新型干法水泥熟料生产过程节能减排技术应用
1.节能技术概况介绍
我国建材行业能耗约占全国能耗总量和工业部门能耗总量的7%和10%，建材行业废气排放总量占全国工业废气排放总量的18%。水泥工业的能源消耗、二氧化碳排放量均占建材行业的70%以上[1]。据2011年1～12月青海省能源统计进度监测资料，青海省建材行业能耗占全省能耗的7.89%。
水泥行业是青海省六大高耗能行业之一，它对青海省“十二五”期间完成节能减排指标有较大影响。青海省是长江、黄河、澜沧江的发源地，生态环境脆弱，是国家重要的生态屏障区域。因此在水泥生产企业中采用先进的节能减排技术，对降低能耗、减少污染和保护青海生态具有重要意义。
国内外水泥行业企业都越来越重视节能减排技术的应用。例如：采用先进的六级预热器带高效分解炉的预分解技术、两档支撑的短回转窑、大推力的煤粉燃烧器、第四代行进式无漏料篦式冷却机等新技术，均可大幅降低水泥熟料的烧成热耗，实现水泥熟料烧成系统的大幅节能减排[2]。又如采用富氧燃烧技术，能够更好地降低吨熟料煤耗和增产[3]。至于水泥工业窑炉的高温烟气，则采用了余热发电、物料烘干、低温烟气生产热水等技术，以充分利用其余热，做到“合理组织能量梯级利用”[4]。
其中，水泥窑余热发电利用窑头、窑尾的废气余热，实现热能向电能转换，达到节能减排和降低水泥生产成本的目的[5]。此外还有对产品和原料的改进，在利用工业废物的同时可减少烧成热耗[6，7]。还有SNCR脱硝技术可以较大程度的降低窑尾烟气中NOx的浓度，具有很高的的环保效益及社会效益，值得在水泥行业进行大范围推广应用[8，9]。本文以青海互助金圆水泥有限公司(以下简称“金圆公司”)水泥熟料生产线为例，计算4500t/d熟料线生产中的物质流、能量流，分析其节能减排关键环节，提出水泥熟料生产的工艺组合节能减排技术方案。
1新型干法水泥熟料生产过程物质流及减排关键环节
以金圆公司4500t/d熟料生产线为例，进行物质流计算。计算以1h为基准，通过理论计算得到物质流见图1。
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分析图1可以看出，新型干法水泥熟料生产中主要的减排环节如下。
(1)减少预热器出口飞灰量。预热器出口飞灰量为23.25t/h，必须减少排放，并回收利用。
(2)窑头飞灰回收利用。窑头飞灰量大约为5.888t/h，这部分飞灰大部分通过干扰式分离器回收后打回熟料库，但窑头排空气体中的粉尘含量(标况)仍达50mg/m3，而国家标准(标况)为30mg/m3,需要对窑头除尘技术做改进。
(3)减少氮氧化物的排放。预热器出口处烟气含有氮氧化物(标况)为790mg/m3，而国家排放标准(标况)为400mg/m3，需要脱硝减排。
(4)生产过程中每小时消耗生料287.381t，其中石灰石就消耗了223.295t，可以考虑用工业废渣替代部分原料，以减少天然原料的消耗，同时可使工业废渣变废为宝。
2新型干法水泥熟料生产过程能量流及节能关键环节
2.1能量流
同样，以金圆公司4500t/d水泥熟料生产线为例，进行能量流计算。计算以每小时耗能为基准，通过理论计算得到能量流见图2。
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2.2能源利用关键环节
从图2可以看出，该线生产中的能量利用关键环节包括以下几个方面：
(1)预热器出口废气温度达到350℃，带走热量为172568.225MJ/h，较大，需要回收利用。
(2)窑头余风温度达到400℃，带走热量为106607.625MJ/h，较大，需要回收利用。
(3)烧成系统需要大量的热能，由煤粉燃烧提供686，647.5MJ/h，如何提高煤粉燃烧效率非常重要。
(4)SP炉出口废气温度还有205℃，该股热气经管道散热进入原料磨的温度可达185℃，带入的热量为88430.628MJ/h，可以回收利用。
(5)篦冷机出口废气温度达到250℃左右，其带走热量大概为25324.84MJ/h，可以回收利用。
3熟料生产资源能源利用方案
结合上述节能减排关键环节的分析，从金圆水泥公司生产全流程优化角度，综合考虑生产技术、资源能源综合利用技术和末端治理技术间的配套关系，提出先进节能减排技术的工艺组合方案，见图3。
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(1)矿石开采工序：采用矿山生态恢复技术，植物喷浆，减少扬尘，恢复生态。
(2)原料工序：采用工业废料替代原料技术，降低原料消耗，减少工业废料的排放。
(3)熟料煅烧工序：采用风机变频技术，降低电耗;采用富氧燃烧技术，提高燃烧效率，节约煤耗;采用纯低温余热发电技术，回收大量热能，返回系统使用;采用废气余热烘干原燃料技术，包括SP炉出口废气烘干原料和篦冷机出口废气烘干煤粉，提高能量利率，减少煤耗。
(4)净化工序：采用脱硝技术对烟气进行净化，减少氮氧化物的排放;采用窑头电改袋技术，减少原料的损失，进一步降低排空气体中的含尘量。
(5)余热发电：采用污水处理和循环水利用技术，实现污水零排放，并且降低新鲜水的消耗。
4节能减排效果和经济效益
金圆公司应用以上节能减排技术的工艺组合方案，按照每吨熟料产品为基准，可实现的节能减排效果和经济效益计算分别见表1和表2。
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5结论
通过对金圆公司4500t/d水泥熟料生产线进行物质流和能量流计算，得到了相关的资源及能源利用关键环节，提出了水泥生产节能减排技术工艺组合方案。该企业采用这一方案，每年节煤57680t、节电523.6万kWh、节水12.852万m3、碳减排46200t、NOx减排60%，每年可为企业产生经济效益4822.8万元。
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