1 節(jié)能技術(shù)概況介紹
我國(guó)建材行業(yè)能耗約占全國(guó)能耗總量和工業(yè)部門能耗總量的7%和10%，建材行業(yè)廢氣排放總量占全國(guó)工業(yè)廢氣排放總量的18%。水泥工業(yè)的能源消耗、二氧化碳排放量均占建材行業(yè)的70%以上[1]。據(jù)2011年1～12月青海省能源統(tǒng)計(jì)進(jìn)度監(jiān)測(cè)資料，青海省建材行業(yè)能耗占全省能耗的7.89%。
水泥行業(yè)是青海省六大高耗能行業(yè)之一，它對(duì)青海省“十二五”期間完成節(jié)能減排指標(biāo)有較大影響。青海省是長(zhǎng)江、黃河、瀾滄江的發(fā)源地，生態(tài)環(huán)境脆弱，是國(guó)家重要的生態(tài)屏障區(qū)域。因此在水泥生產(chǎn)企業(yè)中采用先進(jìn)的節(jié)能減排技術(shù)，對(duì)降低能耗、減少污染和保護(hù)青海生態(tài)具有重要意義。
國(guó)內(nèi)外水泥行業(yè)企業(yè)都越來越重視節(jié)能減排技術(shù)的應(yīng)用。例如：采用先進(jìn)的六級(jí)預(yù)熱器帶高效分解爐的預(yù)分解技術(shù)、兩檔支撐的短回轉(zhuǎn)窯、大推力的煤粉燃燒器、第四代行進(jìn)式無(wú)漏料篦式冷卻機(jī)等新技術(shù)，均可大幅降低水泥熟料的燒成熱耗，實(shí)現(xiàn)水泥熟料燒成系統(tǒng)的大幅節(jié)能減排[2]。又如采用富氧燃燒技術(shù)，能夠更好地降低噸熟料煤耗和增產(chǎn)[3]。至于水泥工業(yè)窯爐的高溫?zé)煔?，則采用了余熱發(fā)電、物料烘干、低溫?zé)煔馍a(chǎn)熱水等技術(shù)，以充分利用其余熱，做到“合理組織能量梯級(jí)利用”[4]。
其中，水泥窯余熱發(fā)電利用窯頭、窯尾的廢氣余熱，實(shí)現(xiàn)熱能向電能轉(zhuǎn)換，達(dá)到節(jié)能減排和降低水泥生產(chǎn)成本的目的[5]。此外還有對(duì)產(chǎn)品和原料的改進(jìn)，在利用工業(yè)廢物的同時(shí)可減少燒成熱耗[6，7]。還有SNCR 脫硝技術(shù)可以較大程度的降低窯尾煙氣中NOx的濃度，具有很高的的環(huán)保效益及社會(huì)效益，值得在水泥行業(yè)進(jìn)行大范圍推廣應(yīng)用[8，9]。本文以青?；ブ饒A水泥有限公司(以下簡(jiǎn)稱“金圓公司”)水泥熟料生產(chǎn)線為例，計(jì)算4500t/d熟料線生產(chǎn)中的物質(zhì)流、能量流，分析其節(jié)能減排關(guān)鍵環(huán)節(jié)，提出水泥熟料生產(chǎn)的工藝組合節(jié)能減排技術(shù)方案。
1 新型干法水泥熟料生產(chǎn)過程物質(zhì)流及減排關(guān)鍵環(huán)節(jié)
以金圓公司4500t/d熟料生產(chǎn)線為例，進(jìn)行物質(zhì)流計(jì)算。計(jì)算以1h為基準(zhǔn)，通過理論計(jì)算得到物質(zhì)流見圖1。
分析圖1可以看出，新型干法水泥熟料生產(chǎn)中主要的減排環(huán)節(jié)如下。
(1)減少預(yù)熱器出口飛灰量。預(yù)熱器出口飛灰量為23.25t/h，必須減少排放，并回收利用。
(2)窯頭飛灰回收利用。窯頭飛灰量大約為5.888t/h，這部分飛灰大部分通過干擾式分離器回收后打回熟料庫(kù)，但窯頭排空氣體中的粉塵含量(標(biāo)況)仍達(dá)50mg/m3，而國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(標(biāo)況)為30mg/m3,需要對(duì)窯頭除塵技術(shù)做改進(jìn)。
(3)減少氮氧化物的排放。預(yù)熱器出口處煙氣含有氮氧化物(標(biāo)況)為790mg/m3，而國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)(標(biāo)況)為400mg/m3，需要脫硝減排。
