西藏高爭(zhēng)建材股份有限公司富氧燃燒節(jié)能項(xiàng)目，是聯(lián)合式富氧燃燒技術(shù)在高海拔新型干法水泥生產(chǎn)線的首次運(yùn)用。該項(xiàng)目生產(chǎn)規(guī)模為：折合純氧2×3000Nm3/h，建設(shè)單位是西藏高爭(zhēng)建材股份有限公司(以下簡(jiǎn)稱：西藏高爭(zhēng))，湖南省建筑材料研究設(shè)計(jì)院有限公司(以下簡(jiǎn)稱：湖南院)總承包建設(shè)。項(xiàng)目建設(shè)期為10個(gè)月，于2015年5月10號(hào)開始系統(tǒng)調(diào)試，經(jīng)過兩個(gè)多月的調(diào)試， 2015年7月下旬正式投入生產(chǎn)使用，富氧燃燒系統(tǒng)與水泥窯系統(tǒng)工藝順暢，持續(xù)正常運(yùn)轉(zhuǎn)，生產(chǎn)狀況穩(wěn)定。依照《全氧、富氧燃燒技術(shù)改造節(jié)能評(píng)價(jià)方法(DB37/T 1571-2010)》、《水泥回轉(zhuǎn)窯熱平衡、熱效率、綜合能耗計(jì)算方法(GB/T 26281-2010)》、《企業(yè)節(jié)能量計(jì)算方法(GB/T13234-2009)》和現(xiàn)場(chǎng)計(jì)量設(shè)備稱重[1-5]，完全達(dá)到預(yù)期增產(chǎn)、節(jié)能目標(biāo)，于2015年8月25日正式通過竣工驗(yàn)收。聯(lián)合式富氧燃燒技術(shù)在高海拔新型干法水泥生產(chǎn)線的成功運(yùn)用，這主要源于整個(gè)項(xiàng)目規(guī)劃、設(shè)計(jì)與建設(shè)過程中，嚴(yán)格遵循西藏高爭(zhēng)“生產(chǎn)可靠、經(jīng)濟(jì)環(huán)保、節(jié)能提產(chǎn)、技術(shù)先進(jìn)”的指導(dǎo)準(zhǔn)則，湖南院依賴多年對(duì)新型干法水泥技術(shù)和富氧燃燒技術(shù)的摸索與研究，將兩種燃燒關(guān)鍵技術(shù)有效結(jié)合，形成互補(bǔ)優(yōu)勢(shì)，共同協(xié)力合作的技術(shù)成果。
圖1 富氧燃燒車間
目前，該套富氧燃燒系統(tǒng)已經(jīng)正常運(yùn)行一年時(shí)間，經(jīng)歷 了西藏拉薩地區(qū)一年四季溫度、氧含量的氣候變化，富氧燃燒技術(shù)和新型干法水泥技術(shù)工藝無縫銜接，設(shè)備持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)正常，窯況穩(wěn)定，節(jié)能提產(chǎn)效果顯著。項(xiàng)目采用湖南院首創(chuàng)的聯(lián)合式富氧燃燒技術(shù)，由變壓吸附制氧和膜法制氧兩種方式組成聯(lián)合式供氧系統(tǒng)，富氧產(chǎn)量為2×3000Nm3/h，變壓吸附法制得的富氧濃度約為80%，膜法制得的富氧濃度約為30%。通過富氧管路將富氧引入水泥窯燒成系統(tǒng)，形成富氧燃燒技術(shù)與新型干法水泥回轉(zhuǎn)窯熟料生產(chǎn)相結(jié)合的方法，富氧作為氧化劑被添加到水泥窯，富氧空氣主要輸送到以下幾個(gè)供氧點(diǎn)：①煤磨風(fēng)機(jī)送煤粉系統(tǒng);②窯頭內(nèi)、外風(fēng)機(jī)和窯尾燃燒器;③窯頭二次風(fēng)入口。在①和②供養(yǎng)點(diǎn)的前端設(shè)置混氧罐，用于調(diào)節(jié)①和②的氧氣濃度。同時(shí)配備溫度、壓力傳感器和氧氣濃度檢測(cè)儀，用于監(jiān)控富氧輸送的工況，一來確保系統(tǒng)的安全，二來確保每個(gè)用氣點(diǎn)的要求。為了應(yīng)對(duì)水泥窯的突然跳停情況，在富氧燃燒系統(tǒng)還設(shè)置了排放口，以備萬一之需，生成的富氧空氣可以直接高空排放至大氣中。此外，聯(lián)合式富氧燃燒系統(tǒng)是兩套供氧設(shè)備組成，當(dāng)其中一組設(shè)備出現(xiàn)調(diào)停故障時(shí)，另一套富氧裝置仍然能夠提供富氧空氣，以此滿足水泥窯系統(tǒng)燃燒的需要，盡量減少對(duì)水泥窯系統(tǒng)煅燒工況的影響。
湖南院自主研發(fā)的一種適用于新型干法水泥回轉(zhuǎn)窯的聯(lián)合富氧燃燒技術(shù)[6]，是高濃度富氧制氧裝置與低濃度富氧制氧裝置兩套系統(tǒng)提供富氧源，高濃度富氧源接入低濃度富氧主管道組成聯(lián)合式供氧系統(tǒng)，分別對(duì)窯頭燃燒器凈風(fēng)、送煤風(fēng)、窯頭二次風(fēng)提供富氧空氣，以此達(dá)到有效增加窯頭、窯尾燃燒器的煤粉燃燒效果，改善回轉(zhuǎn)窯內(nèi)的煅燒環(huán)境的目的，克服新型干法水泥回轉(zhuǎn)窯系統(tǒng)煤粉燃燒不充分的不利因素。然而富氧燃燒與水泥窯窯爐的工藝對(duì)接方式，是近年來富氧燃燒技術(shù)研究與摸索的研究方向之一，從已有的適用于新型干法水泥的富氧燃燒技術(shù)來看，存在以下幾個(gè)問題[7~10]：
