中國(guó)水泥網(wǎng)高級(jí)顧問(wèn)賈華平：水泥窯富氧燃燒需要辯證思維

當(dāng)前，由于水泥需求下滑，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)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(lái)收到越來(lái)越多水泥企業(yè)的關(guān)注。

日前，在中國(guó)水泥網(wǎng)舉辦的“2023中國(guó)水泥節(jié)能與新能源發(fā)展大會(huì)”上，中國(guó)水泥網(wǎng)高級(jí)顧問(wèn)、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(huì)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(huì)上首先向與會(huì)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(guò)粗，希望通過(guò)富氧助燃改善對(duì)粗煤粉的適應(yīng)性。該公司沒(méi)有建設(shè)富氧系統(tǒng)，簡(jiǎn)單購(gòu)買(mǎi)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(duì)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(tái)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(méi)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(duì)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(méi)有調(diào)到最佳工況，窯頭燃燒器就出現(xiàn)了內(nèi)管磨穿問(wèn)題，燒成工況開(kāi)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(shuō)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(guó)內(nèi)水泥行業(yè)著名的大型集團(tuán)也開(kāi)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(chǎng)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(kāi)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(guò)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(guò)程中，3%以下的節(jié)煤率未必屬于富氧效果， 通過(guò)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(guò)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(duì)其一線2500 t/d線進(jìn)行了富氧煅燒技改；2021年對(duì)其二線5000t/d線進(jìn)行了富氧技改；2022年又對(duì)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?jiǎn)栴}，總體上要對(duì)企業(yè)有利，持續(xù)的進(jìn)行改造已經(jīng)說(shuō)明了問(wèn)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(tái)窯，而且還帶動(dòng)附近的臺(tái)泥廠也進(jìn)行了富氧改造，已經(jīng)能夠說(shuō)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(shì)：

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(duì)溫度，進(jìn)而提高燃燒溫度、減少傳熱過(guò)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(guó)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(méi)有發(fā)展起來(lái)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(shuō)認(rèn)真，試驗(yàn)結(jié)果可謂千差萬(wàn)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(kāi)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(guó)家科技支撐計(jì)劃、 并且已經(jīng)啟動(dòng)，但遺憾的沒(méi)了后續(xù)，對(duì)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(guó)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(guó)內(nèi)水泥行業(yè)沒(méi)有大規(guī)模用過(guò)“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(duì)當(dāng)前水泥生產(chǎn)過(guò)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(zhǎng)度不一定就增大阻力；增加電耗不一定會(huì)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(méi)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(duì)于水泥窯的富氧煅燒來(lái)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(duì)成熟，無(wú)非就是個(gè)建設(shè)投資和運(yùn)行成本問(wèn)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(shuō)，國(guó)內(nèi)第一臺(tái)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(méi)有到頂，還有兩項(xiàng)措施沒(méi)有采用，頭煤的送煤風(fēng)還沒(méi)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(huì)取得更好的 效果。