(4)生產(chǎn)過程中每小時(shí)消耗生料287.381t，其中石灰石就消耗了223.295t，可以考慮用工業(yè)廢渣替代部分原料，以減少天然原料的消耗，同時(shí)可使工業(yè)廢渣變廢為寶。
2 新型干法水泥熟料生產(chǎn)過程能量流及節(jié)能關(guān)鍵環(huán)節(jié)
2.1 能量流
同樣，以金圓公司4500t/d水泥熟料生產(chǎn)線為例，進(jìn)行能量流計(jì)算。計(jì)算以每小時(shí)耗能為基準(zhǔn)，通過理論計(jì)算得到能量流見圖2。
2.2 能源利用關(guān)鍵環(huán)節(jié)
從圖2可以看出，該線生產(chǎn)中的能量利用關(guān)鍵環(huán)節(jié)包括以下幾個(gè)方面：
(1)預(yù)熱器出口廢氣溫度達(dá)到350℃，帶走熱量為172568.225MJ/h，較大，需要回收利用。
(2)窯頭余風(fēng)溫度達(dá)到400 ℃，帶走熱量為106607.625MJ/h，較大，需要回收利用。
(3)燒成系統(tǒng)需要大量的熱能，由煤粉燃燒提供686 647.5 MJ/h，如何提高煤粉燃燒效率非常重要。
(4)SP爐出口廢氣溫度還有205℃，該股熱氣經(jīng)管道散熱進(jìn)入原料磨的溫度可達(dá)185℃，帶入的熱量為88430.628MJ /h，可以回收利用。
(5)篦冷機(jī)出口廢氣溫度達(dá)到250℃左右，其帶走熱量大概為25324.84MJ/h，可以回收利用。
3 熟料生產(chǎn)資源能源利用方案
結(jié)合上述節(jié)能減排關(guān)鍵環(huán)節(jié)的分析，從金圓水泥公司生產(chǎn)全流程優(yōu)化角度，綜合考慮生產(chǎn)技術(shù)、資源能源綜合利用技術(shù)和末端治理技術(shù)間的配套關(guān)系，提出先進(jìn)節(jié)能減排技術(shù)的工藝組合方案，見圖3。
(1)礦石開采工序：采用礦山生態(tài)恢復(fù)技術(shù)，植物噴漿，減少揚(yáng)塵，恢復(fù)生態(tài)。
(2)原料工序：采用工業(yè)廢料替代原料技術(shù)，降低原料消耗，減少工業(yè)廢料的排放。
(3)熟料煅燒工序：采用風(fēng)機(jī)變頻技術(shù)，降低電耗;采用富氧燃燒技術(shù)，提高燃燒效率，節(jié)約煤耗;采用純低溫余熱發(fā)電技術(shù)，回收大量熱能，返回系統(tǒng)使用;采用廢氣余熱烘干原燃料技術(shù)，包括SP爐出口廢氣烘干原料和篦冷機(jī)出口廢氣烘干煤粉，提高能量利率，減少煤耗。
(4)凈化工序：采用脫硝技術(shù)對(duì)煙氣進(jìn)行凈化，減少氮氧化物的排放;采用窯頭電改袋技術(shù)，減少原料的損失，進(jìn)一步降低排空氣體中的含塵量。
(5)余熱發(fā)電：采用污水處理和循環(huán)水利用技術(shù)，實(shí)現(xiàn)污水零排放，并且降低新鮮水的消耗。
4 節(jié)能減排效果和經(jīng)濟(jì)效益
金圓公司應(yīng)用以上節(jié)能減排技術(shù)的工藝組合方案，按照每噸熟料產(chǎn)品為基準(zhǔn)，可實(shí)現(xiàn)的節(jié)能減排效果和經(jīng)濟(jì)效益計(jì)算分別見表1和表2。
5 結(jié)論
通過對(duì)金圓公司4500t/d水泥熟料生產(chǎn)線進(jìn)行物質(zhì)流和能量流計(jì)算，得到了相關(guān)的資源及能源利用關(guān)鍵環(huán)節(jié)，提出了水泥生產(chǎn)節(jié)能減排技術(shù)工藝組合方案。該企業(yè)采用這一方案，每年節(jié)煤57680t、節(jié)電523.6萬(wàn)kWh、節(jié)水12.852萬(wàn)m3、碳減排46 200 t、NOx減排60%，每年可為企業(yè)產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益4822.8萬(wàn)元。
