水泥低能耗先進(jìn)燒成技術(shù)研究與應(yīng)用

馬嬌媚，彭學(xué)平，狄東仁，趙亮，陳昌華，李波，王偉

1 概述

水泥是國(guó)民經(jīng)濟(jì)重要的基礎(chǔ)原材料，也是典型的高耗能產(chǎn)品，2014年我國(guó)能源總消耗量為37.6億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，水泥產(chǎn)業(yè)能源消耗總量約為1.87億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，占全國(guó)能源消耗總量的4.97%，占建材行業(yè)能源消耗總量的65%，其中水泥窯系統(tǒng)能耗約占水泥生產(chǎn)能耗的90%，如何降低水泥燒成系統(tǒng)的能耗、提升燒成技術(shù)的水平成為水泥工業(yè)發(fā)展的重中之重。目前，中國(guó)水泥總產(chǎn)能占世界總產(chǎn)能的50%以上，2016年發(fā)布的《建材工業(yè)“十三五”發(fā)展指導(dǎo)意見(jiàn)》指出，到2020年60%的水泥生產(chǎn)線要達(dá)到世界領(lǐng)先水平。截至2018年底，全國(guó)新型干法水泥生產(chǎn)線累計(jì)1 681條（注：剔除部分2 018年已拆除生產(chǎn)線），設(shè)計(jì)熟料產(chǎn)能18.2億噸，實(shí)際年熟料產(chǎn)能依舊超過(guò)20億噸（產(chǎn)能總量與2017年相當(dāng)），產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整取得突破性進(jìn)展，通過(guò)自主創(chuàng)新取得了一批對(duì)行業(yè)技術(shù)進(jìn)步有重大影響的成果。

天津水泥工業(yè)設(shè)計(jì)研究院有限公司幾十年來(lái)一直致力于促進(jìn)水泥工業(yè)技術(shù)的進(jìn)步，2012年“第二代新型干法水泥生產(chǎn)線技術(shù)與裝備的研究開(kāi)發(fā)”科研項(xiàng)目正式立項(xiàng)，對(duì)水泥生產(chǎn)線的關(guān)鍵技術(shù)及裝備進(jìn)行優(yōu)化研究，最大化地實(shí)現(xiàn)水泥生產(chǎn)的節(jié)能減排。2013年承擔(dān)了國(guó)家建筑材料行業(yè)科技創(chuàng)新計(jì)劃《高能效低氮預(yù)熱預(yù)分解及先進(jìn)燒成技術(shù)》項(xiàng)目。2015年又承擔(dān)了天津市科技小巨人領(lǐng)軍企業(yè)培育重大項(xiàng)目《低能耗環(huán)境友好型新型干法水泥技術(shù)與裝備研發(fā)》，獲得500萬(wàn)元項(xiàng)目經(jīng)費(fèi)支持。低能耗先進(jìn)燒成技術(shù)的基礎(chǔ)研究和科研創(chuàng)新工作取得顯著成效。

2 基礎(chǔ)理論和研究測(cè)試平臺(tái)

我們調(diào)研了國(guó)內(nèi)外水泥生產(chǎn)線的情況，綜合公司設(shè)計(jì)或標(biāo)定的幾百條水泥生產(chǎn)線的能耗環(huán)保數(shù)據(jù)，分析了國(guó)內(nèi)外水泥技術(shù)尤其是燒成技術(shù)的發(fā)展情況，檢索了史密斯、伯利休斯、洪堡等公司近萬(wàn)條專利，跟蹤了生產(chǎn)技術(shù)動(dòng)態(tài)和市場(chǎng)需求動(dòng)態(tài)，累積了基礎(chǔ)資料。截至目前，5 500t/d規(guī)模生產(chǎn)線平均熱耗為2 967.8～3 051.4kJ/kg熟料，分級(jí)燃燒脫硝比例為17%～33%，國(guó)內(nèi)與國(guó)外水泥燒成技術(shù)相比存在一定差距，尤其是在能耗、環(huán)保和資源協(xié)同方面，過(guò)去未能引起足夠的重視。根據(jù)工程實(shí)踐、試驗(yàn)研究，我們研發(fā)了新一代新型高效節(jié)能環(huán)保的低能耗先進(jìn)燒成技術(shù)。開(kāi)展研發(fā)的主要理論依據(jù)為：

