4000t_d水泥产线能效提升创新实践与评价.pdf

2023年第3期0引言近年来，随着国家“碳达峰、碳中和”系列政策的出台，水泥行业作为传统二氧化碳排放大户，全面提升“绿色低碳”发展水平的趋势要求日益紧迫，如何实现节能低碳发展已成为摆在水泥企业面前的一项重要课题1,2。一些企业通过新建生产线或新技术、新装备的应用，已将水泥熟料生产线的标煤耗降低至单位熟料95kg/t，熟料电耗降低至45kWh/t，相比之下早期建成投运的生产线的技术指标则显得相对落后，一些老旧生产线的能效提升技术升级势必成为节能减排的关键点，亟需通过不断加大节能降耗技术的投入和新技术的开发应用，提升水泥熟料生产线的绿色低碳发展水平以及企业的核心竞争力。本文以C公司一条4500t/d熟料线进行技术开发与应用示范，该生产线于2002年投产，原设计烧成系统为双系列五级旋风预热器+TDF型分解炉，回转窑规格为4.8m72m，篦冷机配套TC-12102型第三代篦冷机。随着水泥工业新技术、新装备、新工艺及新材料的创新发展以及生产用原燃料条件的变化，C公司生产线与新建生产线的指标相比，其先进性上已存在一定的差距。基于此，通过针对性的开展烧成系统优化设计和技术改造，形成可复制的能效提升综合技术方案，推动水泥行业尽早实现双碳目标。1改造内容及核心技术创新点C公司4500t/d综合节能改造项目应用了目前水泥行业最先进的工艺、技术、装备及材料。该项目主要改造内容包括：原料磨改为辊压机、预热器改为高效低NOx预热器、原三代篦冷机改为高热回收效率第四代篦冷机3,4、原煤立磨改为煤管磨、耐火材料采用低散热纳米隔热材料替代硅钙板5、PH锅炉改卧式VEGA锅炉、窑驱动升级及交流变频改造等。此次C公司4500t/d综合节能改造项目的核心技术创新点有以下四个方面：（1）基于生产线的能源消耗现状，研究制定了针对性的能效提升方案，采用了“低压损、高热效率”CCX旋风筒预热器技术；（2）高能效、低NOx预分解技术的应用研究，分解炉具备“自脱硝、高能效”的技术特点；（3）新型纳米隔热材料等新材料与传统耐火隔热材料的配置优化设计和应用；（4）风机能效提升技术及VEGA锅炉技术的应用。2项目改造效果评价2.1主要技术指标分析C公司4500t/d实施综合能效提升技术改造后，连续稳定高运转率运行，熟料标煤耗、熟料综合电中图分类号：TQ172.6文献标志码：B文章编号：1007-0389（2023）03-23-03【DOI】10.13697/ki.32-1449/tu.2023.03.0064000t/d水泥产线能效提升创新实践与评价詹家干1，张 强2（1.安徽海螺集团有限责任公司技术中心，安徽 芜湖 241000；2.合肥工业大学管理学院，安徽 合肥 230000）摘要：本文以C公司的两条4500t/d水泥生产线为例，通过对比分析改造前后熟料产量、吨熟料标煤耗、熟料工序电耗等主要技术指标，系统介绍了新型低温余热发电、耐火材料涂层等技术在老旧生产线升级改造过程中的应用情况，为水泥行业节能减排及能效提升提供了重要的数据支撑和技术借鉴。关键词：水泥熟料；能效提升；节能降碳；评价Innovative practice and evaluation of energy efficiency improvement for 4000 t/d cement production lineZhan Jiagan1,Zhang Qiang2(1.School of Management,Hefei University of Technology,Hefei,230000,China)Abstract:This paper takes the two 4 500 t/d cement production lines of Company C as an example,systematically introduces the newlow-temperature waste heat power generation and the application of refractory coating and other technologies in the upgrading and renovation of old production lines by comparative analysis of the main indexes