西藏高爭建材股份有限公司富氧燃燒節能項目，是聯合式富氧燃燒技術在高海拔新型干法水泥生產線的首次運用。該項目生產規模為：折合純氧2×3000Nm3/h，建設單位是西藏高爭建材股份有限公司(以下簡稱：西藏高爭)，湖南省建筑材料研究設計院有限公司(以下簡稱：湖南院)總承包建設。項目建設期為10個月，于2015年5月10號開始系統調試，經過兩個多月的調試， 2015年7月下旬正式投入生產使用，富氧燃燒系統與水泥窯系統工藝順暢，持續正常運轉，生產狀況穩定。依照《全氧、富氧燃燒技術改造節能評價方法(DB37/T 1571-2010)》、《水泥回轉窯熱平衡、熱效率、綜合能耗計算方法(GB/T 26281-2010)》、《企業節能量計算方法(GB/T13234-2009)》和現場計量設備稱重[1-5]，完全達到預期增產、節能目標，于2015年8月25日正式通過竣工驗收。聯合式富氧燃燒技術在高海拔新型干法水泥生產線的成功運用，這主要源于整個項目規劃、設計與建設過程中，嚴格遵循西藏高爭“生產可靠、經濟環保、節能提產、技術先進”的指導準則，湖南院依賴多年對新型干法水泥技術和富氧燃燒技術的摸索與研究，將兩種燃燒關鍵技術有效結合，形成互補優勢，共同協力合作的技術成果。
圖1 富氧燃燒車間
目前，該套富氧燃燒系統已經正常運行一年時間，經歷 了西藏拉薩地區一年四季溫度、氧含量的氣候變化，富氧燃燒技術和新型干法水泥技術工藝無縫銜接，設備持續運轉正常，窯況穩定，節能提產效果顯著。項目采用湖南院首創的聯合式富氧燃燒技術，由變壓吸附制氧和膜法制氧兩種方式組成聯合式供氧系統，富氧產量為2×3000Nm3/h，變壓吸附法制得的富氧濃度約為80%，膜法制得的富氧濃度約為30%。通過富氧管路將富氧引入水泥窯燒成系統，形成富氧燃燒技術與新型干法水泥回轉窯熟料生產相結合的方法，富氧作為氧化劑被添加到水泥窯，富氧空氣主要輸送到以下幾個供氧點：①煤磨風機送煤粉系統;②窯頭內、外風機和窯尾燃燒器;③窯頭二次風入口。在①和②供養點的前端設置混氧罐，用于調節①和②的氧氣濃度。同時配備溫度、壓力傳感器和氧氣濃度檢測儀，用于監控富氧輸送的工況，一來確保系統的安全，二來確保每個用氣點的要求。為了應對水泥窯的突然跳停情況，在富氧燃燒系統還設置了排放口，以備萬一之需，生成的富氧空氣可以直接高空排放至大氣中。此外，聯合式富氧燃燒系統是兩套供氧設備組成，當其中一組設備出現調停故障時，另一套富氧裝置仍然能夠提供富氧空氣，以此滿足水泥窯系統燃燒的需要，盡量減少對水泥窯系統煅燒工況的影響。
湖南院自主研發的一種適用于新型干法水泥回轉窯的聯合富氧燃燒技術[6]，是高濃度富氧制氧裝置與低濃度富氧制氧裝置兩套系統提供富氧源，高濃度富氧源接入低濃度富氧主管道組成聯合式供氧系統，分別對窯頭燃燒器凈風、送煤風、窯頭二次風提供富氧空氣，以此達到有效增加窯頭、窯尾燃燒器的煤粉燃燒效果，改善回轉窯內的煅燒環境的目的，克服新型干法水泥回轉窯系統煤粉燃燒不充分的不利因素。然而富氧燃燒與水泥窯窯爐的工藝對接方式，是近年來富氧燃燒技術研究與摸索的研究方向之一，從已有的適用于新型干法水泥的富氧燃燒技術來看，存在以下幾個問題[7~10]：