（1）窯爐能量分布研究及控制理論。利用現(xiàn)代流體力學(xué)、燃燒動(dòng)力學(xué)、熱力學(xué)等理論，開(kāi)展對(duì)燃料特性的研究，指導(dǎo)懸浮預(yù)熱器和分解爐的改進(jìn)。在大顆粒熟料錯(cuò)流換熱理論研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合高溫物料輸送的要求，開(kāi)展篦冷機(jī)的研究。

圖1 旋風(fēng)筒實(shí)驗(yàn)

圖3 冷卻機(jī)樣機(jī)實(shí)驗(yàn)

（2）固氣二相流理論。針對(duì)顆粒流體系統(tǒng)，研究水泥生料的懸浮預(yù)熱、流態(tài)化均化、氣力輸送、換熱、分離等設(shè)備的機(jī)理，從氣固傳質(zhì)傳熱的角度優(yōu)化預(yù)熱器、回轉(zhuǎn)窯等。

（3）燃燒與污染控制理論。建立了煤焦燃燒模型、碳酸鈣分解模型、脫硝反應(yīng)模型，形成了典型的數(shù)學(xué)計(jì)算公式，并通過(guò)CFD進(jìn)行了數(shù)值模擬，為節(jié)能減排創(chuàng)造了實(shí)驗(yàn)條件。

基于以上理論，公司搭建了多個(gè)單體設(shè)備的實(shí)驗(yàn)室（如圖1～4所示），包括旋風(fēng)筒風(fēng)管實(shí)驗(yàn)平臺(tái)、篦板阻力實(shí)驗(yàn)平臺(tái)、冷卻機(jī)樣機(jī)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)以及數(shù)值仿真實(shí)驗(yàn)室，進(jìn)行了大量的冷模、熱模、數(shù)值仿真研究實(shí)驗(yàn)，此外還配備了成套熱工標(biāo)定的測(cè)試儀器，對(duì)典型現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了測(cè)試診斷分析。

3 理論創(chuàng)新

3.1 預(yù)熱器

預(yù)熱器單體內(nèi)部的流動(dòng)狀態(tài)為不可壓縮湍流，而旋風(fēng)筒內(nèi)顆粒相的體積比率很低，滿足顆粒群軌道模型的基本條件。通過(guò)大量的對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)，采用各向異性處理的雷諾應(yīng)力模型（Reynolds Stress Model，RSM）模擬預(yù)熱器旋風(fēng)筒內(nèi)氣相的運(yùn)動(dòng)情況，能較好地捕捉切向速度和軸向速度的分布特點(diǎn)，能很好地反映氣體在旋風(fēng)筒內(nèi)的運(yùn)動(dòng)情況，能夠滿足旋風(fēng)筒模擬計(jì)算的要求。流體的運(yùn)動(dòng)形式雖然千變?nèi)f化，但都遵循基本的控制方程，即質(zhì)量守恒方程、動(dòng)量守恒方程和能量守恒方程。利用這一理論模型，對(duì)旋風(fēng)筒的分離效率、降阻以及預(yù)熱器的換熱機(jī)理進(jìn)行了研究，為弱渦旋低阻旋風(fēng)筒、多級(jí)重構(gòu)組合預(yù)熱器的研發(fā)提供了基礎(chǔ)。原始型和改進(jìn)型旋風(fēng)筒見(jiàn)圖5。

圖2 篦板阻力實(shí)驗(yàn)

