水泥行業(yè)碳減排技術(shù)的應(yīng)用
9月25日由中國(guó)水泥網(wǎng),中國(guó)混凝土與水泥制品網(wǎng)主辦,中國(guó)混凝土與水泥制品協(xié)會(huì)預(yù)拌混凝土分會(huì)支持的2014第二屆中國(guó)水泥發(fā)展論壇在浙江寧波濃重開(kāi)幕,會(huì)上中國(guó)建筑材料科學(xué)研究總院高工房晶瑞做了《水泥行業(yè)碳減排技術(shù)》的主題報(bào)告。
一.水泥行業(yè)碳減排技術(shù)—富氧燃燒
向燃燒區(qū)通入充足的氧氣,使燃料在富氧乃至純氧條件下進(jìn)行燃燒。
富氧燃燒技術(shù)優(yōu)勢(shì):提高產(chǎn)能,最大可以達(dá)到超過(guò)20%產(chǎn)能的提高根據(jù)爐窯具體情況;產(chǎn)能提高能力在5-20%之間。提高燃燒效率,燃料節(jié)省3-5%,最大可節(jié)約10%以上。當(dāng)用替代燃料時(shí),燃料節(jié)約效果更明顯 提高便利性最少的初期投入在合同簽訂的60天內(nèi),達(dá)到產(chǎn)能提高的目的在于可延長(zhǎng)耐才壽命可延, 減少煙氣中的粉塵 ,提高爐窯穩(wěn)定性。
國(guó)外水泥企業(yè)應(yīng)用富氧燃燒情況
1.燃料代替技術(shù)
替代燃料是指CO2排放因子小于標(biāo)煤的替代燃料,標(biāo)煤CO2排放因子為0.094kgCO2/Mj,而廢輪胎的排放因子為0.085kg/Mj,廢玻璃鋼為0.083kg/Mj,均低于標(biāo)煤CO2排放因子,因此使用這類替代燃料,可以降低CO2排放量。
對(duì)于浸漬木屑污泥木材、木材廢棄物農(nóng)業(yè)、有機(jī)織物廢棄物、生活垃圾篩上物等含100%生物質(zhì)碳,可不計(jì)入其CO2排放量,因此生物質(zhì)燃料的使用也可以降低CO2排放量。對(duì)于廢棄玻璃鋼10%替代傳統(tǒng)燃料,其指標(biāo)如下:
減排效果:噸熟料CO2減排量4.2kg,年減排CO2約0.63萬(wàn)噸;經(jīng)濟(jì)效益:設(shè)備投資400-500萬(wàn)元,則投資回收期為0.25-0.31年;社會(huì)效益:廢棄物回收量11.1kg/tcl,年回收廢棄玻璃鋼1.7萬(wàn)噸;示范情況:北京水泥廠利用廢棄玻璃鋼項(xiàng)目、華新秭歸自用長(zhǎng)江漂浮物項(xiàng)目等。
燃料代替技術(shù)的運(yùn)用原理
2.污泥燃料化技術(shù)
污泥燃料化技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是:1. 工藝簡(jiǎn)單,運(yùn)行容易,循環(huán)利用污泥的蒸發(fā)蒸汽,僅排出剩余蒸汽的簡(jiǎn)單工藝;2. 對(duì)惡臭氣體容易采取相應(yīng)措施,干燥機(jī)內(nèi)為微負(fù)壓,不會(huì)有惡臭氣體漏出,惡臭氣體在熱源爐內(nèi)可以得到分解;3. 干燥熱源的多樣化蒸汽、空、低溫廢氣等熱源可以得到利用。
污泥燃料化技術(shù)運(yùn)用原理
3. 協(xié)同處置廢棄物
利用窯爐高溫特性,焚毀廢物中的有害組分,并達(dá)到綜合利用的目的。
水泥窯協(xié)同處置廢棄物流程圖[Page]
根據(jù)2006年GNR的數(shù)據(jù),全球范圍內(nèi)水泥行業(yè)能源供給的7%是替代燃料,3%是生物質(zhì),剩余90%是傳統(tǒng)化石燃料。2008年德國(guó)水泥工業(yè)按全國(guó)熟料熱耗計(jì)的替代燃料對(duì)化石燃料的替代率已達(dá)58%、荷蘭81%、法國(guó)34%、比利時(shí)50%、瑞典29%、捷克45%、美國(guó)24%、日本12%。
城市生活垃圾具有一定熱值,其灰渣可用作熟料燒成原料或水泥制備混合材,因此協(xié)同處置城市生活垃圾具有一定的燃料替代率和原料替代率。
