富氧助燃技術(shù)開通水泥高效節(jié)能新路徑

科技日報 · 2012-08-29 00:00

  節(jié)約資源和保護環(huán)境是我國的基本國策,推進節(jié)能減排工作,加快建設資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會是我國經(jīng)濟社會發(fā)展的重大戰(zhàn)略任務。日前,國務院印發(fā)《節(jié)能減排“十二五”規(guī)劃》(以下簡稱《規(guī)劃》),要求各地認真貫徹執(zhí)行,確保“十二五”期間實現(xiàn)節(jié)約能源6.7億噸標準煤等節(jié)能減排目標。

  我國節(jié)能減排形勢極為嚴峻

  中央重拳出擊加大管控力度

  記者在《規(guī)劃》中了解到,由于我國產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整進展緩慢,“十一五”期間,第三產(chǎn)業(yè)增加值占國內(nèi)生產(chǎn)總值的比重低于預期目標,重工業(yè)占工業(yè)總產(chǎn)值比重由68.1%上升到70.9%,高耗能、高排放產(chǎn)業(yè)增長過快,造成結(jié)構(gòu)節(jié)能目標沒有實現(xiàn)。

  “十二五”時期如未能采取更加有效的應對措施,我國面臨的資源環(huán)境約束將日益強化。從國內(nèi)看,我國能源需求呈剛性增長,經(jīng)濟社會發(fā)展面臨的資源環(huán)境瓶頸約束更加突出,節(jié)能減排工作難度不斷加大。從國際看,圍繞能源安全和氣候變化的博弈更加激烈。部分發(fā)達國家憑借技術(shù)優(yōu)勢開征碳稅并計劃實施碳關稅,綠色貿(mào)易壁壘日益突出。全球范圍內(nèi)綠色經(jīng)濟、低碳技術(shù)正在興起,不少發(fā)達國家大幅增加投入,支持節(jié)能環(huán)保、新能源和低碳技術(shù)等領域創(chuàng)新發(fā)展,搶占未來發(fā)展制高點的競爭日趨激烈。

  我國能源利用效率總體偏低。我國國內(nèi)生產(chǎn)總值約占世界的8.6%,但能源消耗占世界的19.3%,單位國內(nèi)生產(chǎn)總值能耗仍是世界平均水平的2倍以上。2010年全國鋼鐵、建材、化工等行業(yè)單位產(chǎn)品能耗比國際先進水平高出10%—20%。從這些比較的數(shù)字中不難看出,我國節(jié)能減排工作任重道遠。

  《規(guī)劃》中指出了我國在節(jié)能減排工作中存在的主要問題,其中第一條就是,一些地方對節(jié)能減排的緊迫性和艱巨性認識不足,片面追求經(jīng)濟增長,對調(diào)結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)方式重視不夠,不能正確處理經(jīng)濟發(fā)展與節(jié)能減排的關系,節(jié)能減排工作還存在思想認識不深入、政策措施不落實、監(jiān)督檢查不力、激勵約束不強等問題。

  為此,《規(guī)劃》中明確要求重點淘汰小火電2000萬千瓦、煉鐵產(chǎn)能4800萬噸、煉鋼產(chǎn)能4800萬噸、水泥產(chǎn)能3.7億噸、焦炭產(chǎn)能4200萬噸、造紙產(chǎn)能1500萬噸。對未完成淘汰任務的地區(qū)和企業(yè),依法落實懲罰措施。鼓勵各地區(qū)制定更嚴格的能耗和排放標準,加大淘汰落后產(chǎn)能力度。為強化目標責任,國務院每年組織開展省級人民政府節(jié)能減排目標責任評價考核,考核結(jié)果作為領導班子和領導干部綜合考核評價的重要內(nèi)容,納入政府績效管理,實行問責制。

  為實現(xiàn)節(jié)能減排目標,《規(guī)劃》中部署了多項措施,實施節(jié)能減排重點工程和大力推廣節(jié)能新技術(shù)是其中要點。在“十二五”期間,我國計劃實施的節(jié)能減排重點工程需投資約23660億元,可形成節(jié)能能力3億噸標準煤。節(jié)能技術(shù)是完成節(jié)能減排的利器。因此,《規(guī)劃》中要求,對節(jié)能效果好、應用前景廣闊的關鍵產(chǎn)品或核心部件組織規(guī)?;a(chǎn),提高研發(fā)、制造、系統(tǒng)集成和產(chǎn)業(yè)化能力?!笆濉睍r期產(chǎn)業(yè)化推廣30項以上重大節(jié)能技術(shù),培育一批擁有自主知識產(chǎn)權(quán)和自主品牌、具有核心競爭力、世界領先的節(jié)能產(chǎn)品制造企業(yè),形成1500萬噸標準煤的節(jié)能能力。

