多措并舉降低回轉窯熟料能耗

摘要：為響應國家“雙碳政策”號召，降低熟料綜合能耗，2021年和2022年通過采取替代原材煤矸石和電石渣的使用，替代燃料廢塑料的使用，生料助磨劑和節煤劑的使用，回轉窯系統性改造，節能優化項目實施等一系列有效的節能降耗措施，在噸熟料標煤耗和熟料單位綜合能耗方面均實現突破，其中熟料單位綜合

能耗下降到99.72kg/t,并達到國內先進水平。

0引言

我公司現有一條4500t/d新型干法水泥熟料生產線，由天津水泥設計院設計建設，采用雙系列預熱器及TTF型分解爐，回轉窯規格為φ4.8m×72m,篦冷機為TCFC5500第四代篦冷機，于2013年10月29日投產，投產后噸熟料的標煤耗在一直在100kg/t左右。

2021年水泥控股集團號召國家“雙碳政策”,并落實到各水泥生產基地，自主實行熟料綜合能耗下降，我公司結合控股集團的降碳減排精神，制定明確的目標和具體的減排方案，并通過2021年、2022年兩年的時間，實現噸熟料標煤耗下降到95kg/t以下，熟料單位產品綜合能耗達到GB16780-2021《水泥單位產品能源消耗限額》新標準100kg/的先進水平。

1方案制定

我公司結合回轉窯自身的條件和周邊原燃材料的狀況，從兩個途徑人手來降低熟料能耗：一是化學途徑主要包括替代原燃材料和和化學機理優化具體方案見表1，二是物理途徑主要包括系統性改造和節能優化，具體方案見表2。

2方案實施

2.1替代原材煤研石和電石渣的使用

2.1.1使用煤研石和電石渣降低熟料能耗的理論依據按理論計算在生料環節每配入418kJ（100kcal）帶熱量的原料，標煤耗可下降0.22kg，當地煤研石的熱值在5852kJ（1400kcal）左右，理論對降低煤耗效果明顯。配料中加人的電石渣富含Ca（OH）2的分解溫度只有500℃，而石灰石（CaC0，）分解溫度達850℃，分解過程中每摩爾Ca（OH）2比石灰石所需吸收的熱量少111.9kJ/mol熱能。

兩者分解熱化學反應式為：

CaCO，（固）=Ca0（固）+CO,（氣）↑-177.7kJ/mol

Ca（OH）²（固）=Ca0（固）+H,0（氣）↑-65.17kJ/mol

2.1.2資源尋找和原料選定及配料中的使用

我公司結合周邊可利用的替代原材料，市場調研后發現山西長治當地有豐富的煤研石資源，2020年長治產出煤石1300萬t，可綜合利用為800萬t。距離我公司約5km的長治市霍家工業園區，每年產生約50萬t的電石渣，完全能夠滿足我廠所需。最終選定進廠煤研石和電石渣指標見表3、4，化學成分見表5。

選定進廠煤石和電石渣后，結合我公司在生料配料方面原有經驗，充分利用周邊可利用的資源，主要選取周邊的工業廢渣，在降低生產成本同時，減少社會環境的污染，生料配料的原料化學分析見表6。

為防止煤石中帶人的硫，導致預熱器系統結皮加重，明確提出控制硫堿比，在使用煤石前明確規定熟料硫堿比<1，并結合回轉窯的實際熳燒情況，先確定生料、熟料的三率值，再反推生料配料方案。

生料、熟料化學全分析見表7。

生料、熟料硫堿比計算對比見表8。

最終確定生料配料方案見表9。

2.2替代燃料廢塑料的使用

我公司在在替代燃料尋源的過程中，發現長治當地有一家化工廠生產廢塑料，每天產量在40t左右，取樣檢測干燥基熱值在29260kJ/kg（7000kcal/kg）以上，價格比進廠原煤便宜一半以下，含稅進廠價格為600元/t，在確定使用方案后，與供應廠家協商后確定供應量和具體進廠指標見表10。

具體使用方案，選定加人的位置，為分解爐煤管上方一米處，同時為確保廢塑料的完全充分燃燒，規定進廠粒度10mm，并安裝供料小倉和穩定喂料可調速回轉下料器，能夠連續穩定的加人1t/h的替代燃料廢塑料，每天可少用煤粉25t左右，具體方案見圖1。