減排效果:對(duì)5000t/d新型干法線,其處理垃圾量為200t/d,即處置垃圾量占總熟料產(chǎn)量4%,其燃料替代率為5-10%,原料替代率為2-4%,則年減排CO2排放量約為0.9-1.6萬(wàn)噸;
社會(huì)效益:噸熟料回收城市生活垃圾40kg,年處置垃圾量為6萬(wàn)噸;
經(jīng)濟(jì)效益:設(shè)備投資7000-12000萬(wàn)元,以政府每噸垃圾補(bǔ)貼150元,則回收期為5-12年;
示范情況:臺(tái)灣水泥有限公司,北京金隅集團(tuán)琉璃河水泥有限公司 ,安徽銅陵海螺 ,華新等。
4.國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《水泥窯協(xié)同處置固體廢物技術(shù)規(guī)范》
標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了水泥窯協(xié)同處置固體廢物的術(shù)語(yǔ)和定義、協(xié)同處置固體廢物的鑒別和檢測(cè)、處置工藝技術(shù)和管理要求、入窯生料和水泥熟料重金屬含量限值及水泥可浸出重金屬含量限值、檢測(cè)方法及檢測(cè)頻次等。
二.水泥行業(yè)碳減排技術(shù)—預(yù)燒成技術(shù)
1.預(yù)燒成技術(shù)
回轉(zhuǎn)窯中仍存在堆積態(tài)傳熱,窯尾部分生料傳熱及反應(yīng)熱量需求與熱量供給間存在矛盾,限制了熟料燒成熱耗的降低和單機(jī)窯產(chǎn)量的提高;通過(guò)提高入窯生料活性,縮短物料在窯內(nèi)的緩慢升溫,加快后續(xù)固液相反應(yīng)。
基于熟料燒成過(guò)程中多階段形成的客觀事實(shí),提出的具有創(chuàng)新性的概念型生產(chǎn)工藝——水泥預(yù)燒成技術(shù),以期進(jìn)一步增強(qiáng)換熱效率,提高物料反應(yīng)活性,減少回轉(zhuǎn)窯熱損失和熱負(fù)荷,建立新一代,高能效水泥窯爐工藝模型。
強(qiáng)調(diào)增強(qiáng)分解爐煅燒功能,使物料全部分解反應(yīng)及部分固相反應(yīng)在分解爐中進(jìn)行;物料入窯后直接進(jìn)行后續(xù)的固相反應(yīng)和液相反應(yīng),提高反應(yīng)速率,增強(qiáng)有效傳熱,從而大幅度提高回轉(zhuǎn)窯產(chǎn)量,降低生產(chǎn)熱耗。
魯南中聯(lián)水泥有限公司2000t/d預(yù)分解窯爐進(jìn)行技術(shù)改造,以驗(yàn)證水泥預(yù)燒成技術(shù)理論成果及配套研發(fā)的多功能耐高溫材料。
減排效果:噸熟料CO2削減量約為2.0-3.7 %,5000t/d生產(chǎn)線年減排CO2約2.7-4.5萬(wàn)噸。
經(jīng)濟(jì)效益:綜合能耗降低5-10%,噸熟料運(yùn)行成本降低5.9-10.8元,設(shè)備投資3000-9000元,則回收期為1.5-9年。
三.水泥行業(yè)碳減排技術(shù)--CCUS
1.CCUS
2.ECRA
工業(yè)化應(yīng)用 2025 燃燒后捕集2030 全氧燃燒捕集成本分析(包含投資、運(yùn)輸、儲(chǔ)存)燃燒后: 50?100 €/t全氧燃燒: 40?60 €/t 。
3.水泥窯全氧燃燒技術(shù)
水泥窯全氧燃燒就是把燃料與85% ~ 100%的氧氣以及富含CO2的循環(huán)廢氣按預(yù)定燃料比混合,將其代替空氣鼓入分解爐和回轉(zhuǎn)窯爐中助燃燃料的技術(shù)。
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四.水泥行業(yè)碳減排技術(shù)——能源管控技術(shù)
1.水泥生產(chǎn)能源管控技術(shù)