  我國節(jié)能減排面臨著巨大的挑戰(zhàn)。面對挑戰(zhàn),《規(guī)劃》要求充分認識節(jié)能減排的極端重要性和緊迫性,增強憂患意識和危機意識,大力推進節(jié)能減排。面對挑戰(zhàn),溫家寶總理在國務院召開的全國節(jié)能減排電視電話會議上曾強調(diào)指出:“節(jié)能和減排兩個約束性指標,是一件十分嚴肅的事情,不能改變,必須堅定不移的去實現(xiàn)?!盵Page]

  我國水泥行業(yè)節(jié)能大有潛力可挖

  采用富氧助燃新技術(shù)可節(jié)能5—15%

  在《規(guī)劃》中,記者多次看到關于對水泥行業(yè)節(jié)能減排的事項,要求水泥熟料綜合能耗(千克標準煤/噸)要由2010年的115下降到2015年的112。

  我國是水泥大國。資料顯示,目前我國擁有水泥企業(yè)5563家,2011年全國水泥總產(chǎn)量達20.9億噸,已連續(xù)23年位居世界第一。水泥行業(yè)能源消耗總量約占全國能源消耗總量的5.6%以上,煤炭消費量占全國煤炭消費量的6.7%以上(2007年數(shù)據(jù))。今年1—7月全國水泥產(chǎn)量為11.8億噸。據(jù)行業(yè)權(quán)威人士介紹,今年我國水泥產(chǎn)量仍會創(chuàng)歷史新高,并保持6%—8%的增幅。

  水泥產(chǎn)業(yè)作為我國主要的高能耗、高排放產(chǎn)業(yè),無疑是工業(yè)領域節(jié)能減排的重點和難點,其節(jié)能減排效果對完成我國能源消耗目標、工業(yè)可持續(xù)發(fā)展起著舉足輕重的作用。因此,進一步加大節(jié)能減排力度,發(fā)展低碳可循環(huán)經(jīng)濟已成為水泥行業(yè)面臨的一項艱巨而緊迫的任務。

  《節(jié)能減排“十二五”規(guī)劃》在節(jié)能減排重點工程的改造工程項目中,列入第一位的就是鍋爐(窯爐)改造和熱電聯(lián)產(chǎn)。要求實施燃煤鍋爐和鍋爐房系統(tǒng)節(jié)能改造,提高鍋爐熱效率和運行管理水平。到2015年工業(yè)鍋爐、窯爐平均運行效率分別比2010年提高5個和2個百分點?!笆濉睍r期形成7500萬噸標準煤的節(jié)能能力。

  據(jù)介紹,在水泥生產(chǎn)中,煤耗基本占到整個熟料生產(chǎn)成本的一半以上,如何降低煤耗直接關系到水泥企業(yè)的經(jīng)濟效益。近幾年來,一種采用膜法制氧的富氧助燃節(jié)能裝置,在我國已成功應用于水泥、石灰等行業(yè)的回轉(zhuǎn)窯爐,節(jié)能效果十分明顯,可達5—15%,備受業(yè)界關注。

  2011年4月1日,國內(nèi)首臺應用于水泥回轉(zhuǎn)窯的富氧助燃節(jié)能裝置在煙臺海洋水泥有限公司正式投入運行。運行當日,煙臺能源監(jiān)察大隊按照“全氧、富氧燃燒技術(shù)改造節(jié)能評價方法”進行了測試:在不增加燃料的前提下,爐窯火焰溫度相對提高了200℃。經(jīng)煙臺海洋水泥有限公司運行對比測試,可節(jié)約燃煤11.19%,節(jié)能率達到10.03%。

  今年7月18日,MZYR-12000富氧助燃節(jié)能裝置在河南天瑞集團汝州水泥有限公司日產(chǎn)5000噸的水泥回轉(zhuǎn)窯上投入試運行。這是目前我國水泥爐窯配備的最大富氧助燃裝置。經(jīng)效果試驗,爐窯火焰溫度提高了200℃,達到了預期效果?;鹧鏈囟忍岣?00℃,意味著節(jié)煤率最少可提高8%以上。日前,該裝置正進行節(jié)煤率的運行試驗。

