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贾华平：2023低碳让富氧再次热燃

水泥中国水泥网高级顾问贾华平 2023-09-25

富氧燃烧作为近代燃烧技术的一大突破，在钢铁、玻璃等行业的成功，已经充分证明了其在强化燃烧、提高燃烧效率，推动节能减排方面的功效。为什么水泥行业就不行呢？

随着水泥行业绿色低碳发展步伐的推进，富氧燃烧作为一种能够有效提升烧成系统能效，降低碳排放的技术手段，收到业内越来越多的关注。

近日，中国水泥网高级顾问贾华平就富氧燃烧技术在水泥行业的应用做了详细介绍。

一、早期5000TPD水泥窑富氧效果

1、辽宁某公司不设制氧系统案例：

该公司5000TPD生产线由于煤磨产能不足，煤粉细度过粗，希望通过富氧助燃改善对粗煤粉的适应性。该公司没有建设富氧系统，简单购买附近钢厂的富氧气体，2016年7月2日完成了富氧配套改造，并投入富氧煅烧。

该公司试验了不同引入部位和不同富氧浓度的效果，在二次风中掺入富氧、在分解炉供煤风中掺入富氧均为获得明显效果，只有在一次风中加入富氧有效果。在一次风中加入富氧，进行了不同富氧浓度对烧成系统的影响试验。试验结果表明: 最佳的富氧浓度在27%-30%之间，台时产量提高了9%，煤耗降低9.41%，电耗降低14.01%。

2、河南某公司膜法制氧系统案例：

该公司5000tpd生产线采用MZYR-12000型膜法制氧系统富氧煅烧，气体的富氧浓度为29%±2％,富氧气体流量为12000±200Nm3/h。

该公司最初采用① 头煤一次风机入口；② 尾煤送煤风机入口两个富氧引入点，后因尾煤引入没有效果而停用，最终采用头煤一次风机入口引入。2012年11月25日水泥窑富氧煅烧投入正式运行。从2012年11月25日正式投入运行，至2013年1月9日停窑检修，连续45天的富氧运行，平均日产熟料提高约200d左右，平均节煤率为10.73%。

3、山东某公司深冷制氧系统案例：

该公司5000tpd生产线海拔较低、接近于海平面，以2017年2月18日～2月28日对烧成系统的热工标定为基础，配套设计了深冷法富氧系统。

遗憾的是还没有调到最佳工况，窑头燃烧器就出现了内管磨穿问题，烧成工况开始明显恶化，只好于2017年12月1日～12月5日进行了富氧煅烧的效果标定。在生产系统不尽理想的情况下取得了不错的效果，应该说还有潜力可挖：生产能力提高了7%，实物煤耗降低了12.17%，标准煤耗降低了15.85%。

4、安徽某公司深冷制氧系统案例：

国内水泥行业著名的大型集团也开始了尝试富氧煅烧，于2020年9年25月在其分公司的一条5000tpd生产线上，以一次风形式将富氧空气引入头煤燃烧器，投运了深冷法富氧系统。

据有关现场人员的初步试验消息：烧成系统的产量平均提高了12.28%，标煤耗降低了8～9 kg标煤/t熟料。该集团公开报道的富氧效果：“窑况更加稳定，窑皮稳定均匀，窑电流显著降低，富氧燃烧降低空气过剩系数，降低烟气生成量，C1出口废气量减少”，“烧成系统热效率提高，用风量减少，系统阻力降低；烧成系统煤耗降低约5kg.ce/t.cl；计入制氧系统电耗，熟料综合电耗升高约1.5～2kWh/t.cl。”

需要说明的是，以上采纳的所有信息都是我认为靠得住的非官方信息，这些信息时效性强、针对性更强、能更好的揭示问题，有时候可能比官方信息、比较长时间的平均值更有参考价值。

什么是科学研究?就是通过改变环境条件 (工况)，寻求可能偶然出现的亮点(包括瞬间的闪点)，分析这些亮点产生的条件，再努力为亮点的持续稳定创造条件，星星之火就可以燎原！实际上，对技术进步和系统优化来讲，一时的亮点对结局的影响虽然有限，但针对性更强、能更好的揭示问题，反而比成功后的熊熊烈焰更有价值。对于一个优秀的企业，不仅要重视故障、总体劣绩的分析更要重视亮点、局部优势的分析，才能不断进步!

