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新型干法水泥节能降耗技术

技术交流

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新型干法水泥节能降耗技术

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技术交流
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2009/08/05
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  《中华人民共和国国民经济和社会发展第十一个五年规划纲要》提出了“十一五”期间单位国内生产总值能耗降低20%左右约束性指标,但“十一五”节能降耗工作的开局并不好,2006年万元GDP能源消耗水平为1.26吨标准煤,仅比2005年下降了1.33%,进一步加大了节能目标实现的难度。

  水泥是中国的基础工业和传统工业,06年中国水泥产能达到了12.4亿吨,占全球水泥总产能的一半左右,同时水泥工业也是高能耗工业,有关资料表明,水泥能耗占全国建材行业总能耗的75%左右,其消耗的煤炭占全国煤炭总消费量的15%左右,因此水泥行业节能降耗的工作进展对国家节能降耗目标的实现将起到非常重要的作用。

  近几年随着新型干法水泥在生产工艺、技术装备、基建成本、生产管理等方面取得了突破性进展,新型干法水泥工艺已经以其所具有的技术、经济和规模优势主导了水泥工业的发展,新型干法水泥比重已经从2000年前的不足10%提高到2006年的46%。目前,新型干法水泥发展已经形成了由政府导向、市场拉动、企业自主发展的良好局面,对促进水泥工业结构调整起到了重要的推动作用。

  在这种历史背景下,有必要对新型干法水泥节能降耗技术进行研究和探索,这对加快水泥工业结构调整、降低水泥工业能耗、提高水泥企业经济效益和实现国家节能目标是非常关键的。

  1 我国新型干法水泥能耗特点

  (1)单位热耗与其他工艺相比有明显优势。根据国家发改委2006年发布的《水泥工业发展专项规划》中统计的数据,与新型干法水泥回转窑相比,机立窑的单位热耗高39%,湿法窑的单位热耗高81%,干法中空窑的单位热耗高111%。表1是各种工艺单位热耗的对比。

表1 重要水泥生产方法单位水泥熟料的平均热耗

生产方法

新型干法窑

机立窑

湿法窑

干法中空窑

热 耗

(kg标煤/吨熟料)

115

160

208

243

热耗系数

100

139

181

211

  (2) 能耗指标与国际先进水平存在较大差距。近几年我国新型干法水泥工艺取得了很大进展,但总体上还是粗放型的发展,虽然产能获得了很大提高,但大部分企业对于能耗指标的重视程度仍然不够,近年来随着矿产资源和电力价格的不断上涨,水泥生产的低成本时代已经结束,而市场同质化竞争越来越激烈,水泥企业的利润空间也越来越小,同时在国家政策的引导下,节能降耗工作才被放到了更重要的位置。有关资料表明,我国新型干法水泥生产线能耗的平均水平与国际一般水平存在15-25%的差距,而我国的先进水平也与国际先进水平存在约5%的差距。

表2 国内外新型干法水泥生产线能耗指标对比

项 目

国际先进水平

国内先进水平

国际一般水平

国内一般水平

熟料烧成热耗(kg标准煤/吨熟料)

97

101.5

101.5

115

水泥综合电耗(kWh/t)

85

90-95

95-100

110-115

  (3) 在国内新型干法生产线中,引进的生产线能耗指标优于国产生产线,大型生产线能耗指标优于中小型生产线。

  在我国177条新型干法水泥生产线中,13条全部采用国外技术装备生产线的熟料热耗平均为109kg标准煤/t熟料,且全部低于全国平均值,46.15%的引进生产线熟料热耗小于107 kg标准煤/t熟料,引进生产线的水泥综合电耗平均为93.82kWh/t,77.78%的生产线吨水泥综合电耗在100kWh/t以下。

  大型生产线在能耗方面优势明显,以下是各种规模生产线的能耗指标对比:

表3 不同规模新型干法水泥生产线能耗指标对比

规模

5001t/d以上

4000-5000t/d

2000-3999t/d

700-1999t/d

熟料烧成热耗(kg标准煤/吨熟料)