(1)只著重窯頭、窯尾燃燒器與富氧燃燒技術(shù)銜接，多致力于開發(fā)新型燃燒器設(shè)備和工藝;
(2)制氧方式較為單一，如廣西魚峰水泥廠采用膜法制氧，都江堰拉法基水泥廠采用變壓吸附制氧;
(3)供氧點(diǎn)局限某一處，有的僅僅對(duì)窯頭燃燒器提供富氧，有的僅僅對(duì)凈風(fēng)進(jìn)行供氧，有的是直接對(duì)回轉(zhuǎn)窯進(jìn)行供氧，而無法滿足整個(gè)窯爐煅燒工藝要求。
湖南院開發(fā)的聯(lián)合富氧燃燒工藝技術(shù)，通過合理、有序、定量的安排燃燒需要的富氧空氣以及與煅燒工藝結(jié)合的方法，有效地解決了上述問題。聯(lián)合式富氧燃燒技術(shù)是以改善燃料的燃燒條件，縮短燃燒時(shí)間，實(shí)現(xiàn)了燃料的完全燃燒，使窯內(nèi)傳熱速率大幅度提高為目的，進(jìn)而以減少燃料消耗，增加窯系統(tǒng)熟料產(chǎn)能，并可與原水泥窯煅燒系統(tǒng)形成無損工藝切換，是新型干法水泥回轉(zhuǎn)窯富氧助燃技術(shù)的首選。
截止2016年10月底，該項(xiàng)目已為西藏高爭(zhēng)兩條2000t/d新型干法水泥生產(chǎn)線增加熟料產(chǎn)量30萬t熟料，水泥40萬噸，窯頭窯尾喂煤量節(jié)約10400噸。眾所周知，西藏自治區(qū)內(nèi)現(xiàn)有新型干法水泥生產(chǎn)線少，水泥長期處于供不應(yīng)求的狀態(tài)，水泥價(jià)格高，西藏高爭(zhēng)全年生產(chǎn)線運(yùn)轉(zhuǎn)率高達(dá)90%以上，可以說熟料產(chǎn)量對(duì)企業(yè)影響至關(guān)重要。粗略估算，與原先未上富氧燃燒系統(tǒng)的熟料生產(chǎn)線相比，該富氧燃燒項(xiàng)目投運(yùn)后，每年將為企業(yè)減排CO2約2.0萬t，SO2約180t，每年能為西藏地區(qū)增加水泥367200t水泥，每年直接增加企業(yè)銷售收入3.0億元。可見西藏高爭(zhēng)富氧燃燒節(jié)能項(xiàng)目是具有實(shí)實(shí)在在的社會(huì)效益、環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益。
根據(jù)西藏高爭(zhēng)熟料和水泥理化性能的分析結(jié)果來看，在引入富氧燃燒系統(tǒng)后，熟料升重由1210g/L增加到1283g/L，熟料礦物中的C3S和C2S總量上升2%， f-Cao量降低0.2%，那么這樣的熟料質(zhì)量燒結(jié)更好，更為密實(shí)，品質(zhì)更高，對(duì)水泥的后期強(qiáng)度發(fā)展極為有利，這一點(diǎn)在水泥的抗壓強(qiáng)度數(shù)據(jù)中得到了驗(yàn)證，水泥3d強(qiáng)度增加1.7Mpa，28d強(qiáng)度增加4.0Mpa。由此可見，只要燃燒狀況得以改善，熟料和水泥的品質(zhì)必將上去。西藏地區(qū)本身水泥資源緊張，高標(biāo)號(hào)的52.5水泥更是匱乏，西藏高爭(zhēng)是西藏地區(qū)唯一能夠磨制52.5標(biāo)號(hào)水泥的企業(yè)。因而西藏高爭(zhēng)在采用了聯(lián)合式富氧燃燒技術(shù)，不僅提高了原熟料生產(chǎn)線的窯產(chǎn)量、減少了煤資源的消耗和廢氣的排放，還為其在拉薩市乃至整個(gè)西藏地區(qū)的市場(chǎng)占有率作出了巨大貢獻(xiàn)。
西藏高爭(zhēng)富氧燃燒項(xiàng)目的成功應(yīng)用，只是富氧燃燒技術(shù)在西藏高爭(zhēng)發(fā)展的一小步，至于如何用好富氧，如何適配不同海拔、不同規(guī)模的熟料生產(chǎn)線，相信還有更加廣闊的發(fā)展空間。目前，由湖南院總承包的西藏藏中建材股份有限公司4000t/d熟料生產(chǎn)線配套富氧燃燒節(jié)能項(xiàng)目正緊鑼密鼓地建設(shè)中，這也是聯(lián)合富氧燃燒技術(shù)在高海拔地區(qū)更大規(guī)模的新型干法水泥生產(chǎn)線的實(shí)踐應(yīng)用。水泥企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展之路，應(yīng)積極鼓勵(lì)西藏自治區(qū)、青海、云南、四川、貴州、陜西、新疆各省的高海拔地區(qū)水泥企業(yè)，共同參與進(jìn)來，共同推進(jìn)我國高海拔新型干法水泥技術(shù)水平、裝備力量的發(fā)展，為企業(yè)的綠色建材可持續(xù)發(fā)展道路開拓廣闊前景，完成富氧燃燒技術(shù)在我國高海拔地區(qū)新型干法水泥生產(chǎn)線發(fā)展的一大步。
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