as clinker output,unit clinker standard coal consumptionand clinker process electricity consumption before and after the improvement,provides important data support and technical referencefor energy conservation,emission reduction,and efficiency improvement in the cement industry.Key words:cement clinker;energy efficiency improvement;energy saving and carbon reduction生产技术詹家干，等：4 000 t/d水泥产线能效提升创新实践与评价-232023年第3期耗、熟料产量等核心技术参数均得到了提升：分解炉自脱硝效率提升30%左右，NOx排放浓度（标况下，以下同）在 500 mg/m3左右，预热器出口温度 310320左右，压力 54005700Pa。具体指标变化情况见表1。表1改造前后主要技术指标对比指标名称熟料标准煤耗/(kgt-1)熟料综合电耗/(kgt-1)分解炉出口NOx排放/（mgm-3）实施前107.156.4700实施后97.948.5500变化-9.2-7.9-2002.1.1熟料标煤耗改造后评价项目改造完成后，标准煤耗平均为97.9 kg/t，较改造前下降了约9.2 kg/t。熟料热耗指标优化分解对比见表2，由表2可见：C公司4500t/d熟料标煤耗下降9.2kg/t，其中因烧成系统热回收效率提升而降耗占比最大，将近40%，这主要是对分解炉和篦冷机进行系统改造优化的结果；其次是因窑尾废气风量、风温下降而形成的降耗，占比约20%，主要由于对窑尾预热器旋风筒进行优化改造，提升了换热效率的结果。序号12345标定改造前后系统烧成效率提升了5.0%，从改造前的52.9%，上升至目前57.9%指标名称系统热回收效率窑尾废气风量风温烧成系统表面散热其他不明热损失合计指标变化二次风温上升92，三次风温上升78，熟料温度下降70，篦冷机热回收效率达到74.8%，上升6.8%废气温度从336下降至318降低13；风量降低0.035 m3/kg设备表面温度平均下降约30支出热量下降熟料热耗下降/(4.18kJkg-1)25.0（折算标煤3.6 kg/t）13.0（折算标煤1.8 kg/t）10（折算标煤1.4 kg/t）16.7（折算标煤2.4 kg/t）64.7（折算标煤9.2 kg/t）下降占比/%39.119.615.226.1100表2熟料热耗指标标定分析对比2.1.2熟料综合电耗改造后评价项目改造完成后，熟料综合电耗平均为 48.6kWh/t，较改造前下降了7.8 kWh/t，熟料综合电耗指标优化分解对比见表3，其中，煤粉制备工序改造前的电耗为 4.75kWh/t，改造后的电耗为 6.18 kWh/t，略有增加。表3熟料综合电耗指标优化分解对比指标名称生料粉磨工序电耗熟料烧成工序电耗公摊部分工序电耗熟料综合电耗电耗/（kWht-1）改造前16.76/25.6428.901.8256.36改造后13.43/20.5526.051.7148.31下降占比/%63.2335.401.371002.2窑尾预热预分解系统指标分析2.2.1C1-C5旋风筒压损将C公司4500t/d原来C1级的4个旋风筒改为了2个逆流式旋风筒。在进出口压力损失方面，C1、C2和C3级旋风筒的实际标定值均较目标设定值有不同程度的提高，其中C1筒的差异最为明显，增幅达到410Pa；而C4、C5两级旋风筒则刚好相反，进出口压力标定值较目标值明显降低，C4筒降幅为125Pa，C5筒则达到近200Pa。最终，分解炉整体上压力偏差较小（仅40Pa），达到了预期设定目标。2.2.2分解炉有效容积及其出口烟气参数C公司4500t/d线原有的DD类型分解炉技改为管道式分解炉，改造前后分解炉的炉容从1300m3增加至2200m3，增加了约70%；但值得注意的是，标定分解炉出口温度为875，C5出口温度为883,分解炉出口和C5存在温度倒挂现象，说明分解炉存在不完全燃烧现象，标定分解炉出口CO浓度为300010-6。