  記者在水泥行業(yè)調(diào)查了解到,棗莊中聯(lián)水泥有限公司、都江堰拉法基水泥有限公司等多家水泥企業(yè)紛紛與富氧助燃節(jié)能裝置企業(yè)簽訂安裝協(xié)議。

  除了水泥產(chǎn)業(yè),富氧助燃節(jié)能裝置在石灰回轉(zhuǎn)爐窯上的節(jié)能效果同樣顯著。2009年8月,我國首臺應用于石灰回轉(zhuǎn)窯的富氧助燃節(jié)能裝置在濟南鋼鐵集團耐火材料有限責任公司投入運行,這是我國燃用煤粉、輕燒白云石回轉(zhuǎn)窯上首次使用富氧助燃節(jié)能技術(shù)。經(jīng)運行測試,該公司3×52米燃用煤粉回轉(zhuǎn)窯在不增加燃料前提下爐膛火焰溫度升高109℃,產(chǎn)品產(chǎn)量增加12.34%,節(jié)煤率達到8%。按照日節(jié)煤5040公斤計算,一年就可節(jié)煤1814.4噸,噸煤按700元計,年節(jié)約資金127.01萬元,經(jīng)濟效益43.2萬元。

  理想的節(jié)能效果,使該公司又購置了第二臺富氧助燃節(jié)能裝置,并在2010年4月投入運行,綜合節(jié)能率達8%以上。公司董事長張吉江告訴記者,下一步他們將在公司所有的回轉(zhuǎn)爐窯上推廣這項節(jié)能新技術(shù)。公司現(xiàn)有回轉(zhuǎn)爐窯7座,全部安裝富氧助燃節(jié)能裝置后,每年可節(jié)約煤12700.8噸,節(jié)約資金889.07萬元(煤價按照每噸700元計),實現(xiàn)經(jīng)濟效益300多萬元。

  今年6月15日,河北龍鳳山爐料廠一臺4×50m石灰回轉(zhuǎn)爐窯安裝了MZYR-1000富氧助燃節(jié)能裝置,經(jīng)對比測試表明,在不增加燃料前提下,回轉(zhuǎn)窯火焰溫度相對提高100℃左右,平均達到100℃。石灰噸煤耗降低9公斤,年按300天計,可節(jié)約1674噸,煤價按780元每噸,年可節(jié)資金130多萬元。

  據(jù)了解,富氧助燃節(jié)能裝置不僅適用于水泥、石灰、冶金回轉(zhuǎn)爐窯、焚燒爐、冶煉爐等。我國現(xiàn)有各種工業(yè)爐窯約80萬臺,年耗用燃料約3億多噸標準煤,其中水泥回轉(zhuǎn)爐窯每年消耗煤炭2.3億噸。如果富氧助燃節(jié)能技術(shù)在10%的工業(yè)爐窯上推廣使用,平均節(jié)煤率按10%計算,年可節(jié)約標準燃煤300萬噸,每噸標準煤按980元計算,年可產(chǎn)生社會經(jīng)濟效益29.4億元。同時還可以減少排放煙氣量4254萬噸,減少排放二氧化碳750萬噸。[Page]

  被譽為燃燒領域的“二次革命”

  富氧助燃技術(shù)對節(jié)能意義重大

  自然條件下一般燃燒需要消耗氧氣來完成。煤炭在工業(yè)窯爐的燃燒中因缺氧會導致熱效率低下。常規(guī)燃燒中空氣僅有20.9%的氧氣參與燃燒過程,而78%的氮氣則要吸收大量燃燒反應放出的熱量,并作為煙氣排出,造成嚴重的環(huán)境污染和能源浪費。

  膜法制氧技術(shù)屬高分子材料科學,許多發(fā)達國家都投入大量人力物力來研究這項技術(shù),它已成為第三代最具發(fā)展應用前景的氣體分離技術(shù)。膜法制氧、富氧助燃節(jié)能技術(shù)的誕生,是近代燃燒技術(shù)創(chuàng)新的一次重大突破,它結(jié)束了千百年來僅靠空氣助燃的歷史,被譽為燃燒領域的“二次革命”,發(fā)達國家稱之為“資源的創(chuàng)造性技術(shù)”。

