水泥行业碳减排技术的应用

9月25日由中国水泥网，中国混凝土与水泥制品网主办，中国混凝土与水泥制品协会预拌混凝土分会支持的2014第二届中国水泥发展论坛在浙江宁波浓重开幕，会上中国建筑材料科学研究总院高工房晶瑞做了《水泥行业碳减排技术》的主题报告。

一.水泥行业碳减排技术—富氧燃烧

向燃烧区通入充足的氧气，使燃料在富氧乃至纯氧条件下进行燃烧。

富氧燃烧技术优势：提高产能，最大可以达到超过20%产能的提高根据炉窑具体情况；产能提高能力在5-20%之间。提高燃烧效率，燃料节省3-5%，最大可节约10%以上。当用替代燃料时，燃料节约效果更明显 提高便利性最少的初期投入在合同签订的60天内，达到产能提高的目的在于可延长耐才寿命可延， 减少烟气中的粉尘 ，提高炉窑稳定性。

  国外水泥企业应用富氧燃烧情况

1.燃料代替技术

替代燃料是指CO₂排放因子小于标煤的替代燃料，标煤CO₂排放因子为0.094kgCO₂/Mj，而废轮胎的排放因子为0.085kg/Mj，废玻璃钢为0.083kg/Mj，均低于标煤CO₂排放因子，因此使用这类替代燃料，可以降低CO₂排放量。

对于浸渍木屑污泥木材、木材废弃物农业、有机织物废弃物、生活垃圾筛上物等含100%生物质碳，可不计入其CO2排放量，因此生物质燃料的使用也可以降低CO₂排放量。对于废弃玻璃钢10%替代传统燃料，其指标如下：

减排效果：吨熟料CO₂减排量4.2kg，年减排CO₂约0.63万吨；经济效益：设备投资400-500万元，则投资回收期为0.25-0.31年；社会效益：废弃物回收量11.1kg/tcl，年回收废弃玻璃钢1.7万吨；示范情况：北京水泥厂利用废弃玻璃钢项目、华新秭归自用长江漂浮物项目等。

燃料代替技术的运用原理

2.污泥燃料化技术

污泥燃料化技术的优点是：1. 工艺简单，运行容易，循环利用污泥的蒸发蒸汽，仅排出剩余蒸汽的简单工艺；2. 对恶臭气体容易采取相应措施，干燥机内为微负压，不会有恶臭气体漏出，恶臭气体在热源炉内可以得到分解；3. 干燥热源的多样化蒸汽、空、低温废气等热源可以得到利用。

污泥燃料化技术运用原理

3. 协同处置废弃物

利用窑炉高温特性，焚毁废物中的有害组分，并达到综合利用的目的。

水泥窑协同处置废弃物流程图[Page]

根据2006年GNR的数据，全球范围内水泥行业能源供给的7%是替代燃料，3%是生物质，剩余90%是传统化石燃料。2008年德国水泥工业按全国熟料热耗计的替代燃料对化石燃料的替代率已达58%、荷兰81%、法国34%、比利时50%、瑞典29%、捷克45%、美国24%、日本12%。

城市生活垃圾具有一定热值，其灰渣可用作熟料烧成原料或水泥制备混合材，因此协同处置城市生活垃圾具有一定的燃料替代率和原料替代率。

减排效果：对5000t/d新型干法线，其处理垃圾量为200t/d，即处置垃圾量占总熟料产量4%，其燃料替代率为5-10%，原料替代率为2-4%，则年减排CO2排放量约为0.9-1.6万吨；

社会效益：吨熟料回收城市生活垃圾40kg，年处置垃圾量为6万吨；

经济效益：设备投资7000-12000万元，以政府每吨垃圾补贴150元，则回收期为5-12年；

示范情况：台湾水泥有限公司，北京金隅集团琉璃河水泥有限公司 ，安徽铜陵海螺 ，华新等。

4.国家标准《水泥窑协同处置固体废物技术规范》

标准规定了水泥窑协同处置固体废物的术语和定义、协同处置固体废物的鉴别和检测、处置工艺技术和管理要求、入窑生料和水泥熟料重金属含量限值及水泥可浸出重金属含量限值、检测方法及检测频次等。

二.水泥行业碳减排技术—预烧成技术

1.预烧成技术

回转窑中仍存在堆积态传热，窑尾部分生料传热及反应热量需求与热量供给间存在矛盾，限制了熟料烧成热耗的降低和单机窑产量的提高；通过提高入窑生料活性，缩短物料在窑内的缓慢升温，加快后续固液相反应。

基于熟料烧成过程中多阶段形成的客观事实，提出的具有创新性的概念型生产工艺——水泥预烧成技术，以期进一步增强换热效率，提高物料反应活性，减少回转窑热损失和热负荷，建立新一代，高能效水泥窑炉工艺模型。

强调增强分解炉煅烧功能，使物料全部分解反应及部分固相反应在分解炉中进行；物料入窑后直接进行后续的固相反应和液相反应，提高反应速率，增强有效传热，从而大幅度提高回转窑产量，降低生产热耗。