2.2.3预热器系统换热效果C公司4500t/d预热器将原始C1旋风筒（4个）技改为开发设计的逆流式旋风筒（2个），逆流式旋风筒进出口温差为216，较改进前的176，提高了约40；C2旋风筒改进前后，进出口温差基本保持一致；C3旋风筒进出口温差也提高了约40；C4旋风筒情况则刚好相反，进出口温差降低了45；至最后C5级旋风筒，其进出口温差改进前后均仅提升6左右。2.3篦冷机系统技术指标此次项目技改中，还将C公司4500t/d生产线的篦冷机整体更换为了新型高效第四代篦冷机。运行情况如表4所示，篦冷机改造后二次风温由技改前生产技术詹家干，等：4 000 t/d水泥产线能效提升创新实践与评价-242023年第3期的 1068 提高至 1160，增加 92；三次风温由982 提升至1060，增加78，二、三次风温均较技改前有大幅度提升。与此同时，出冷却机熟料温度由技改前的150左右降低至80左右，降低约70。两者综合影响，篦冷机热回收效率为74.8%，较技改前提升6.8%。表4篦冷机更换前后运行情况对比项目二次风温/三次风温/出冷却机熟料温度/篦冷机热回收效率/%技改前标定值1 06898215068技改后标定值1 1601 0607674.82.4耐火材料设计及应用效果分析本项目选择新型纳米绝热材料替代原设备内部的硅酸钙板材料，减少水泥窑烧成系统热量散失。如图1所示，通过热工标定检测分析，应用新型纳米绝热材料后，设备表面平均温度下降约30，烧成系统表面散热由技改前的 724.18kJ/kg 降低为约624.18kJ/kg，下降了104.18kJ/kg。新型纳米绝热材料的使用取得预期效果。温度/技改前技改后图1技改前后设备壳体表面温度2.5余热发电系统分析6本项目余热发电系统的主要改造内容涉及锅炉形式、振打方式以及循环方式等三方面。改造后锅炉出口温度180 左右，蒸发量上升5 t/h，系统阻力500 Pa左右；技改前总发电量为39万kWh/d（两条生产线共用机组），熟料发电量为35 kWh/t；技改后总发电量为40.5万kWh/d（两条生产线共用机组），吨熟料发电量为31 kWh/t。2.6熟料质量指标分析根据C公司对4500t/d水泥熟料生产线实施技改后6个月的熟料质量数据统计，与同期数据对比，结果显示：f-CaO及合格率、熟料率值变化不明显，熟料立升重上升102g/L，熟料3d强度下降1.10MPa，28d强度不变。3项目经济效益估算C 公司 4 500 t/d 熟料线综合能效提升项目自2020年10月改造投运后，节能降耗效果明显，经济、环保及社会效益显著。熟料标煤耗下降8.5%，熟料综合电耗降低14.0%。一年节约原煤2.88万t，节电2295万 kWh，按原煤平均价格 600元/t、电价 0.7元算，煤电耗节约3335万元；NOx排放控制在同等目标值情况下，氨水使用量下降40%左右，减少氮氧化物排放约960 t/a，节约氨水消耗2412 t/a，按照单价550元/t计算，直接经济效益132万元。4结语为积极响应国家“双碳”政策的号召，以C公司4500t/d水泥熟料生产线为示范项目，通过对核心技术装备的优化设计以及新材料新技术新装备的应用，对原老旧生产线进行升级改造，不仅有效降低了生产线的能耗，提升了生产线效率，同时还降低了环保排放指标，极大助力了水泥行业的绿色低碳发展。但同时值得注意的是，目前通过对老线的综合能效提升技改，单位产品综合能耗优于2级能耗限额等级，要达到1级的标准，还有待后续项目的持续优化提升以及“四新”技术的进一步开发与应用。参考文献1 李 丹，郑 伟，刘彦伟.“双碳”背景下水泥行业发展之路J.中国水泥，2022.05:82-84.2 韩 力,何光明,李寅明,等.双碳目标下水泥行业碳减排策略J.水泥，2022.02：1-33 许伟强.4500t/d水泥熟料生产线第三代篦冷机改四代的实践J.今日制造与升级，2022.06:86-88.4 侯振光,许龙旭,刘占元,等.5000t/d水泥熟料生产线篦冷机的升级改造J.水泥技术，2022.02:13-17.5 李万景,刘 潥,高相东.耐高温气凝胶绝热材料的研究进展J.佛山陶瓷，2022.05:1-3.6 唐永强.水泥余热发电的综合能效提升技术J.科学技术创新，2020.12:40-50.（编辑：刘翠荣）（收稿日期：2023-04-07）生产技术詹家干，等：4 000 t/d水泥产线能效提升创新实践与评价-25