3.2 分解爐

圖5 原始型和改進(jìn)型旋風(fēng)筒

由于分解爐內(nèi)煤粉燃燒及碳酸鈣分解的耦合，加之氣料運(yùn)動(dòng)的特殊要求，分解爐內(nèi)物理化學(xué)過(guò)程極為復(fù)雜。此次研究使用的分解爐計(jì)算機(jī)輔助試驗(yàn)平臺(tái)是公司自主開(kāi)發(fā)的軟件系統(tǒng)，在開(kāi)發(fā)中解決了大量技術(shù)難題，形成了專業(yè)特點(diǎn)。從湍流流動(dòng)角度分析，分解爐計(jì)算機(jī)仿真開(kāi)發(fā)中解決了圓柱坐標(biāo)非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格下極點(diǎn)處理這一國(guó)內(nèi)外公認(rèn)的技術(shù)難題。在數(shù)值求解器的開(kāi)發(fā)過(guò)程中，解決了以下難題：在圓柱坐標(biāo)方程離散時(shí)，中心軸線處半徑為零，數(shù)學(xué)處理時(shí)速度、動(dòng)量等值為無(wú)窮大，而從連續(xù)性考慮，物理意義上速度、動(dòng)量等均為具體值。多年來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者均力求解決這一極點(diǎn)處理難題（煉鋼爐、旋風(fēng)筒等只能進(jìn)行對(duì)稱數(shù)值模擬）。我們研究開(kāi)發(fā)的技術(shù)解決了這一難題，實(shí)現(xiàn)流場(chǎng)、顆粒場(chǎng)、溫度場(chǎng)、組分場(chǎng)360°全場(chǎng)模擬，真正實(shí)現(xiàn)了分解爐的仿真研究。通過(guò)基礎(chǔ)試驗(yàn)研究，我們建立了針對(duì)分解爐特點(diǎn)的、在耦合狀態(tài)下的煤焦燃燒及碳酸鈣分解的動(dòng)力學(xué)模型?；A(chǔ)模型的優(yōu)化為自脫硝梯度燃燒分解爐的開(kāi)發(fā)奠定了基礎(chǔ)。分解爐模擬中采用的化學(xué)反應(yīng)及其動(dòng)力學(xué)參數(shù)見(jiàn)表1，TDF分解爐溫度及速度分布見(jiàn)圖6。

表1 分解爐模擬中采用的化學(xué)反應(yīng)及動(dòng)力學(xué)參數(shù)

3.3 冷卻機(jī)多孔介質(zhì)模型研究

我們采用數(shù)值仿真模擬結(jié)合多孔介質(zhì)模型，研究了流體在篦冷機(jī)內(nèi)部的流動(dòng)以及高溫熟料顆粒與冷卻空氣之間的氣固對(duì)流換熱。創(chuàng)新編制的數(shù)值仿真模擬程序，可以系統(tǒng)研究不同粒徑分布及孔隙率分布對(duì)氣料之間相互作用力的影響。數(shù)值仿真模擬程序可根據(jù)不同現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況方便快捷地進(jìn)行編制。

圖6 TDF分解爐溫度及速度分布

采用軟件自帶的二次開(kāi)發(fā)功能，對(duì)熟料顆粒在篦床寬度方向和長(zhǎng)度方向上的粒徑分布進(jìn)行編程求解，結(jié)合流動(dòng)換熱計(jì)算，能從定性分析的角度指導(dǎo)冷卻機(jī)的研發(fā)設(shè)計(jì)；建立多孔介質(zhì)傳熱模型，可以定性研究各取風(fēng)口不同開(kāi)口位置和開(kāi)口形狀等對(duì)氣料換熱的影響，這部分工作在所查閱的所有國(guó)內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)資料中均未提及，為項(xiàng)目的原創(chuàng)性工作，對(duì)冷卻機(jī)的優(yōu)化設(shè)計(jì)有非常強(qiáng)的指導(dǎo)作用。料層內(nèi)空氣和熟料溫度場(chǎng)分布見(jiàn)圖7。

4 主要技術(shù)成果

4.1 弱渦旋低阻旋風(fēng)筒和多級(jí)重構(gòu)組合預(yù)熱器

預(yù)熱預(yù)分解技術(shù)是預(yù)分解燒成工藝的核心技術(shù)，窯尾預(yù)熱器系統(tǒng)的作用是對(duì)生料進(jìn)行預(yù)熱，并使大部分碳酸鹽分解，出分解爐生料與最下一級(jí)預(yù)熱器分離后入窯煅燒。降阻和換熱是預(yù)熱器技術(shù)的兩個(gè)核心性能指標(biāo)。降阻方面，通過(guò)優(yōu)化旋風(fēng)筒的蝸殼形式、進(jìn)口面積，優(yōu)化氣流的流動(dòng)方向，在保證分離效率不降低的情況下，減少系統(tǒng)阻力。開(kāi)發(fā)出的弱渦流低阻旋風(fēng)筒與原型的對(duì)比見(jiàn)表2。