(1)只著重窯頭、窯尾燃燒器與富氧燃燒技術銜接，多致力于開發新型燃燒器設備和工藝;
(2)制氧方式較為單一，如廣西魚峰水泥廠采用膜法制氧，都江堰拉法基水泥廠采用變壓吸附制氧;
(3)供氧點局限某一處，有的僅僅對窯頭燃燒器提供富氧，有的僅僅對凈風進行供氧，有的是直接對回轉窯進行供氧，而無法滿足整個窯爐煅燒工藝要求。
湖南院開發的聯合富氧燃燒工藝技術，通過合理、有序、定量的安排燃燒需要的富氧空氣以及與煅燒工藝結合的方法，有效地解決了上述問題。聯合式富氧燃燒技術是以改善燃料的燃燒條件，縮短燃燒時間，實現了燃料的完全燃燒，使窯內傳熱速率大幅度提高為目的，進而以減少燃料消耗，增加窯系統熟料產能，并可與原水泥窯煅燒系統形成無損工藝切換，是新型干法水泥回轉窯富氧助燃技術的首選。
截止2016年10月底，該項目已為西藏高爭兩條2000t/d新型干法水泥生產線增加熟料產量30萬t熟料，水泥40萬噸，窯頭窯尾喂煤量節約10400噸。眾所周知，西藏自治區內現有新型干法水泥生產線少，水泥長期處于供不應求的狀態，水泥價格高，西藏高爭全年生產線運轉率高達90%以上，可以說熟料產量對企業影響至關重要。粗略估算，與原先未上富氧燃燒系統的熟料生產線相比，該富氧燃燒項目投運后，每年將為企業減排CO2約2.0萬t，SO2約180t，每年能為西藏地區增加水泥367200t水泥，每年直接增加企業銷售收入3.0億元。可見西藏高爭富氧燃燒節能項目是具有實實在在的社會效益、環境效益和經濟效益。
根據西藏高爭熟料和水泥理化性能的分析結果來看，在引入富氧燃燒系統后，熟料升重由1210g/L增加到1283g/L，熟料礦物中的C3S和C2S總量上升2%， f-Cao量降低0.2%，那么這樣的熟料質量燒結更好，更為密實，品質更高，對水泥的后期強度發展極為有利，這一點在水泥的抗壓強度數據中得到了驗證，水泥3d強度增加1.7Mpa，28d強度增加4.0Mpa。由此可見，只要燃燒狀況得以改善，熟料和水泥的品質必將上去。西藏地區本身水泥資源緊張，高標號的52.5水泥更是匱乏，西藏高爭是西藏地區唯一能夠磨制52.5標號水泥的企業。因而西藏高爭在采用了聯合式富氧燃燒技術，不僅提高了原熟料生產線的窯產量、減少了煤資源的消耗和廢氣的排放，還為其在拉薩市乃至整個西藏地區的市場占有率作出了巨大貢獻。
西藏高爭富氧燃燒項目的成功應用，只是富氧燃燒技術在西藏高爭發展的一小步，至于如何用好富氧，如何適配不同海拔、不同規模的熟料生產線，相信還有更加廣闊的發展空間。目前，由湖南院總承包的西藏藏中建材股份有限公司4000t/d熟料生產線配套富氧燃燒節能項目正緊鑼密鼓地建設中，這也是聯合富氧燃燒技術在高海拔地區更大規模的新型干法水泥生產線的實踐應用。水泥企業的可持續發展之路，應積極鼓勵西藏自治區、青海、云南、四川、貴州、陜西、新疆各省的高海拔地區水泥企業，共同參與進來，共同推進我國高海拔新型干法水泥技術水平、裝備力量的發展，為企業的綠色建材可持續發展道路開拓廣闊前景，完成富氧燃燒技術在我國高海拔地區新型干法水泥生產線發展的一大步。
參考文獻
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