水泥行业能耗分析及节能措施

1水泥是国民经济的基础原材料，水泥工业与经济建设密切相关，在未来相当长的时期内，水泥仍将是人类社会的主要建筑材料。随着经济的发展，水泥产量剧增，1978年全国水泥产量6524万吨，2005年水泥产量10.60亿吨，水泥年产量净增9.95亿吨。水泥工业作为高耗能产业，其迅速发展与随之对资源、生态和环境的压力之间的矛盾日益凸显。国家发改委《节能中长期专项规划》要求降低水泥生产能耗，水泥综合能耗由2000年的181降到2010年的145千克标准煤/吨[1]。此外要求通过结构调整和产业替代，发展新型干法窑外分解技术，提高新型干法水泥熟料比重，积极推广节能粉磨设备和水泥窑余热发电技术，对现有大中型回转窑、磨机、烘干机进行节能改造，逐步淘汰机立窑、湿法窑、干法中空窑及其它落后的水泥生产工艺。本文通过对某水泥厂2005年的能源审计，摸清该企业主要工序、设备能量和能源损失分布情况，分析其节能潜力，有针对性地提出节能管理与技术相关对策，以探索水泥行业的节能方向。2某水泥厂年产水泥150万吨，熟料120万吨，拥有3700t/d水泥和5000t/d熟料的干法生产线两条，2005年主要产品PII52.5R、PO42.5R、PO32.5R、PO32.5和PC32.5水泥1582956t，熟料1132997t。2.1该企业原有3700t/d干法生产线1条，2003年适应市场需求和当地资源条件，新建5000t/d熟料生产线1条，2005年4月投产。生产工艺分为矿山、生料制备、熟料烧成和水泥制成四工序。具体生产工艺流程图参见图1。石灰石页岩粉煤灰铁矿石石灰石破碎配料计量生料均化库冷却机熟料库熟料外运散装出厂袋装出厂图1某水泥厂生产工艺流程图2.22.2.1经审计，该企业2005年共消费能源365907.1tce，其中原煤325794t，折标煤266923tce，占总能耗的72.94%；电力241.57Gwh，折标煤97592.76tce，占总能耗的26.67%；汽油38.56t，折标煤56.74tce，占总能耗的0.0156%；柴油915.86t，折标煤1334.53tce，占总能耗的0.36%；年耗地下水总量361万m3，水的循环利用率80%。企业的能源消费结构如图2所示。原煤电力汽油柴油图2企业的能源消费结构2.2.1企业用煤为定点供应，进厂原煤经工业分析化验后存储在煤粉仓待用，根据烧成窑的燃烧条件，调节含水率，破碎至适宜粒径，生产过程中根据送风量、烟气温度、烧成窑温度、CO含量等控制进煤量，以保证燃料的最优燃烧。根据该厂熟料成分，得知1#线、2#线的熟料形成热Qsh分别为1763.54、1765.23kJ/kg.cl；原煤消耗量分别为175690、150104吨；燃料燃烧热QrR分别为4009.41、3220.67kJ/kg.cl；1#、2#回转窑系统烧成效率43.99%、54.81%。2.2.2该企业各主要生产工序的用电量如表1所示，由表可以看出生产工艺中电力消耗量主要在生料制备、熟料烧成和水泥制成环节，占总用电量的91.75％。表1某水泥厂各工序用电量统计车间(工序)矿山生料制备熟料烧成水泥制成装运供水站用电量kwh564255580249878772068356417672926732303966721所占比例％2.3433.2231.9626.571.111.64车间(工序)照明其他变损输送损失总计用电量kwh901627335134322203421176973241566233所占比例％0.371.390.920.49100电力和煤炭是水泥生产所需的主要能源，所以对其进行具体分配和核算审计，以找出该企业的节能潜力，为企业摸清能源使用现状，开展节能工作具有重要意义。由表3不难看出，该企业1＃线系统烧成效率很低，严重增加了烧成煤耗。