  富氧助燃技術(shù)作為一種新興的產(chǎn)業(yè),市場發(fā)展空間巨大,是經(jīng)濟發(fā)展新的增長點。就我國而言,應用膜法制氧、富氧助燃節(jié)能裝備的歷程還很短。煙臺華盛燃燒設備工程有限公司是目前國內(nèi)唯一一家將膜法制氧、富氧助燃節(jié)能裝備大型化、產(chǎn)業(yè)化的企業(yè)。濟南鋼鐵集團耐火材料有限責任公司、河南天瑞集團汝州水泥有限公司、山東煙臺海洋水泥有限公司、河北龍鳳山爐料廠等諸多企業(yè)使用的膜法制氧、富氧節(jié)能裝置均由這家公司自主研制生產(chǎn)。

  記者了解到,近年來,該公司不斷加大科技研發(fā)力度,生產(chǎn)的回轉(zhuǎn)爐窯應用膜法制氧、富氧助燃節(jié)能裝置填補了該領域的國內(nèi)空白;2007年被授予山東省優(yōu)秀節(jié)能新技術(shù)新產(chǎn)品獎;2008年榮獲第六屆國際發(fā)明展覽會金獎;2009年12月通過山東省科技廳組織的技術(shù)成果鑒定,達到國內(nèi)領先水平;2010年被山東省政府授予2009年度山東省優(yōu)秀成果獎,并列入“十二五”期間山東省重點節(jié)能技術(shù)、產(chǎn)品和設備第一批推廣目錄。

  據(jù)回轉(zhuǎn)爐窯應用富氧助燃節(jié)能裝置的發(fā)明者、煙臺華盛燃燒設備工程有限公司董事長姜政華介紹,膜法制氧技術(shù)、富氧助燃的燃燒機理是以空氣為原料,通過高分子膜在壓力差的作用下產(chǎn)生出濃度為30%的富氧空氣,再通過助燃裝置將30%的氧氣送入燃燒設備中,使燃料在富氧燃燒中極大地轉(zhuǎn)化成熱能,大幅提高工業(yè)爐窯燃燒效率,由此達到節(jié)能之目的。華盛燃燒設備工程有限公司拓寬了應用領域,膜法制氧富氧助燃節(jié)能裝置大型化可達24000m³/h,使水泥回轉(zhuǎn)爐窯徹底改變了傳統(tǒng)用空氣助燃的歷史,開辟了回轉(zhuǎn)窯燃燒領域的新篇章。

  為實現(xiàn)“十二五”節(jié)能減排目標,中央在《規(guī)劃》中明確要求,加快推廣先進、成熟的新技術(shù)、新工藝、新設備和新材料。目前,我國的工業(yè)爐窯采用富氧助燃新技術(shù)節(jié)能率可達5%—15%。并可提高鍋爐出力10%以上。記者了解到,對建材行業(yè)的窯爐進行富氧(全氧)燃燒節(jié)能改造是國家發(fā)改委和財政部重點資金支持的項目。對于水泥行業(yè)而言,干法水泥生產(chǎn)線低溫余熱發(fā)電項目2013年以后不再支持。因此,“十二五”期間建材行業(yè)水泥爐窯技改項目首次把富氧燃燒改造列為唯一項目。

  資料顯示,截至2011年年底全國共有干法水泥生產(chǎn)線1513條,熟料設計產(chǎn)能14.37億噸,其中日產(chǎn)熟料4000噸及以上的生產(chǎn)線占56.87%,另有210條在建、擬建生產(chǎn)線,2012年年底新增熟料產(chǎn)能3億噸,使全國熟料產(chǎn)能將達到17.37億噸,需年耗標煤19975.5萬噸。如全部采用富氧助燃技術(shù),按照節(jié)煤10%計,年可節(jié)煤1997.55萬噸,每噸標煤按980元計,全年可節(jié)約資金195.76億元人民幣。減少煙氣排放量163199.84萬Nm³,減少排放二氧化碳4993.88萬噸。

  水泥行業(yè)專家認為,采用富氧助燃節(jié)能裝置是目前工業(yè)爐窯和工業(yè)鍋爐實現(xiàn)節(jié)能減排降耗的重要手段,也是工業(yè)爐窯和工業(yè)鍋爐節(jié)能改造的必由之路。此項技術(shù)的成功應用,標志著我國工業(yè)爐窯節(jié)能改造在科技創(chuàng)新方面達到了新的高度,有著積極的示范作用和重大的現(xiàn)實意義。隨著國家的大力推廣,富氧助燃節(jié)能技術(shù)有望成為水泥行業(yè)繼純低溫余熱發(fā)電之后又一新的節(jié)能舉措。


 

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