二、近期投运的水泥窑富氧公司概述

搞水泥生产的都知道，3%以下的节煤率未必属于富氧效果，通过操作优化、管理优化也是有可能的，这在助磨剂、助燃剂的试验和使用中都有过切身体验。你可能认为，以上案例都是个案、都有其特殊性，而且很难说其试验方案没有漏洞、标定结果没有人为干扰。

那好，我们就来回答这个问题：

江苏某股份制民企，采用膜法富氧，2020年对其一线2500 t/d线进行了富氧煅烧技改；2021年对其二线5000t/d线进行了富氧技改；2022年又对其三线5000t/d线进行了技改。

那么，这三台窑富氧改造的效果如何呢？毋庸讳言，业主与富氧商的说法并不一致，而且各有说词。为此，2023年3月份我去作了一次考查，双方都认可6～7%的节煤率。一项技术改造不仅是节煤问题，总体上要对企业有利，持续的进行已经说明了问题，具体数字已经不重要了！不管节煤率多少，一个民企在一个厂区内，连续3年改了3台窑，而且还带动附近的台泥厂也进行了富氧改造。这是从来没有过的现象，你说有没有效果呢？

以下分别是4个膜法富氧系统的现场照片：

除了江苏镇江句容的几条线外，北方又一条5000t/d线投入富氧煅烧：承德金隅的5000t/d线，经改造已提升到7000t/d以上，由于焚烧固废导致窑况波动很大，为了缓解固废对烧成的影响，20230515投用了富氧煅烧。三个多月的运行表明，台时产量提高50多t，节煤约6%，熟料强度提高1个多MPa，有效改善了固废对烧成的影响。

为了降低投资和加快进度，承德金隅没有建设制氧系统，购买附近承钢的制氧厂氧气（含氧量＞90%），加入空气淡化为富氧（氧含量约29%）后使用。富氧风用量大致6000m3/h，分两个部分入窑：一是一次风的净风，二是篦冷机的固定蓖床供风。由于承德金隅不是制氧厂的主要用户，当气源紧张时供气不太稳定，双方正在协调解决。

三、关于水泥窑富氧煅烧的辩证思维

研究表明：富氧煅烧能提高燃料煤的活性，进而提高煤的燃烧速度、提高其燃尽率；富氧煅烧能降低煤的燃点，提高燃烧的集中度和火焰强度，进而减少燃烧的边际损失，增加燃烧热量的利用率；富氧煅烧能提高火焰绝对温度，进而提高燃烧温度、减少传热过程的㶲损失；富氧煅烧能提高火焰黑度，进而提高辐射强度和强化辐射传热，在水泥回转窑内辐射是主要的传热方式；富氧煅烧还能减少燃烧后的排气量，降低烟气带走的热量。

有专家担心，对于定型的预热器系统降低风量未必是好事，但为什么要降低风量呢？提高产量不正是我们需要的吗！在中国的水泥行业，富氧煅烧至少在理念上是被多数人认可的。但是，在2011年至2014年期间，据笔者不完全统计，小至700t/d窑、大到5000t/d窑，先后有十多家水泥公司参与了富氧煅烧试验，为什么就没有发展起来呢？

由于各生产线的情况不同、提供富氧煅烧技术的公司不同、富氧制备工艺不同、富氧助燃方案不同，各公司的试验装备、人员素质、方式方法难说认真，试验结果可谓千差万别，一时难有定论、怀疑四起、褒贬不一，包括一些专家的信口开河，高潮一退又偃旗息鼓了。