以能源為核心,通過(guò)數(shù)據(jù)采集、管理、分析和應(yīng)用對(duì)水泥生產(chǎn)實(shí)時(shí)監(jiān)控、生產(chǎn)管理、設(shè)備管理、能源管理、質(zhì)量管理等進(jìn)行信息化管理,對(duì)分解爐、回轉(zhuǎn)窯、篦冷機(jī)、粉磨系統(tǒng)等重要工段進(jìn)行智能控制,形成水泥生產(chǎn)能源管控一體化技術(shù)。
數(shù)據(jù)采集
安裝數(shù)據(jù)儀表對(duì)各種能源進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè),通過(guò)多種通訊方式傳輸?shù)侥茉磾?shù)據(jù)服務(wù)器
數(shù)據(jù)管理和分析
對(duì)海量的能源數(shù)據(jù)進(jìn)行整理和統(tǒng)計(jì),實(shí)時(shí)對(duì)能耗進(jìn)行管理,并發(fā)現(xiàn)能耗異常情況,對(duì)能耗的各種影響因素進(jìn)行分析,自動(dòng)需找能效薄弱環(huán)節(jié)。
生產(chǎn)報(bào)表和指標(biāo)
生成幾十種報(bào)表,如:能耗報(bào)表、能源費(fèi)用報(bào)表、碳排放報(bào)表、能源成本分?jǐn)倛?bào)表、節(jié)能效果報(bào)表。生成企業(yè)所關(guān)注的關(guān)鍵能耗指標(biāo),提升能源管理水平。
實(shí)時(shí)高效數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)
以國(guó)外主流實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)為基礎(chǔ),結(jié)合國(guó)內(nèi)用戶的具體情況自主研發(fā)VEGOO實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng);
智能點(diǎn)檢儀技術(shù)
具有振動(dòng)、溫度信號(hào)的自動(dòng)測(cè)量與采集技術(shù),數(shù)據(jù)錄入技術(shù),點(diǎn)檢定位管理技術(shù)。
非線性模型預(yù)測(cè)控制技術(shù)
通過(guò)預(yù)測(cè)模型來(lái)預(yù)估過(guò)程未來(lái)的偏差值,以滾動(dòng)優(yōu)化確定當(dāng)前的最優(yōu)輸入策略
基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜過(guò)程建模技術(shù)
解決水泥生產(chǎn)過(guò)程中的大數(shù)據(jù)、多變量、非線性、大時(shí)滯、多耦合等過(guò)程建模問(wèn)題,建立精確的數(shù)學(xué)模型
基于逆向差分的不可測(cè)干擾抑制技術(shù),預(yù)先調(diào)節(jié)操縱變量,實(shí)現(xiàn)超前調(diào)節(jié)。
五.水泥行業(yè)碳減排技術(shù)—余熱發(fā)電
1.余熱發(fā)電技術(shù)
通過(guò)余熱回收裝置——余熱鍋爐將水泥窯窯頭、窯尾排出大量的廢氣余熱進(jìn)行熱交換回收,產(chǎn)生過(guò)熱蒸汽推動(dòng)汽輪機(jī)實(shí)現(xiàn)熱能向機(jī)械能的轉(zhuǎn)換,從而帶動(dòng)發(fā)電機(jī)工作的技術(shù)。
現(xiàn)階段我國(guó)實(shí)行的純低溫余熱發(fā)電技術(shù)的熱力系統(tǒng)方案有以下三種:?jiǎn)螇合到y(tǒng)、雙壓系統(tǒng)和閃蒸系統(tǒng)。從理論上分析三種系統(tǒng)的發(fā)電效率和余熱回收效率:采用單壓系統(tǒng),產(chǎn)生主蒸汽后的煙氣低溫廢氣余熱無(wú)法利用,導(dǎo)致窯頭預(yù)熱鍋爐的排煙溫度較高,余熱沒(méi)有得到充分利用,發(fā)電效率較低;采用雙壓?jiǎn)螛O補(bǔ)氣系統(tǒng),可余熱按不同能級(jí)得到充分利用,發(fā)電能力最高;采用復(fù)合閃蒸系統(tǒng)其發(fā)電能力和余熱利用水平和雙壓系統(tǒng)相當(dāng)。
