[原創(chuàng)]碳減排“壓力山大” 水泥低碳發(fā)展如何“開外掛”？

  今年6月19日，重慶碳排放權(quán)交易開市，國家確定的7個碳排放權(quán)交易試點市場全部上線。

  截至今年9月，7個碳交易試點已累計成交數(shù)量1260萬噸，累計成交金額近5億元。國家發(fā)改委氣候司副司長孫翠華透露，未來政府將進(jìn)一步強化碳排放的約制，目前發(fā)改委正抓緊制定出臺專門的碳排放權(quán)交易管理辦法和配套辦法，預(yù)計2016年試運行。

  水泥行業(yè)是我國國民經(jīng)濟建設(shè)的重要基礎(chǔ)材料產(chǎn)業(yè)，也是主要的能源資源消耗和污染物排放行業(yè)之一，同時受到資源不足、環(huán)境污染的嚴(yán)重制約。在此前提下，實施結(jié)構(gòu)調(diào)整、完成產(chǎn)業(yè)升級，以低碳發(fā)展為導(dǎo)向走新型工業(yè)化道路，成為水泥行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的必由之路。

  工欲善其事，必先利其器。在認(rèn)識到水泥工業(yè)低碳發(fā)展已是大勢所趨的前提下，如何通過技術(shù)手段抓住這一契機加強轉(zhuǎn)型升級，實現(xiàn)水泥工業(yè)綠色發(fā)展？且看中國建筑材料科學(xué)研究總院高級工程師房晶瑞介紹的致勝“大招”。

  富氧燃燒升級版——全氧燃燒

  與國際先進(jìn)水平相比，國內(nèi)水泥企業(yè)的主要問題主要表現(xiàn)在高燃料(煤)消耗和高電耗；當(dāng)前大部分企業(yè)利用余熱發(fā)電技術(shù)后降低了一部分電力成本，而煤耗大的問題還困擾著企業(yè)。因此，有效降低單位熟料(水泥)煤耗，是水泥企業(yè)亟待解決的問題。

  房晶瑞表示，經(jīng)過多年的摸索實踐和水泥專家的廣泛論證，水泥熟料生產(chǎn)線富氧燃燒節(jié)能技改方案是一個有效的方法，能夠很好地幫助水泥企業(yè)降低煤耗問題。該項目以富氧燃燒技術(shù)為主要手段，在回轉(zhuǎn)窯中使用28%~35%的富氧空氣，提高燃料的燃燒效率；或使用劣質(zhì)煤(或工業(yè)廢棄物)替代優(yōu)質(zhì)煤，從而大大降低熟料生產(chǎn)的燃料成本。當(dāng)用替代燃料時，燃料的節(jié)約效果更為明顯，且可提高便利性，減少煙氣中的粉塵，提高爐窯穩(wěn)定性。

水泥窯全氧燃燒流程示意圖

  如今，在富氧燃燒基礎(chǔ)上，業(yè)內(nèi)又開始了水泥窯全氧燃燒技術(shù)的探索。水泥窯全氧燃燒即把燃料與85% ~ 100%的氧氣以及富含CO₂的循環(huán)廢氣按預(yù)定燃料比混合，將其代替空氣鼓入分解爐和回轉(zhuǎn)窯爐中助燃燃料的技術(shù)。

  相關(guān)資料表明，由于全氧燃燒時煙氣量大大減少，對確定尺寸的窯，窯內(nèi)氣體流速與煙氣量呈正比。因此，煙氣量減少多少，則流速降低多少。流速降低則可降低窯內(nèi)揚塵，相當(dāng)于提高了窯的產(chǎn)量，降低最后一級旋風(fēng)筒的負(fù)荷。此外，全氧燃燒幾乎沒有氮氣參與，因而幾乎不會產(chǎn)生NOx等污染物。加之粉塵排放降低，比及富氧燃燒在環(huán)保上更勝一籌。

  據(jù)房晶瑞介紹，該項技術(shù)無指定制氧方法，暫未發(fā)現(xiàn)安全隱患，目前在水泥行業(yè)中尚處于理論模擬階段，但在玻璃行業(yè)已有運用實踐。相信在不久的將來，全氧燃燒技術(shù)也將助益水泥行業(yè)節(jié)能降耗。

  創(chuàng)新概念型生產(chǎn)工藝——水泥預(yù)燒成技術(shù)

  業(yè)內(nèi)周知，水泥回轉(zhuǎn)窯中存在堆積態(tài)傳熱，窯尾部分生料傳熱及反應(yīng)熱量需求與熱量供給間存在矛盾，限制了熟料燒成熱耗的降低和單機窯產(chǎn)量的提高；而通過提高入窯生料活性，縮短物料在窯內(nèi)的緩慢升溫，可以加快后續(xù)固液相反應(yīng)。

  基于熟料燒成過程中多階段形成的客觀事實，房晶瑞介紹了具有創(chuàng)新性的概念型生產(chǎn)工藝——水泥預(yù)燒成技術(shù)。這一生產(chǎn)工藝旨在進(jìn)一步增強換熱效率，提高物料反應(yīng)活性，減少回轉(zhuǎn)窯熱損失和熱負(fù)荷，建立新一代高能效水泥窯爐工藝模型。