特别是，富氧煅烧还曾作为 “十二五” 国家科技支撑计划、并且已经启动，但后续呢？遗憾的没了后续，对富氧煅烧的持续发展造成了很大影响。

富氧燃烧作为近代燃烧技术的一大突破，在钢铁、玻璃等行业的成功，已经充分证明了其在强化燃烧、提高燃烧效率，推动节能减排方面的功效。为什么水泥行业就不行呢？我们已经习惯了“常氧”煅烧，在高原地区也适应了“贫氧”煅烧，形成并固化了一套管理模式和操作经验。但我们没有用过“富氧”煅烧，需要重新探索，需要辩证思维打破传统观念的束缚、重新审视和修正已有的模式和经验。

创新需要容忍失败、研究需要坚忍不拔，理论来之于实践，又总是被实践修正。 —— 创新的历史反复证明，在多数人山穷水尽之后，往往会迎来少数人的柳暗花明！

作为抛砖引玉，需要辩证思维打破传统观念的束缚，重新审视和修正的不仅包括：提高煅烧温度不一定就增加NOx；降低煤耗不一定要引入新的热能；窑头的一把火不一定是越亮越好；增加管道长度不一定就增大阻力；增加电耗不一定会增加系统能耗；系统投资不一定需要你占用资金；超短窑未必就没有富氧节能的潜力。

这一系列的“不一定”不是凭空想象的，都有确切的事实依据，需要我们用辩证思维打破已有经验的束缚，从根本上分析相关“不一定”的原因，找到并采取相应的措施，才能让结果向有利的方向发展。

对于水泥窑的富氧煅烧来讲，富氧不是关键，只是要求可靠的设备运行、稳定的气体含氧量，富氧系统已经在多个行业有了多年的发展，富氧技术已经相对成熟，无非就是个建设投资和运行成本问题；关键是煅烧，“煅烧”是水泥生产方的专业和职责，缺经验应该自己去摸索、去总结，不能将富氧效果推给富氧商。隔行如隔山嘛，富氧商的擅长是制氧，他们对水泥煅烧能有什么比你更好的办法呢？

四、富氧煅烧再超短窑生产线的运行情况

江苏某公司1#窑生产线：该生产线由KHD公司设计，回转窑采用Ø5.2 × 61米超短窑，分解炉为双炉Ø5.6 x70米，设计能力为5250t/d熟料。

2022年，该生产线采用膜法富氧系统进行了节能改造，富氧项目的工艺流程图如下：

项目于2022年2月10日正式投入运行，并取得了较好的节能效果，系统至今运行正常、性能稳定。

验收结论：

该公司一线窑“膜法富氧局部增氧助燃节能系统投运后系统自身运行正常稳定，富氧流量稳定在6000Nm3/h 以上，富氧空气浓度在29±2％，空气中灰尘去除率达到99.9％，达到设计性能要求；窑烧成运行也更加稳定，吨熟料标煤耗降低4.16kg(4.16％)，NOx 排放与氨水用量与改造前基本持平；各项指标均达到合同指标要求, 验收合格。”

应该说，国内第一台超短窑的富氧煅烧改造是成功的，而且改造效果获得了该公司的充分认可，该公司已经在谋划二线窑的改造了。应该说，这个改造效果还没有到顶，还有两项措施没有采用，头煤的送煤风还没有用富氧、富氧还是采用常温供气，这两项节煤措施将用于该公司的二线窑改造，相信会取得更好的效果，让我们拭目以待。

五、又一条5000TPD线富氧项目开工建设

2023年5月8日，微山山水水泥有限公司5000t/d水泥窑，经过认真的调研分析，在资金相对紧张的情况下，为了进一步提高生产效率和产品质量，降低煤耗和生产成本，减少有害物质对环境的污染，增强企业的竞争力和市场占有率，开工了膜法富氧煅烧项目建设，计划10月份投运。让我们祝福他们的改造取得圆满成功！祝贺中国水泥行业又一条5000t/d水泥窑开启富氧时代！

编辑：余丹丹

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投稿：news@ccement.com

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