^-1降至3739.75Nm³·h^-1。该技术原理可以推广应用于有机固废热解、催化裂化、流化...     

预热器上升管道撒料位置改进及效果

针对某5 000 t/d水泥熟料生产线烧成系统在运行中存在的问题进行了分析,发现预热器连接管道较短、撒料装置位置较高,导致气料的换热距离不足。对C₅-C₄连接管道上的撒料装置位置进行下降技改后,预热器的换热效果显著改善。高温风机转速下降了17 r/min,熟料标准煤耗约降低了1 kg/t,同时熟料的综合电耗也有所下降。对于提高水泥生产线的能效、降低运行成本具有重要意义。     

利用CKK技术协同处置生活垃圾对水泥烧成系统的影响分析

采用离线式CKK流化床技术协同处置生活垃圾,具有垃圾适应性好,资源化程度高、节能减排效果好等特点。本文以300 t/d生活垃圾水泥窑协同处置项目为研究对象,借助热工检测和理论计算等技术手段,分析研究CKK系统协同处置生活垃圾对水泥窑熟料质量、运行工况和节能降碳的影响。利用CKK技术协同处置生活垃圾后,熟料标煤耗降低4 kg/t,年减少二氧化碳减排20 300 t;分解炉出口NOx浓度平均由496×10-6 降低至340×10-6 左右,氨水用量降低1.0~1.5L/t。     

磷石膏作为熟料矿化剂在新型干法生产线的工业试验

通过生料中掺加磷石膏对硅酸盐熟料矿化剂试验,生料易烧性变好,窑抗波动能力较试验前增强,试验期间实物煤耗平均142.29kg/t,较试验前下降1.86kg/t,窑尾大气排放无明显变化。熟料SO₃含量达到0.6%时,窑产能发挥最佳,日均最高台时产量达到243.8t/h,同时熟料中M1型C₃S晶体含量由试验前34%增加到51%,熟料3d强度32.3MPa,较试验前提高1.3MPa;28d强度55.2MPa,较试验前下降0.3MPa,未达到在试验设定目标提高3MPa。     

在线型梯度燃烧分解炉及其配套燃烧器的开发与应用

梯度燃烧技术通过多级调控分解炉进风、喂料、喷煤方式,将分解炉炉膛空间进行功能分区,建立“强贫氧还原区—弱贫氧还原区—燃烬区”的燃烧气氛环境,从而实现NOx源头减排。本文开发了在线型梯度燃烧分解炉及配套旋流分散燃烧器,可将强还原区停留时间增加至2.5～3.0s,提升了自脱硝效果。该技术在滕州东郭生产线应用后,自脱硝效率>70%,分解炉出口稳定控制NOX≤260mg/Nm³,窑尾NOx排放浓度30～50mg/Nm³,熟料氨水用量<2.5kg/t,实现了水泥窑烟气NOx的低成本超低排放。     

低铝硅比条件下硫铝酸盐水泥熟料中钙铝黄长石相的演变及形成动力学

为揭示低铝硅比（质量比）条件下硫铝酸盐水泥熟料中低水化活性钙铝黄长石相（C₂AS）降低熟料质量的作用机制,固定铝硅质量比为 2,通过改变煅烧温度及保温时间制备了一系列熟料。采用 X 射线衍射结合 Rietveld 方法和热重-差示扫描量热法,研究了 C₂AS 的演变过程。结果表明：950～1 200 ℃范围内 C₂AS 主要由 CaO、SiO₂以及 Al₂O₃反应而来;当温度超过 1 200 ℃时,C₂AS 主要由 C₄A₃$分解出的 CA 及 CaO 与残留的 Si O₂反应形成。反应动力学分析表明：超过 1 200 ℃时 C₂AS的形成主要由 Ca²⁺的扩散过程控制,其反应活化能为（305±20） k J/mol。本研究为硫铝酸盐水泥熟料煅烧过程中低品位铝矾土的使用提供了理论指导。     

基于热工分析的烧成系统优化改造

设计规模3 200 t/d熟料的烧成系统产量维持在4 200 t/d左右。高产运行的烧成系统存在熟料标煤耗偏高、预热器出口压力高等现象。对热工标定数据进行分析，找到系统存在的问题，针对存在问题的设备及工艺进行技改优化，并利用含热值的物料参与生料配料，加强现场密封堵漏。优化后，熟料标准煤耗由109.77 kg/t降低至95.80 kg/t；预热器出口压力降低400 Pa左右，系统运行更稳定。