鲁南中联水泥有限公司2000t/d预分解窑炉进行技术改造，以验证水泥预烧成技术理论成果及配套研发的多功能耐高温材料。

减排效果：吨熟料CO₂削减量约为2.0-3.7 %，5000t/d生产线年减排CO₂约2.7-4.5万吨。

经济效益：综合能耗降低5-10%，吨熟料运行成本降低5.9-10.8元，设备投资3000-9000元，则回收期为1.5-9年。

三.水泥行业碳减排技术--CCUS

1.CCUS

2.ECRA

工业化应用 2025 燃烧后捕集2030 全氧燃烧捕集成本分析（包含投资、运输、储存）燃烧后： 50?100 €/t全氧燃烧： 40?60 €/t 。

3.水泥窑全氧燃烧技术

水泥窑全氧燃烧就是把燃料与85% ~ 100%的氧气以及富含CO₂的循环废气按预定燃料比混合，将其代替空气鼓入分解炉和回转窑炉中助燃燃料的技术。

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四.水泥行业碳减排技术——能源管控技术

1.水泥生产能源管控技术

以能源为核心，通过数据采集、管理、分析和应用对水泥生产实时监控、生产管理、设备管理、能源管理、质量管理等进行信息化管理，对分解炉、回转窑、篦冷机、粉磨系统等重要工段进行智能控制，形成水泥生产能源管控一体化技术。

数据采集

安装数据仪表对各种能源进行实时的监测，通过多种通讯方式传输到能源数据服务器

数据管理和分析

对海量的能源数据进行整理和统计，实时对能耗进行管理，并发现能耗异常情况，对能耗的各种影响因素进行分析，自动需找能效薄弱环节。

生产报表和指标

生成几十种报表，如：能耗报表、能源费用报表、碳排放报表、能源成本分摊报表、节能效果报表。生成企业所关注的关键能耗指标，提升能源管理水平。

实时高效数据库技术

以国外主流实时数据库系统为基础，结合国内用户的具体情况自主研发VEGOO实时数据库系统；

智能点检仪技术

具有振动、温度信号的自动测量与采集技术，数据录入技术，点检定位管理技术。

非线性模型预测控制技术

通过预测模型来预估过程未来的偏差值，以滚动优化确定当前的最优输入策略

基于神经网络的复杂过程建模技术

解决水泥生产过程中的大数据、多变量、非线性、大时滞、多耦合等过程建模问题，建立精确的数学模型

基于逆向差分的不可测干扰抑制技术，预先调节操纵变量，实现超前调节。

五.水泥行业碳减排技术—余热发电

1.余热发电技术

通过余热回收装置——余热锅炉将水泥窑窑头、窑尾排出大量的废气余热进行热交换回收，产生过热蒸汽推动汽轮机实现热能向机械能的转换，从而带动发电机工作的技术。

现阶段我国实行的纯低温余热发电技术的热力系统方案有以下三种：单压系统、双压系统和闪蒸系统。从理论上分析三种系统的发电效率和余热回收效率：采用单压系统，产生主蒸汽后的烟气低温废气余热无法利用，导致窑头预热锅炉的排烟温度较高，余热没有得到充分利用，发电效率较低；采用双压单极补气系统，可余热按不同能级得到充分利用，发电能力最高；采用复合闪蒸系统其发电能力和余热利用水平和双压系统相当。

2.高效篦冷机热回收技术

第三代篦冷机在冷却效率、冷却效果、液压传动、自控系统等方面都有了长足的进步。

第三代篦冷机缺点：冷风难于透过粉状熟料料层，未冷却的熟料量增多，冷却效率低，设备事故率高，结构较为复杂。20世纪90年代末期，FLSmidth公司推出了推动棒式冷却机，篦床完全固定，篦床下安装了机械空气流量控制阀调整充气和熟料层的风量分配，以及独立的推料单元。

3.高效煅烧技术

减排效果：多通道燃烧器一次风用量较低，约为7%-10%，较传统燃烧器低4%-11%，熟料烧成热耗降低33-138kj/kg，即降低1-4% ，吨熟料减排CO₂约3-12kg，年减排CO₂量0.45-1.35万吨。

经济效益：采用高效燃烧器技术运行成本降低1-4元/t熟料，增加初次投资30万元，则投资回收期为0.05-0.2 年。

示范情况：目前50%左右的水泥生产企业都采用了此技术，如鲁中水泥厂等。

六.水泥行业碳减排技术—立磨技术

立磨技术

减排效果：较传统圈流球磨水泥粉磨技术单位产品电耗40kwh/t水泥，立磨终粉磨水泥技术单位产品，电耗在27-35kwh/t，节电约12.5~32.5%。

经济效益：采用立磨终粉磨水泥技术运行成本降低2.5-6.5元/t熟料，其投资为4000万元-7000万元，则投资回收期为3-13年。

示范情况：湖北亚东、云南东骏、四川星船城等水泥公司。

在水泥生产中，传统的粉磨系统是球磨机，而当立磨出现以来，便以独特的粉磨原理克服了球磨机粉磨的诸多缺陷 ，同时集中碎、粉磨、烘干、选粉、运输等功能于一体。

第一台立磨是上个世纪二十年代在德国研制出来的。

立磨的类型很多，结构和功能各有特色，但基本结构大同小异，它们都具有传动装置、磨盘、磨辊、喷口环、液压拉伸装置、选粉装置、润滑系统、机壳等，其主要工作原理也基本相同。

七.水泥行业碳减排技术—原料替代

原料替代技术

通过采用电石渣、高钙粉煤灰等含CaO的废物替代石灰石，用于水泥熟料生产，可减少CO₂排放。依据替代原料成分和替代量，CO₂减排量在10~400 kg/t之间变化。假设CO₂减排量原料替代比例为30%，CO₂减排量为153 kg/t熟料。替代原料的单位价格比天然原料低50%左右，能有效降低熟料生产成本，增加水泥生产企业的经济效益。应用案例：都江堰拉法基水泥、唐山冀东、北京新北水。

专题：2014第二届中国水泥发展论坛