2.3生料助磨劑和節煤劑的使用

2.3.1使用生料助磨劑和節煤劑降低熟料能耗的理論依據

生料助磨劑經巧妙設計利用煙氣中的SO2，驅動產品與碳酸鈣反應生成有機酸鈣，同時生成礦化劑物質。生成的有機酸鈣覆膜，能夠降低碳酸鈣的活化能，提高生料分解速率，起到改善生料易燒性和降低煤耗的作用，且產品自身干基熱值>8360kJ/kg（2000kcal/kg）。節煤劑是采用化學復合技術，將催化劑、改性劑、助燃劑、消煙劑、固硫劑、膨化劑等復合制成節煤劑。將本節煤劑添加到燃煤中，各化學組分同時氣化形成混合氣體，產生離子交換，會將應當排放出去的煙氣形成易燃的水煤氣并參與燃燒。從而提高燃燒效率，達到節煤的效果。

2.3.2生料磨助磨劑在生料磨和節煤劑在煤磨的現場使用

生料助磨劑使用量為1.4%o，加入的位置在石灰石皮帶秤上，節煤劑使用量為1.2%，加入的位置在原煤皮帶秤上。兩劑使用后生料磨產量明顯提升，生料易燒性明顯變好，回轉窯臺時產量提高，煤耗下降，熟料3d、28d強度均有所提高，煤耗略有下降，具體對比數據見表11。

2.4回轉窯系統性改造

（1）因原噴煤管旋流強度偏弱，對煤粉的打散程度以及與高溫二次風的混合程度均不足，對煤質波動的適應性差，影響煤粉的燃燒速度和燃煨率，導致黑火頭長，火力不集中，頂料能力差，提產困難，游離鈣高，火焰延伸力差，主窯皮19m偏短等癥狀，利用2021年2月份冬季大修期間，對噴煤管進行正對性技改，同時對分解爐分解爐進行擴徑，由2400mm擴到2550mm。兩項性能技改后，回轉窯日產量提高150t，同時預熱器系統阻力下降，C,出口溫度由305℃下降到295℃。煤管技改前、后對比見圖

（2）因篦冷機運行多年，沒有進行過大修，密封鋁板和凹凸密封磨損嚴重及四連桿關節軸承磨損嚴重，篦冷機運行時，阻力過大，液壓泵在報警狀態工作，為保證篦冷機的安全運行，篦速提高到最高次，盡可能地降低篦冷機料層厚度，從而出現冷卻風的短路，導致二、三次風溫偏低，入余熱發電AQC鍋爐溫度偏低，對窯系統的穩定運行和熟料能耗均有影響。2021年12月冬季大修期間，對篦冷機進行了大修，鋁板、凹凸密封、四連桿關節軸承及風室隔板全部更換，維修后篦冷機篦速由5.5r/min降到4.2r/min，二、三次風溫均上升30℃以上，余熱發電AQC鍋爐溫度由395℃上升到410℃，噸熟料余熱發電量上升3kWh/t以上，篦冷機大修后，對窯系統穩定和熟料能耗下降均有體現。

2.5節能優化項目實施

（1）我公司2021年9月份對高溫風機進行節能技改，風機整體更換上海瑞晨節能風機，更換后電耗下降明顯，噸熟料高溫風機電耗由6.90kW·h/下降到5.52kW·h/t，全年可節約150萬kW·h。

（2）新型保溫材料的使用，在2021年和2022年大修期間，更換分解爐、預熱器C4和Cs、三次風管、窯頭罩耐火材料時保溫隔熱材料全部使用新型保溫材料-納米保溫材料，使用后效果良好，較更換前對比，整體溫度下降均在70℃左右。兩項節能優化項目均對熟料能耗下降起到一定的作用。

3使用效果

通過兩年的節能降耗的穩步推進，我公司在噸熟料標煤耗和熟料單位綜合能耗上均有大的突破，其中噸熟料標煤耗由99.81kg/t下降到94.34kg/t，熟料單位綜合能耗由106.2kg/t下降到99.72kg/t。具體數據見圖3。

4結束語

我國力爭于2030年前達到峰值，努力爭取2060年前實現碳中和。并明確提出構建綠色低碳循環發展經濟體系、提升能源利用效率、提高非化石能源消費比重、降低二氧化碳排放水平、提升生態系統碳匯能力五大主要目標。我公司響應國家的號召，并通過有效的措施，實現熟料的能耗下降，同時達到國家先進水平，為保持國家的青山綠水作貢獻，同時為企業的發展邁出堅實的一步

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