108.7

111.8

118.5

132

熟料综合电耗(kWh/t)

64.85

64.92

70

78.98

水泥综合电耗(kWh/t)

95.79

91.94

99.97

104.52

  (4) 由于管理水平和技术水平的差异,各水泥企业的能耗水平参差不齐。一些管理和技术上先进的企业如海螺集团,能耗指标的最好水平已接近或赶上了世界先进水平。在我国177条新型干法生产线中,有23条熟料烧成热耗低于107 kg标准煤/t熟料,其中海螺集团占了16条;21条熟料综合电耗低于60kWh/t的4000-5000t/d生产线中,海螺集团占了14条。

  许多企业尽管设备配置比较先进,但能耗指标却居高不下,反映出管理和技术上的巨大差距。目前我国大部分新型干法水泥生产线都处于这种状态,节能降耗的潜力没有得到充分挖掘,导致整体能耗水平的升高,成为水泥企业提高经济效益和持续发展的瓶颈。

  2 新型干法水泥生产线节能降耗的途径

  (1) 加大投入,积极推广新技术、新装备。目前有几项新技术已基本成熟,应当予以高度关注:第一是余热发电技术,可使新型干法生产线的热利用效率由原来的60%提高到90%以上,而且可解决该生产线60%以上的用电量,这是当前水泥行业节能减排工作的重点,一套余热发电机组投资约6000-8000万元;第二是变频节能技术,目前有很多生产线对窑尾高温风机进行改造,由液偶调速改为变频调速,投资约100-200万元,可使熟料综合电耗下降2kWh/t左右,这项技术还可广泛运用于容量较大、系统转动惯量大或设备对启动规程有特殊要求的设备,实现变频软启动,减少对电网的冲击,并可节电25%左右;第三是节能粉磨技术,改变以球磨、管磨为主的粉磨工艺,采用性能先进的、以料层挤压粉磨工艺为主的辊式磨、辊压机及辊筒磨等技术装备,通常可使粉磨工艺节电30-40%,使水泥综合电耗下降20-30%。

  (2) 内部挖潜,降低现有生产线的能耗指标。即在现有生产装备基础上,通过针对性的工艺技改,辅以技术优化和调整,充分发挥生产线的潜力,最大限度地降低生产线的能耗指标。这对于我国目前新型干法水泥工艺的整体状况显得尤为重要,绝大多数的中小型水泥企业虽然装备相对比较先进,但由于管理和技术上存在的差距,其生产线的技术水平完全没有发挥,生产不正常、能耗指标居高不下的现象比较普遍,导致经济效益的下滑,特别需要这方面的管理和技术上的支持。一般对于这种生产线,通过一到两次的检修,再进行一个月左右时间的优化和调整即可达到预期效果,能耗指标可以达到国内比较先进的水平,整个过程的投入在100万元以内,但实现的经济效益非常可观。

  另外,加强内部管理,强化员工的节能意识对于任何行业都非常重要,水泥企业也要加强这方面的宣贯,尽快培养员工节约“每一度电、每一锹煤、每一滴水”的意识。

  3 新型干法水泥生产线能耗潜力的挖掘

  对于水泥企业来说,煤、电的消耗占其生产成本的70%以上,因此一般以煤耗和电耗作为衡量水泥企业能耗水平的指标,06年底国家制定了强制性国家标准《水泥单位产品能源消耗限额》,提出了各种规模生产线能耗限额的淘汰标准。

表4 现有水泥企业水泥单位产品能耗限额

分类

可比熟料综合标煤耗kg/t

可比熟料综合标电耗kWh/t

可比水泥综合标电耗kWh/t

可比熟料综合能耗kg/t

可比水泥综合能耗kg/t

4000t/d以上(含4000t/d)

≤120

≤68

≤105

≤128

≤105

2000-4000t/d(含2000t/d)

≤125

≤73

≤110

≤134

≤109

1000-2000t/d(含1000t/d)