根据该厂的工艺生产状况分析，影响回转窑系统烧成效率的主要因素：1）预热器出口废气热损失一般而言，熟料形成热是热支出中最大的一部分，水泥企业热耗大小的主要区别在于废气热损失的大小，一般预热器出口废气热损失为烧成热耗的1/4左右。该厂的2＃线预热器出口废气热损失658.0kJ/kg.cl，占21.55％。影响废气热损失的直接原因是熟料产量、出口废气量和废气温度，熟料产量高能明显降低废气热损失，反过来，如果系统产量低，则烧成热耗必然要高，要考察热耗，必须对窑产量引起足够重视。其中废气量、废气温度是主要的影响因素。废气量大小是影响废气热损失最关键的因素，预热器出口温度是影响废气热损失另一关键因素。进一步优化系统操作的方法是控制系统用风，控制预热器出口、窑尾氧含量、控制系统漏风，从而降低预热器出口温度、降低热耗的目的。2)系统表面散热系统表面散热通常是占10%左右，如果隔热材料选择恰当，可大幅度减少表面热损失。根据系统的标定结果，该厂1＃生产线表面总热损失为449.6kJ/kg.cl，占11.22％；2＃生产线表面总热损失为362.77kJ/kg.cl，占11.87％。3）冷却机废气排放热该部分损失的数值一般与系统表面散热损失相当，约占系统热耗的10%左右。冷却机废气量、温度在实际操作中变化范围大，极不稳定，主要受出窑熟料结粒状况、窑皮状况、冷却机操作情况等因素有关，因此如何操作冷却机，降低废气热损失是优化操作的关键。影响冷却废气热损失的关键因素是熟料的冷却效果，对于第三代冷却机而言，冷却机的热效率比较大，但当出窑熟料量不稳定、熟料结粒偏大时，冷却机用风量通常会偏大，而且二次风、三次风温度将有所下降或升高不大，但出冷却机熟料和废气的温度将大幅度上升，这是造成冷却机废气热损失偏大的主要原因。可通过优化熟料率值，控制熟料结粒大小、稳定窑的操作，从而达到降低废气热损失的目的。可见，该厂要在控制预热器出口废气热损失和冷却机热回收方面加大节能力度，以降低回转窑系统的煤耗4以上节能潜力分析不难看出，该水泥厂的主要节能潜力在提高烧成系统效率和用电管理方面，具体建议如下。4.1水泥生产耗电的设备和环节较多，除做好主要机电设备的维护更新，还要做好以下基础工作。1）对负载率较低的输送设备加装电机轻载节电器，通过控制和改变电机锭子绕组的接线方式，即角接、星接交换，以达到节电目的。2）对风机电机进行技改，增加调速装置,入窑风机是水泥厂耗电的主要设备，由于生产实际过程的需要，必须随时调节入窑风量，放掉部分送风，这意味着白白浪费一部分电能，将电机增加调速装置可以解决这一问题。异步电动机的调速可以归纳为变极调速、改变转差率调速和变频调速。3)更换安装节能器材，开展绿色照明工程，在生产、生活和办公照明灯方面逐步改造，切实降低公司能耗；4）重视变频器的运用，使用常规电源供电，电机、水泵和风机等只能在同一转速下运转，可能产生能源浪费。为改变这种情况，通过安装变频器，使用外部调节方式，有效实现节约目的。5）用电需求侧管理，对电力用户推行负荷与节电，实行峰谷分时电价，通过移峰错峰、削峰填谷、节能节电等各项措施，降低单位运营成本，提高经济效益，从总体上提高能源利用效率。4.2根据《水泥生产规划和政策》，目前我国水泥生产结构性矛盾突出，2005年水泥生产能力中55%左右仍为落后的立窑和小型干法中空窑，落后立窑水泥比重仍比较大，32.5级水泥等低端产品约占总产量的85%，42.5级及以上的约占12%，不符合新型工业化的要求。新型干法窑具有一定的优越性，但仍需做好节能工作。1)技术创新，包括纯低温余热发电、城市生活垃圾热能利用等技术的开发应用。2)加强新型干法水泥高效、节能工艺与装备的研发和应用。如生料立式磨系统、高效低阻预分解系统、多风道燃烧器、第3代控制流篦式冷却机、水泥挤压粉磨系统、钢丝胶带斗式提升机，不断降低新型干法水泥生产过程的能源消耗[4]。尤其是定期做好烧成系统的热工标定及操作参数控制，保证系统的烧成效率。3）产品质量控制，通过探索新的水泥配料方案，增加熟料的强度和产量，生产高标号的水泥产品，增强市场竞争力