西藏高爭建材股份有限公司富氧燃燒節(jié)能項目，是聯(lián)合式富氧燃燒技術在高海拔新型干法水泥生產(chǎn)線的首次運用。該項目生產(chǎn)規(guī)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(tǒng)調(diào)試，經(jīng)過兩個多月的調(diào)試， 2015年7月下旬正式投入生產(chǎn)使用，富氧燃燒系統(tǒng)與水泥窯系統(tǒng)工藝順暢，持續(xù)正常運轉，生產(chǎn)狀況穩(wěn)定。依照《全氧、富氧燃燒技術改造節(jié)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(yè)節(jié)能量計算方法(GB/T13234-2009)》和現(xiàn)場計量設備稱重[1-5]，完全達到預期增產(chǎn)、節(jié)能目標，于2015年8月25日正式通過竣工驗收。聯(lián)合式富氧燃燒技術在高海拔新型干法水泥生產(chǎn)線的成功運用，這主要源于整個項目規(guī)劃、設計與建設過程中，嚴格遵循西藏高爭“生產(chǎn)可靠、經(jīng)濟環(huán)保、節(jié)能提產(chǎn)、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(yōu)勢，共同協(xié)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(tǒng)已經(jīng)正常運行一年時間，經(jīng)歷 了西藏拉薩地區(qū)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(xù)運轉正常，窯況穩(wěn)定，節(jié)能提產(chǎn)效果顯著。項目采用湖南院首創(chuàng)的聯(lián)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(lián)合式供氧系統(tǒng)，富氧產(chǎn)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(tǒng)，形成富氧燃燒技術與新型干法水泥回轉窯熟料生產(chǎn)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(tǒng);②窯頭內(nèi)、外風機和窯尾燃燒器;③窯頭二次風入口。在①和②供養(yǎng)點的前端設置混氧罐，用于調(diào)節(jié)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(jiān)控富氧輸送的工況，一來確保系統(tǒng)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(tǒng)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(lián)合式富氧燃燒系統(tǒng)是兩套供氧設備組成，當其中一組設備出現(xiàn)調(diào)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(tǒng)燃燒的需要，盡量減少對水泥窯系統(tǒng)煅燒工況的影響。
湖南院自主研發(fā)的一種適用于新型干法水泥回轉窯的聯(lián)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(tǒng)提供富氧源，高濃度富氧源接入低濃度富氧主管道組成聯(lián)合式供氧系統(tǒng)，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(nèi)的煅燒環(huán)境的目的，克服新型干法水泥回轉窯系統(tǒng)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(fā)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(fā)的聯(lián)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(lián)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(xiàn)了燃料的完全燃燒，使窯內(nèi)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(tǒng)熟料產(chǎn)能，并可與原水泥窯煅燒系統(tǒng)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(chǎn)線增加熟料產(chǎn)量30萬t熟料，水泥40萬噸，窯頭窯尾喂煤量節(jié)約10400噸。眾所周知，西藏自治區(qū)內(nèi)現(xiàn)有新型干法水泥生產(chǎn)線少，水泥長期處于供不應求的狀態(tài)，水泥價格高，西藏高爭全年生產(chǎn)線運轉率高達90%以上，可以說熟料產(chǎn)量對企業(yè)影響至關重要。粗略估算，與原先未上富氧燃燒系統(tǒng)的熟料生產(chǎn)線相比，該富氧燃燒項目投運后，每年將為企業(yè)減排CO2約2.0萬t，SO2約180t，每年能為西藏地區(qū)增加水泥367200t水泥，每年直接增加企業(yè)銷售收入3.0億元。可見西藏高爭富氧燃燒節(jié)能項目是具有實實在在的社會效益、環(huán)境效益和經(jīng)濟效益。
根據(jù)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(tǒng)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(zhì)量燒結更好，更為密實，品質(zhì)更高，對水泥的后期強度發(fā)展極為有利，這一點在水泥的抗壓強度數(shù)據(jù)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(zhì)必將上去。西藏地區(qū)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(qū)唯一能夠磨制52.5標號水泥的企業(yè)。因而西藏高爭在采用了聯(lián)合式富氧燃燒技術，不僅提高了原熟料生產(chǎn)線的窯產(chǎn)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(qū)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(fā)展的一小步，至于如何用好富氧，如何適配不同海拔、不同規(guī)模的熟料生產(chǎn)線，相信還有更加廣闊的發(fā)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(chǎn)線配套富氧燃燒節(jié)能項目正緊鑼密鼓地建設中，這也是聯(lián)合富氧燃燒技術在高海拔地區(qū)更大規(guī)模的新型干法水泥生產(chǎn)線的實踐應用。水泥企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展之路，應積極鼓勵西藏自治區(qū)、青海、云南、四川、貴州、陜西、新疆各省的高海拔地區(qū)水泥企業(yè)，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(fā)展，為企業(yè)的綠色建材可持續(xù)發(fā)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(qū)新型干法水泥生產(chǎn)線發(fā)展的一大步。
參考文獻
[1]楊志芳.富氧燃燒在水泥回轉窯中的應用研究[D].昆明理工大學.2013.
[2]胡靜洋.水泥回轉窯熱平衡分析及系統(tǒng)優(yōu)化研究[D].山東大學.2014.
[3]聞訊.水泥回轉窯系統(tǒng)余熱回收分析與實施[D].山東大學.2014.
[4] 李福通.水泥窯系統(tǒng)綜合節(jié)能改造效果研究[D].華南理工大學.2015.
[5]潘玉峰;水泥窯用富氧低NOx燃燒器數(shù)值模擬與試驗研究[D]. 西南科技大學，2015，
[6]晉欣然. 一種干法水泥回轉窯聯(lián)合富氧燃燒系統(tǒng). 中國發(fā)明專利, 201521085858.9[P]. 2016-05-18
[7]郭濤，彭學平，劉繼開，武曉萍，袁群. 水泥窯富氧燃燒技術研究現(xiàn)狀及分析[J], 水泥技術2015 (1): 46-48
[8]賈華平. 富氧煅燒在水泥熟料生產(chǎn)中的節(jié)煤機理[J].四川水泥，2013 (1):112-115
[9]黃偉. 富氧技術在新型干法水泥窯上的試驗[J]. 新世紀水泥導報, 2013(5):21-23
[10]朱文尚，顏碧蘭等. 富氧燃燒技術及在水泥生產(chǎn)中的研究利用現(xiàn)狀[J]. 材料導報, 2013(5):21-23