表2 預(yù)熱器系統(tǒng)旋風(fēng)筒壓力損失對(duì)比

圖7 料層內(nèi)空氣和熟料溫度場(chǎng)分布

預(yù)熱器的級(jí)數(shù)及性能對(duì)燒成系統(tǒng)熱耗和預(yù)熱器系統(tǒng)出口壓力有相反方向的影響，一般六級(jí)預(yù)熱器會(huì)增加阻力但是會(huì)降低系統(tǒng)熱耗。如圖8所示，當(dāng)原料綜合水分較低（約＜6%）時(shí)，國(guó)外水泥企業(yè)普遍傾向于采用六級(jí)預(yù)熱器系統(tǒng)以降低燒成系統(tǒng)熱耗，尤其對(duì)能源和水資源短缺的地區(qū)是很好的選擇。而國(guó)內(nèi)早幾年由于余熱發(fā)電技術(shù)的推廣，六級(jí)預(yù)熱器系統(tǒng)難以得到大力發(fā)展。弱渦流低阻旋風(fēng)筒的使用加上系統(tǒng)的組合重構(gòu)優(yōu)化，可以使六級(jí)預(yù)熱器的阻力低于常規(guī)五級(jí)預(yù)熱器的阻力，不增加高溫風(fēng)機(jī)電耗，大幅度降低熱耗，系統(tǒng)整體的生產(chǎn)能耗更低。

圖8 預(yù)熱器級(jí)數(shù)與入磨原料水分對(duì)應(yīng)關(guān)系

多級(jí)重構(gòu)組合預(yù)熱器使整個(gè)窯尾系統(tǒng)結(jié)構(gòu)布置緊湊，降低了窯尾塔架高度，減小了窯尾系統(tǒng)體量，有利于節(jié)省投資。最上級(jí)旋風(fēng)筒分離效率能達(dá)到95%以上；除C1旋風(fēng)筒外，其他級(jí)內(nèi)筒采用耐熱鋼分片式結(jié)構(gòu)，便于安裝和檢修更換；為吸收熱膨脹，旋風(fēng)筒頂蓋采用預(yù)拉伸處理，結(jié)構(gòu)布置上充分采取徑向和軸向熱補(bǔ)償措施，各級(jí)料管設(shè)置獨(dú)立的膨脹節(jié)；根據(jù)預(yù)熱器系統(tǒng)布置，旋風(fēng)筒采取歪錐結(jié)構(gòu)，可有效降低塔架高度，防止錐部積料堵塞。

為了加強(qiáng)換熱，料管采用固定式撒料裝置，確保生料在管道中分布均勻，提高管道換熱效果。在以往風(fēng)管和撒料盒數(shù)值模擬研究的基礎(chǔ)上再次進(jìn)行優(yōu)化，以合理的風(fēng)速為前提，撒料盒進(jìn)一步下移，加強(qiáng)了氣固換熱效果。下料管道上采用翻板閥鎖風(fēng)，在運(yùn)行投產(chǎn)前，逐一調(diào)整配重桿的配重至最佳位置。運(yùn)行期間，定期檢查包括鎖風(fēng)閥在內(nèi)的各處部位的密封情況，進(jìn)行必要的堵漏工作，保證系統(tǒng)的鎖風(fēng)和密封效果，為降低預(yù)熱器出口溫度、廢氣風(fēng)量和系統(tǒng)熱耗創(chuàng)造條件。

表3為我們開(kāi)發(fā)的六級(jí)重構(gòu)組合預(yù)熱器與常規(guī)五級(jí)預(yù)熱器系統(tǒng)設(shè)計(jì)指標(biāo)對(duì)比：（1）六級(jí)重構(gòu)組合預(yù)熱器系統(tǒng)標(biāo)煤耗降低3～5kg/t熟料，電耗基本相當(dāng)，窯尾發(fā)電量減少～8kWh/t熟料，按照能耗標(biāo)準(zhǔn)系數(shù)0.122 9，發(fā)電量減少相當(dāng)于增加標(biāo)煤耗～1kg/t熟料，整體還是六級(jí)預(yù)熱器更節(jié)能。（2）六級(jí)預(yù)熱器系統(tǒng)窯尾設(shè)備和土建投資相對(duì)五級(jí)預(yù)熱器增加，但余熱發(fā)電鍋爐和汽輪機(jī)配置變小，整體上帶六級(jí)預(yù)熱器系統(tǒng)的生產(chǎn)線綜合投資少。