≤130

≤76

≤115

≤139

≤114

1000t/d以下

≤135

≤78

≤120

≤145

≤118

水泥粉磨企业

/

/

≤45

/

/

表5 新建水泥企业水泥单位产品能耗限额

分类

可比熟料综合标煤耗kg/t

可比熟料综合标电耗kWh/t

可比水泥综合标电耗kWh/t

可比熟料综合能耗kg/t

可比水泥综合能耗kg/t

4000t/d以上(含4000t/d)

≤110

≤62

≤90

≤118

≤96

2000-4000t/d(含2000t/d)

≤115

≤65

≤93

≤123

≤100

1000-2000t/d(含1000t/d)

≤120

≤68

≤95

≤128

≤104

水泥粉磨企业

/

/

≤38

/

/

表6 水泥企业水泥单位产品能耗限额目标值

分类

可比熟料综合标煤耗kg/t

可比熟料综合标电耗kWh/t

可比水泥综合标电耗kWh/t

可比熟料综合能耗kg/t

可比水泥综合能耗kg/t

4000t/d以上(含4000t/d)

≤107

≤60

≤85

≤114

≤93

2000-4000t/d(含2000t/d)

≤112

≤62

≤90

≤120

≤97

1000-2000t/d(含1000t/d)

≤117

≤64

≤92

≤125

≤101

1000t/d以下

≤120

≤67

≤95

≤128

≤104

水泥粉磨企业

/

/

≤34

/

/

  以上表4和表5为强制性要求,表6为推荐要求,也就是说表4和表5所列出的能耗限额将作为目前水泥生产线淘汰的标准,随着我国整体技术水平的提高,表六将在几年后成为水泥生产线淘汰的标准。而目前很多生产线都没有达到表4提出的要求,绝大多数生产线没有达到表6提出的要求。因此尽快挖掘新型干法生产线的潜力,降低能耗指标是一项当务之急的工作。

  3.1 降低煤耗的途径

  煤耗的高低反映了水泥熟料生产过程中的热利用状况,新型干法水泥熟料生产线的热量主要来自煤粉燃烧热,一般新型干法生产线热利用效率为50-60%,国内热耗较低的5000t/d生产线熟料热量消耗的组成如下表:

表7 国内先进5000t/d生产线熟料热量消耗组成

项目

比例

项目

比例

熟料形成热

54%

预热器出口废气带走热量

22%

冷却机出口废气带走热量

11%

系统表面散热损失

5.5%

出冷却机熟料带走热量

2%

煤磨抽热风

1.5%

蒸发生料中水分耗热

1.5%

预热器出口飞灰带走热量

0.8%

化学不完全燃烧损失

0.5%

冷却机出口飞灰带走热量

0.08%

其他热损失

1.12%

合计

100%

  通过表7不难发现,除熟料形成热外,热量主要消耗在预热器和冷却机出口废气、出冷却机熟料带走的热量以及系统表面散热损失,此五项占了熟料总消耗热量的94.5%。因此降低生产线熟料煤耗,应当在预热器出口温度、冷却机出口温度、出冷却机熟料温度以及系统保温等方面寻求改进。

  通常预热器出口温度下降10℃,每吨熟料可节省1kg标准煤,国内比较先进的生产线预热器出口温度一般在300-330℃,但大多数生产线的预热器出口温度都存在偏高的现象,有的达到了380℃甚至400℃以上,如通过技术改进使这些生产线的预热器出口温度降低50℃,则每吨熟料可节约5kg标准煤,约降低成本3.5元。降低预热器出口温度的关键在于提高其换热效率,即提高各级旋风筒之间的温度降,国内先进生产线各级旋风筒的温差见下表:

表8 国内先进生产线各级旋风筒温差(℃)

旋风筒

C2-C1

C3-C2

C4-C3

C5-C4

温差

180

160

130

100

  国内先进生产线冷却机出口温度在250℃左右,出冷却机熟料温度为80-100℃,但一些生产线出冷却机废气温度达到300-350℃甚至更高,熟料温度达到200℃,如废气温度降低50℃、熟料温度降低100℃,每吨熟料可节省标准煤约5kg。降低出冷却机废气温度和熟料温度的关键在于提高冷却机的冷却效率和热回收效率。

