中國水泥網(wǎng)高級顧問賈華平:水泥窯富氧燃燒需要辯證思維

中國水泥網(wǎng)信息中心 · 2023-07-13 14:54

當(dāng)前,由于水泥需求下滑,市場競爭激烈,加之碳減排壓力不斷加大,水泥企業(yè)亟需持續(xù)推進(jìn)節(jié)能降耗。富氧燃燒技術(shù)可以明顯降低企業(yè)生產(chǎn)能耗,近年來收到越來越多水泥企業(yè)的關(guān)注。

日前,在中國水泥網(wǎng)舉辦的“2023中國水泥節(jié)能與新能源發(fā)展大會”上,中國水泥網(wǎng)高級顧問、業(yè)內(nèi)知名專家賈華平以《水泥窯富氧需要辯證思維》為題,與參會代表詳細(xì)分享了富氧燃燒技術(shù)在水泥行業(yè)的應(yīng)用現(xiàn)狀和前景。

富氧燃燒技術(shù)應(yīng)用效果

賈華平在大會上首先向與會嘉賓介紹了多個(gè)富氧燃燒應(yīng)用案例。

案例一:遼寧某公司不設(shè)制富氧燃燒系統(tǒng)案例。

遼寧某公司5000t/d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,并于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(yàn)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)中摻入富氧均未獲得明顯效果,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(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明:最佳的富氧濃度在27%-30%之間,臺時(shí)產(chǎn)量提高了9%,煤耗降低9.41%,電耗降低14.01%。

案例二:河南某公司膜法制氧系統(tǒng)案例。

該公司 5000t/d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(gè)富氧引入點(diǎn),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200t/d左右,平均節(jié)煤率為10.73%。

案例三:山東某公司深冷法制氧系統(tǒng)案例。

該公司 5000t/d生產(chǎn)線海拔較低、接近于海平面,以 2017年2月18-2月28日,對燒成系統(tǒng)的熱工標(biāo)定為基礎(chǔ),配套設(shè)計(jì)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(cuò)的效果,應(yīng)該說還有潛力可挖:生產(chǎn)能力提高了7%,實(shí)物煤耗降低了12.17%,標(biāo)準(zhǔn)煤耗降低了15.85%。

案例四:安徽某公司深冷法制氧系統(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月25日在其分公司的一條5000t/d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(yàn)消息:燒成系統(tǒng)的產(chǎn)量平均提高了12.28%,噸熟料標(biāo)煤耗降低了8-9 kg。

該集團(tuán)公開報(bào)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(jì)入制氧系統(tǒng)電耗,熟料綜合電耗升高約1.5~2kWh/t.cl” 。

案例五:江蘇某企業(yè)近期投運(yùn)的水泥窯富氧燃燒技術(shù)應(yīng)用情況

賈華平表示,在水泥生產(chǎn)過程中,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(yàn)和使用中都有過驗(yàn)證。

為此,他進(jìn)一步分析了近年江蘇某企業(yè)采用膜法制氧技術(shù)的富氧燃燒案例。據(jù)了解,該企業(yè)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,最終實(shí)現(xiàn)了6-7%的節(jié)煤率。

賈華平認(rèn)為,一項(xiàng)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)行改造已經(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(gè)民企在一個(gè)廠區(qū)內(nèi),連續(xù)3年改了3臺窯,而且還帶動(dòng)附近的臺泥廠也進(jìn)行了富氧改造,已經(jīng)能夠說明富氧燃燒技術(shù)的價(jià)值。

關(guān)于水泥窯富氧燃燒的辯證思維

賈華平表示,研究表明富氧燃燒技術(shù)具有以下優(yōu)勢:

1、 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;

2、 富氧煅燒能降低煤的燃點(diǎn),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;

3、 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;

4、 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;

5、 富氧煅燒還能減少燃燒后的排氣量,降低煙氣帶走的熱量。

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)不完全統(tǒng)計(jì),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(yàn),為什么就沒有發(fā)展起來呢?

賈華平認(rèn)為,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(yàn)裝備、人員素質(zhì)、方式方法難說認(rèn)真,試驗(yàn)結(jié)果可謂千差萬別,一時(shí)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(jì)劃、 并且已經(jīng)啟動(dòng),但遺憾的沒了后續(xù),對富氧煅燒的持續(xù)發(fā)展造成了很大影響。

賈華平指出,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(dòng)節(jié)能減排方面的功效。

為什么水泥行業(yè)就不行呢?賈華平認(rèn)為,國內(nèi)水泥行業(yè)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(yàn)。 國內(nèi)水泥行業(yè)沒有大規(guī)模用過“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(yàn)。

針對當(dāng)前水泥生產(chǎn)過程中的一些現(xiàn)象,賈華平還提出了更多的辯證思考。例如,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)投資不一定需要占用資金;超短窯未必就沒有富氧節(jié)能的潛力等等。

這一系列的“不一定”不是憑空想象的,都有確切的事實(shí)依據(jù),需要行業(yè)用辯證思維打破已有經(jīng)驗(yàn)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(gè)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(gè)建設(shè)投資和運(yùn)行成本問題;

賈華平表示,“煅燒”是水泥生產(chǎn)方的專業(yè)和職責(zé),缺經(jīng)驗(yàn)應(yīng)該自己去摸索、去總結(jié),不能將富氧效果推給富氧商。

富氧燃燒在超短窯生產(chǎn)線的運(yùn)行情況

賈華平重點(diǎn)介紹了富氧燃燒技術(shù)在超短窯生產(chǎn)線的運(yùn)行情況。據(jù)介紹,江蘇某公司1#窯生產(chǎn)線有KHD公司涉及,回轉(zhuǎn)窯采用φ5.2*61米超短窯,分解爐為雙爐φ5.6*70米,涉及能力為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(xiàng)目的工藝流程圖如下:

項(xiàng)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(yàn)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6000 Nm3/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(jì)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/t(4.16%), NOx 排放與氨水用量與改造前基本持平;各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到合同指標(biāo)要求, 驗(yàn)收合格” 。

賈華平表示,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。

此外,這個(gè)改造效果還沒有到頂,還有兩項(xiàng)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(xiàng)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。 

編輯:曾家明

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