表3 六級(jí)重構(gòu)組合預(yù)熱器與常規(guī)五級(jí)預(yù)熱器系統(tǒng)對(duì)比

4.2 梯度燃燒自脫硝分解爐系統(tǒng)

溫度和燃燒氣氛的控制是分解爐自脫硝的技術(shù)關(guān)鍵。梯度燃燒自脫硝分解爐從下而上，分為強(qiáng)貧氧區(qū)、貧氧區(qū)、燃盡區(qū)三個(gè)部分，控制氧含量進(jìn)而控制還原氣氛。通過(guò)分料控制主體結(jié)構(gòu)的溫度梯度，創(chuàng)造高溫區(qū)，以利于分解爐內(nèi)燃料的燃燒，提高燃料的燃盡率，避免未燃盡的燃料在預(yù)熱器內(nèi)后燃，節(jié)約燃煤。關(guān)于氣氛控制，首先通過(guò)煤粉分級(jí)，使三次風(fēng)下面的煤粉形成強(qiáng)貧氧區(qū)即強(qiáng)還原區(qū)，再通過(guò)脫硝風(fēng)管采用三次風(fēng)分級(jí)形成貧氧區(qū)即弱還原區(qū)，燃料和空氣均分級(jí)加入，形成一個(gè)低于化學(xué)當(dāng)量燃燒系數(shù)的還原燃燒區(qū)域。在強(qiáng)貧氧區(qū)和貧氧區(qū)兩個(gè)部分，一方面不完全燃燒形成的大量一氧化碳可以對(duì)已經(jīng)形成的氮氧化物進(jìn)行還原，另一方面抑制燃料中的氮元素向氮氧化物轉(zhuǎn)化，降低系統(tǒng)NOx的排放。通過(guò)調(diào)節(jié)末次和二次旋風(fēng)筒下料的分料比例、三次風(fēng)閥門的開(kāi)度，在不影響產(chǎn)質(zhì)量、穩(wěn)定窯況的前提下，調(diào)節(jié)脫硝至最佳效果。最后再通過(guò)分解爐第三部分燃盡區(qū)實(shí)現(xiàn)燃料的燃盡。自脫硝分解爐技術(shù)的優(yōu)勢(shì)是可以保證燃料完全燃燒燃盡，CO濃度≤500ppm，大大減少結(jié)皮堵塞，系統(tǒng)的產(chǎn)質(zhì)量不受影響。

分解爐脫硝風(fēng)管閥門打開(kāi)時(shí)，要同步降低三次風(fēng)主管道的閥門開(kāi)度。脫硝風(fēng)管創(chuàng)造還原區(qū)的同時(shí)，在監(jiān)測(cè)分解爐和塔內(nèi)三次風(fēng)管不結(jié)皮的前提下，還要通過(guò)C4料管的分料閥提高分解爐主燃區(qū)的溫度至1 050～1 200℃范圍內(nèi)。燒成氣氛上，在分解爐燃料完全燃燒的基礎(chǔ)上，控制分解爐出口的氧含量＜2%，預(yù)熱器出口的氧含量＜2.5%。通過(guò)脫硝風(fēng)管進(jìn)行三次風(fēng)的分級(jí)設(shè)置，分解爐的中柱體及下柱段有較大脫硝空間，調(diào)節(jié)脫硝風(fēng)管使其形成高溫還原氣氛，可滿足NOx＜500mg/m3（標(biāo)）（10%O2）的要求，脫硝效率達(dá)50%以上。同時(shí)分解爐出口管道預(yù)留SNCR噴氨位置，自脫硝技術(shù)結(jié)合SNCR可以使氮氧化物排放＜150mg/m3（標(biāo)），并滿足氨逃逸標(biāo)準(zhǔn)限值，如果結(jié)合SCR技術(shù)，可以滿足氮氧化物排放指標(biāo)＜100mg/m3（標(biāo)）及氨逃逸標(biāo)準(zhǔn)限值。