  在預(yù)燒成技術(shù)實施過程中，強調(diào)增強分解爐煅燒功能，可使物料全部分解反應(yīng)及部分固相反應(yīng)在分解爐中進(jìn)行；物料入窯后直接進(jìn)行后續(xù)的固相反應(yīng)和液相反應(yīng)，則提高反應(yīng)速率，增強有效傳熱，從而大幅度提高回轉(zhuǎn)窯產(chǎn)量，降低生產(chǎn)熱耗?？蛇_(dá)到噸熟料CO₂削減量約為2.0-3.7 %，5000t/d生產(chǎn)線年減排CO₂約2.7-4.5萬噸的減排效果。經(jīng)濟效益方面，預(yù)燒成技術(shù)可使生產(chǎn)線綜合能耗降低5-10%，噸熟料運行成本降低5.9-10.8元。設(shè)備投資約為3000-9000萬元，回收期為1.5-9年。

  據(jù)了解，目前魯南中聯(lián)水泥有限公司2000t/d預(yù)分解窯爐正在進(jìn)行技術(shù)改造，以驗證水泥預(yù)燒成技術(shù)理論成果及配套研發(fā)的多功能耐高溫材料。實踐成果如何，不妨一起期待！

  “高大上”管理方式——水泥生產(chǎn)能源管控技術(shù)

  隨著水泥工業(yè)量化融合的持續(xù)推進(jìn)，水泥行業(yè)信息化建設(shè)已經(jīng)取得了長足進(jìn)步，而作為其中的一部分，能源管控系統(tǒng)的應(yīng)用將通過基于“大數(shù)據(jù)”下的精細(xì)化管理手段，為水泥企業(yè)實現(xiàn)節(jié)能減排的目標(biāo)。

  水泥生產(chǎn)能源管控一體化技術(shù)是以能源為核心，通過數(shù)據(jù)采集、管理、分析和應(yīng)用對水泥生產(chǎn)實時監(jiān)控、生產(chǎn)管理、設(shè)備管理、能源管理、質(zhì)量管理等進(jìn)行信息化管理，對分解爐、回轉(zhuǎn)窯、篦冷機、粉磨系統(tǒng)等重要工段進(jìn)行智能控制。

  這一技術(shù)包含數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)管理和分析、生產(chǎn)報表和指標(biāo)、實時高效數(shù)據(jù)庫技術(shù)、非線性模型預(yù)測控制技術(shù)、基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜過程建模技術(shù)等。通過安裝數(shù)據(jù)儀表對各種能源進(jìn)行實時監(jiān)測，以多種通訊方式傳輸?shù)侥茉磾?shù)據(jù)服務(wù)器。同時對海量的能源數(shù)據(jù)進(jìn)行整理和統(tǒng)計，實時管理能耗并發(fā)現(xiàn)能耗異常情況，對能耗的各種影響因素進(jìn)行分析，自動尋找能效薄弱環(huán)節(jié)。

  此外，還可在掌控企業(yè)所關(guān)注的關(guān)鍵能耗指標(biāo)的基礎(chǔ)上，提升能源管理水平。并以國外主流實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)為基礎(chǔ)，結(jié)合國內(nèi)用戶的具體情況自主研發(fā)VEGOO實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，和具有振動、溫度信號的自動測量與采集技術(shù)，數(shù)據(jù)錄入技術(shù)，點檢定位管理技術(shù)，通過預(yù)測模型來預(yù)估過程未來的偏差值，以滾動優(yōu)化確定當(dāng)前的最優(yōu)輸入策略。

  如此一來，不僅可以解決水泥生產(chǎn)過程中的大數(shù)據(jù)、多變量、非線性、大遲滯、多耦合等過程建模問題，建立精確的數(shù)學(xué)模型，還能基于逆向差分的不可測干擾抑制技術(shù)，預(yù)先調(diào)節(jié)操縱變量，實現(xiàn)超前調(diào)節(jié)。

  低碳節(jié)能減排是水泥行業(yè)永無止境的追求，更是許多水泥人畢生致力的事業(yè)。11月8-9日 “2014第二屆中國水泥節(jié)能環(huán)保技術(shù)交流大會”將在鄭州開幕，屆時主辦方中國水泥網(wǎng)將邀請行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)，知名專家，水泥企業(yè)總工，節(jié)能技術(shù)負(fù)責(zé)人，科研院所研究員，廣大水泥行業(yè)服務(wù)商，行業(yè)各界人士共聚一堂，共同探討水泥工業(yè)的節(jié)能環(huán)保政策，交流最新裝備和技術(shù)措施。業(yè)內(nèi)專家學(xué)者也將在會上解讀水泥工業(yè)環(huán)保控排政策，分享水泥工業(yè)NOx減排良策。敬請關(guān)注！

  詳情請點擊會議專題：2014第二屆中國水泥節(jié)能環(huán)保技術(shù)交流大會