2.高效篦冷機(jī)熱回收技術(shù)
第三代篦冷機(jī)在冷卻效率、冷卻效果、液壓傳動(dòng)、自控系統(tǒng)等方面都有了長(zhǎng)足的進(jìn)步。
第三代篦冷機(jī)缺點(diǎn):冷風(fēng)難于透過(guò)粉狀熟料料層,未冷卻的熟料量增多,冷卻效率低,設(shè)備事故率高,結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜。20世紀(jì)90年代末期,F(xiàn)LSmidth公司推出了推動(dòng)棒式冷卻機(jī),篦床完全固定,篦床下安裝了機(jī)械空氣流量控制閥調(diào)整充氣和熟料層的風(fēng)量分配,以及獨(dú)立的推料單元。
3.高效煅燒技術(shù)
減排效果:多通道燃燒器一次風(fēng)用量較低,約為7%-10%,較傳統(tǒng)燃燒器低4%-11%,熟料燒成熱耗降低33-138kj/kg,即降低1-4% ,噸熟料減排CO2約3-12kg,年減排CO2量0.45-1.35萬(wàn)噸。
經(jīng)濟(jì)效益:采用高效燃燒器技術(shù)運(yùn)行成本降低1-4元/t熟料,增加初次投資30萬(wàn)元,則投資回收期為0.05-0.2 年。
示范情況:目前50%左右的水泥生產(chǎn)企業(yè)都采用了此技術(shù),如魯中水泥廠等。
六.水泥行業(yè)碳減排技術(shù)—立磨技術(shù)
立磨技術(shù)
減排效果:較傳統(tǒng)圈流球磨水泥粉磨技術(shù)單位產(chǎn)品電耗40kwh/t水泥,立磨終粉磨水泥技術(shù)單位產(chǎn)品,電耗在27-35kwh/t,節(jié)電約12.5~32.5%。
經(jīng)濟(jì)效益:采用立磨終粉磨水泥技術(shù)運(yùn)行成本降低2.5-6.5元/t熟料,其投資為4000萬(wàn)元-7000萬(wàn)元,則投資回收期為3-13年。
示范情況:湖北亞?wèn)|、云南東駿、四川星船城等水泥公司。
在水泥生產(chǎn)中,傳統(tǒng)的粉磨系統(tǒng)是球磨機(jī),而當(dāng)立磨出現(xiàn)以來(lái),便以獨(dú)特的粉磨原理克服了球磨機(jī)粉磨的諸多缺陷 ,同時(shí)集中碎、粉磨、烘干、選粉、運(yùn)輸?shù)裙δ苡谝惑w。
第一臺(tái)立磨是上個(gè)世紀(jì)二十年代在德國(guó)研制出來(lái)的。
立磨的類型很多,結(jié)構(gòu)和功能各有特色,但基本結(jié)構(gòu)大同小異,它們都具有傳動(dòng)裝置、磨盤、磨輥、噴口環(huán)、液壓拉伸裝置、選粉裝置、潤(rùn)滑系統(tǒng)、機(jī)殼等,其主要工作原理也基本相同。
七.水泥行業(yè)碳減排技術(shù)—原料替代
原料替代技術(shù)
通過(guò)采用電石渣、高鈣粉煤灰等含CaO的廢物替代石灰石,用于水泥熟料生產(chǎn),可減少CO2排放。依據(jù)替代原料成分和替代量,CO2減排量在10~400 kg/t之間變化。假設(shè)CO2減排量原料替代比例為30%,CO2減排量為153 kg/t熟料。替代原料的單位價(jià)格比天然原料低50%左右,能有效降低熟料生產(chǎn)成本,增加水泥生產(chǎn)企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。應(yīng)用案例:都江堰拉法基水泥、唐山冀東、北京新北水。
編輯:韓慧敏
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