4.3 兩檔支承短窯

采用L/D為12的兩支承短窯，由于筒體長(zhǎng)度有較大減短，其散熱損失相應(yīng)減少，相同規(guī)模窯的散熱損失相差約21kJ/kg熟料（5kcal/kg熟料），此外還具有裝備、土建費(fèi)用低等一系列優(yōu)點(diǎn)。近兩年在兩檔窯設(shè)備開(kāi)發(fā)上做了大量工作，包括頭尾密封更新、擋輪由直變?yōu)閮A斜式、二檔輪設(shè)為錐面、輪帶和擋輪純滾動(dòng)摩擦等，設(shè)備可靠性大大提高，窯配套的高性能大推力燃燒器一次風(fēng)量為8%，提高了高溫風(fēng)的用量，降低了系統(tǒng)熱耗。

煙室是燒成系統(tǒng)的關(guān)鍵部位，考慮到兩檔窯尾溫較高，兩檔窯煙室使用了料幕技術(shù)，通過(guò)設(shè)置料幕，控制煙室溫度，減少結(jié)皮的生成。料幕系統(tǒng)分一股生料通過(guò)風(fēng)機(jī)及風(fēng)翅打散進(jìn)入煙室，生料的分解吸熱可以迅速降低煙室溫度，減少液相出現(xiàn)，提升了系統(tǒng)的適應(yīng)性，也為日后廢棄物處置預(yù)留了可能。當(dāng)燒成系統(tǒng)出現(xiàn)硫、堿、氯等元素內(nèi)循環(huán)時(shí)易造成局部結(jié)皮，煙室料幕也有一定緩解作用。

4.4 帶中置輥式破碎機(jī)第四代行進(jìn)式穩(wěn)流冷卻機(jī)

第四代行進(jìn)式穩(wěn)流冷卻機(jī)縱向單元通風(fēng)，避免了熟料經(jīng)篦床下落造成縱向?qū)幼枇ψ兓?，有利于均勻通風(fēng)。第四代冷卻機(jī)的熱回收效率＜75%，回收熱量按照入冷卻機(jī)的熱料溫度計(jì)算，全部熱量約為1 547kJ/kg熟料，每提高1%的熱回收效率則回收熱增加15.5kJ/kg熟料。考慮到燃燒器改進(jìn)后入窯二次風(fēng)量相應(yīng)增加的因素，采用第四代行進(jìn)式穩(wěn)流冷卻機(jī)，熱回收效率較現(xiàn)有冷卻機(jī)的熱回收效率平均提高4%以上的熱量，相當(dāng)于熱耗降低62kJ/kg熟料。冷卻機(jī)系統(tǒng)的電耗統(tǒng)計(jì)為5.5kWh/t熟料，較常規(guī)冷卻機(jī)節(jié)電1.0kWh/t熟料，同時(shí)，中置輥式破碎機(jī)提高了窯頭余熱發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電量，有效利用了余熱。

5 工業(yè)化應(yīng)用情況

弱渦旋低阻多級(jí)重構(gòu)組合預(yù)熱器出口溫度≤260℃，壓力≤5 200Pa，溫度較五級(jí)預(yù)熱器降低～50℃，阻力和高溫風(fēng)機(jī)電耗不增加，該技術(shù)先后在印尼B廠（考核熱耗2 746kJ/kg熟料）、沙特U廠（考核熱耗2 979kJ/kg熟料含17.33%旁路放風(fēng)）等總承包項(xiàng)目中推廣應(yīng)用，并取得了良好的應(yīng)用效果。自脫硝梯度燃燒分解爐采用脫硝風(fēng)管，通過(guò)三次風(fēng)分風(fēng)的方式可實(shí)現(xiàn)脫硝50%以上，SNCR氨水用量可降低到0.6m3/h以下，噸熟料節(jié)約了3元的運(yùn)行成本，低氮分解爐還在土耳其、越南項(xiàng)目中調(diào)試成功。Sinowalk第四代行進(jìn)式無(wú)漏料篦冷機(jī)，總鼓風(fēng)量為1.872 0m3（標(biāo)）/kg熟料，篦冷機(jī)的熱回收效率～75%。中置輥式破碎機(jī)提高余熱發(fā)電量達(dá)18kWh/t熟料，降低了熟料溫度，極大地回收了熟料熱量。