  3.2 降低电耗的途径

  在水泥单位产品电耗中,有60-70%消耗在对原料、燃料和水泥熟料的粉磨工艺,应当特别重视磨机的电耗指标,降低磨机电耗的重点在于提高和稳定磨机台时产量,并降低磨主电机功率。

  各类风机的电力消耗约占水泥单位产品电耗的25%左右,控制好大型风机的功率是降低水泥综合电耗另一重点,关键在于减少系统漏风,降低系统阻力。

  4 水泥技术咨询行业简介

  目前我国新型干法水泥工艺的核心技术掌握在少数大型企业集团和主要的设计院手中,对于大多数中小型水泥企业来说,只有依托外来的管理和技术支持,才能够实现节能降耗的目标,因此专业的水泥技术咨询公司应运而生,杭州康博建材技术有限公司是其中的代表。

  该公司成立于2007年6月,是一家专业从事水泥行业技术咨询及管理咨询服务的高科技企业,公司拥有一批来自于国内大型企业集团和设计院的高级人才,掌握了新型干法水泥工艺的核心技术,并拥有丰富的实践和管理经验。该公司以“在传统水泥行业中发掘新的企业价值链”为宗旨,致力于以其先进的管理和技术水平服务于水泥企业,帮助水泥企业提高新型干法生产线的运行质量,推进节能降耗工作,提高企业的生产效率和经济效益,促进我国新型干法水泥工艺的技术进步。该公司主要业务如下:

  (1) 集团水泥产业战略布局论证。通过组织对各种资源(原料、能源、运输、市场等)条件的调研、论证,以及对竞争对手产能规模、运行管理模式、市场布局战略的调研,对项目建设布点、产能规模提出有针对性的建设意见和项目可行性建议,增强企业对市场的控制力和应变能力,实现以最少的投入获得最好的回报。

  (2) 新建生产线的设计优化。结合当地人文环境和企业实际对总图和基本设计进行优化,并对主、辅机设备配置进行专项优化,从生产厂家、供货渠道、基本设备配置提出建议,实现整条生产线运行高效可靠,投资得到有效控制。此项业务可使一条生产线的投资降低1000-1500万元,并使生产线更为优化。

  (3) 现有生产线的运行指导。对现有生产线运行状况进行实地调研,从工艺设计、设备配置、操作、配料等各个方面入手,提出操作调整和设备、工艺技术改造、流程优化建议,以提高主机设备台时产量,降低煤电消耗,稳定产品质量。此项业务可使生产成本降低3-5元/吨,并实现生产组织管理的良性循环。

  (4) 对水泥企业生产经营进行管理咨询。对现行管理模式、组织架构、战略管理、管理流程、权力制衡体系、人才的培养和使用提出管理建议,优化管理流程,达到增强管理控制力,防范经营风险,同时提高管理和工作效率的目的,也为今后企业的跨越式发展培养管理和技术团队。

  (5) 水泥企业生产托管。全面托管企业的生产过程,采购及销售由企业自身负责。达到设定的全年生产产量及质量要求。

  5 结语

  传统的水泥行业是国民经济的重要支柱,中国的水泥产量占有全世界近一半的产能,却存在着高耗能、高污染及资源浪费等行业问题。近年来政府在环保及节能降耗方面的政策力度让新型干法水泥企业面临着巨大的政策压力,中国水泥行业的无序发展及无序竞争也让新型干法水泥企业面临着巨大的市场竞争压力。中国的新型干法水泥生产线除了国内少数大水泥企业是有一定的基础逐步发展起来的之外,绝大多数水泥企业的技术及管理还处于一个相对落后的水平,存在着很大的资源浪费及能源浪费,还有很大的改进提升的空间。

  专业的水泥技术咨询公司的出现填补了一项空白,将使先进管理和先进技术的共享成为可能,更快的促进水泥行业的技术进步,推动我国新型干法水泥工艺的蓬勃发展。

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