表4 國(guó)內(nèi)外5 000～5 500t/d生產(chǎn)線主要技術(shù)參數(shù)對(duì)比

上述技術(shù)集成應(yīng)用的M廠2×5 500t/d生產(chǎn)線2016年、2017年相繼投產(chǎn)，一線熟料月均產(chǎn)量為5 739t/d，月均標(biāo)煤耗94.5kg/t熟料；二線熟料月均產(chǎn)量為5 530t/d，月均標(biāo)煤耗93.9kg/t熟料。第三方熱工標(biāo)定熟料產(chǎn)量5 960t/d，熱耗2 694kJ/kg熟料（熟料形成熱1 793kJ/kg熟料情況下），可比標(biāo)煤耗≤85.6kg/t熟料，燒成主機(jī)電耗＜18kWh/t熟料，達(dá)到并優(yōu)于設(shè)計(jì)指標(biāo)。由表4對(duì)比指標(biāo)可見(jiàn)，相對(duì)于國(guó)內(nèi)外普遍水平以及公司2009年投產(chǎn)的河北燕趙示范線，燒成技術(shù)有了整體升級(jí)，節(jié)能減排效果明顯，并且達(dá)到了二代技術(shù)指標(biāo)中熟料燒成可比熱耗2 675kJ/kg熟料、燒成工序電耗18kWh/t熟料兩個(gè)重要指標(biāo)。

6 社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益分析

以M廠兩條典型生產(chǎn)線為例，每年可節(jié)省標(biāo)準(zhǔn)煤5.82萬(wàn)噸，回收余熱發(fā)電量9 075×104kWh，每年實(shí)現(xiàn)CO2減排～15.8萬(wàn)噸，與國(guó)標(biāo)控制NOx排放值相比，實(shí)現(xiàn)NOx減排～1 000t，本項(xiàng)目的技術(shù)實(shí)施不僅達(dá)到了國(guó)家節(jié)能減排的要求，而且為企業(yè)年度新增利潤(rùn)1億元以上。項(xiàng)目研發(fā)的成功無(wú)疑給企業(yè)帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益，目前該項(xiàng)目技術(shù)已在公司設(shè)計(jì)的多條生產(chǎn)線上應(yīng)用，增強(qiáng)了公司水泥主業(yè)的技術(shù)實(shí)力，年新增稅收近1億元。本文所述的技術(shù)成果可實(shí)現(xiàn)節(jié)煤10%，如果在全國(guó)推廣應(yīng)用，則可以節(jié)約千萬(wàn)噸以上標(biāo)準(zhǔn)煤，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

2018年6月中國(guó)建筑材料聯(lián)合會(huì)集中了行業(yè)內(nèi)外的知名專家，在北京組織召開(kāi)了《水泥低能耗燒成技術(shù)的研究與集成應(yīng)用》項(xiàng)目鑒定會(huì)，17項(xiàng)公司自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)獨(dú)家專利以及創(chuàng)新成果獲得了專家的高度評(píng)價(jià)，鑒定結(jié)論為：達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平。認(rèn)可了公司承擔(dān)社會(huì)責(zé)任的能力，彰顯了公司節(jié)能減排、生態(tài)環(huán)保、綠色生產(chǎn)技術(shù)方面的創(chuàng)新能力。

7 結(jié)語(yǔ)

低能耗燒成技術(shù)是二代水泥干法生產(chǎn)技術(shù)的核心之一，通過(guò)試驗(yàn)，研究了水泥燒成的反應(yīng)機(jī)理，開(kāi)發(fā)了以弱渦旋低阻旋風(fēng)筒+多級(jí)重構(gòu)組合預(yù)熱器+梯度燃燒自脫硝分解爐+中置輥式破碎機(jī)區(qū)域供風(fēng)冷卻機(jī)為代表的燒成單體設(shè)備，促進(jìn)了水泥燒成技術(shù)的科技進(jìn)步，經(jīng)國(guó)內(nèi)外水泥工程的實(shí)際應(yīng)用證明，其為成熟可靠的技術(shù)及裝備，實(shí)現(xiàn)了水泥生產(chǎn)節(jié)能減排、高效環(huán)保的開(kāi)發(fā)目標(biāo)?！?/p>