新型干法水泥熟料生產過程節能減排技術應用
1.節能技術概況介紹
我國建材行業能耗約占全國能耗總量和工業部門能耗總量的7%和10%，建材行業廢氣排放總量占全國工業廢氣排放總量的18%。水泥工業的能源消耗、二氧化碳排放量均占建材行業的70%以上[1]。據2011年1～12月青海省能源統計進度監測資料，青海省建材行業能耗占全省能耗的7.89%。
水泥行業是青海省六大高耗能行業之一，它對青海省“十二五”期間完成節能減排指標有較大影響。青海省是長江、黃河、瀾滄江的發源地，生態環境脆弱，是國家重要的生態屏障區域。因此在水泥生產企業中采用先進的節能減排技術，對降低能耗、減少污染和保護青海生態具有重要意義。
國內外水泥行業企業都越來越重視節能減排技術的應用。例如：采用先進的六級預熱器帶高效分解爐的預分解技術、兩檔支撐的短回轉窯、大推力的煤粉燃燒器、第四代行進式無漏料篦式冷卻機等新技術，均可大幅降低水泥熟料的燒成熱耗，實現水泥熟料燒成系統的大幅節能減排[2]。又如采用富氧燃燒技術，能夠更好地降低噸熟料煤耗和增產[3]。至于水泥工業窯爐的高溫煙氣，則采用了余熱發電、物料烘干、低溫煙氣生產熱水等技術，以充分利用其余熱，做到“合理組織能量梯級利用”[4]。
其中，水泥窯余熱發電利用窯頭、窯尾的廢氣余熱，實現熱能向電能轉換，達到節能減排和降低水泥生產成本的目的[5]。此外還有對產品和原料的改進，在利用工業廢物的同時可減少燒成熱耗[6，7]。還有SNCR脫硝技術可以較大程度的降低窯尾煙氣中NOx的濃度，具有很高的的環保效益及社會效益，值得在水泥行業進行大范圍推廣應用[8，9]。本文以青海互助金圓水泥有限公司(以下簡稱“金圓公司”)水泥熟料生產線為例，計算4500t/d熟料線生產中的物質流、能量流，分析其節能減排關鍵環節，提出水泥熟料生產的工藝組合節能減排技術方案。
1新型干法水泥熟料生產過程物質流及減排關鍵環節
以金圓公司4500t/d熟料生產線為例，進行物質流計算。計算以1h為基準，通過理論計算得到物質流見圖1。
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分析圖1可以看出，新型干法水泥熟料生產中主要的減排環節如下。
(1)減少預熱器出口飛灰量。預熱器出口飛灰量為23.25t/h，必須減少排放，并回收利用。
(2)窯頭飛灰回收利用。窯頭飛灰量大約為5.888t/h，這部分飛灰大部分通過干擾式分離器回收后打回熟料庫，但窯頭排空氣體中的粉塵含量(標況)仍達50mg/m3，而國家標準(標況)為30mg/m3,需要對窯頭除塵技術做改進。
(3)減少氮氧化物的排放。預熱器出口處煙氣含有氮氧化物(標況)為790mg/m3，而國家排放標準(標況)為400mg/m3，需要脫硝減排。
(4)生產過程中每小時消耗生料287.381t，其中石灰石就消耗了223.295t，可以考慮用工業廢渣替代部分原料，以減少天然原料的消耗，同時可使工業廢渣變廢為寶。
2新型干法水泥熟料生產過程能量流及節能關鍵環節
2.1能量流
同樣，以金圓公司4500t/d水泥熟料生產線為例，進行能量流計算。計算以每小時耗能為基準，通過理論計算得到能量流見圖2。
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2.2能源利用關鍵環節
從圖2可以看出，該線生產中的能量利用關鍵環節包括以下幾個方面：
(1)預熱器出口廢氣溫度達到350℃，帶走熱量為172568.225MJ/h，較大，需要回收利用。
(2)窯頭余風溫度達到400℃，帶走熱量為106607.625MJ/h，較大，需要回收利用。
(3)燒成系統需要大量的熱能，由煤粉燃燒提供686，647.5MJ/h，如何提高煤粉燃燒效率非常重要。
(4)SP爐出口廢氣溫度還有205℃，該股熱氣經管道散熱進入原料磨的溫度可達185℃，帶入的熱量為88430.628MJ/h，可以回收利用。
(5)篦冷機出口廢氣溫度達到250℃左右，其帶走熱量大概為25324.84MJ/h，可以回收利用。
3熟料生產資源能源利用方案
結合上述節能減排關鍵環節的分析，從金圓水泥公司生產全流程優化角度，綜合考慮生產技術、資源能源綜合利用技術和末端治理技術間的配套關系，提出先進節能減排技術的工藝組合方案，見圖3。
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(1)礦石開采工序：采用礦山生態恢復技術，植物噴漿，減少揚塵，恢復生態。
(2)原料工序：采用工業廢料替代原料技術，降低原料消耗，減少工業廢料的排放。
(3)熟料煅燒工序：采用風機變頻技術，降低電耗;采用富氧燃燒技術，提高燃燒效率，節約煤耗;采用純低溫余熱發電技術，回收大量熱能，返回系統使用;采用廢氣余熱烘干原燃料技術，包括SP爐出口廢氣烘干原料和篦冷機出口廢氣烘干煤粉，提高能量利率，減少煤耗。
(4)凈化工序：采用脫硝技術對煙氣進行凈化，減少氮氧化物的排放;采用窯頭電改袋技術，減少原料的損失，進一步降低排空氣體中的含塵量。
(5)余熱發電：采用污水處理和循環水利用技術，實現污水零排放，并且降低新鮮水的消耗。
4節能減排效果和經濟效益
金圓公司應用以上節能減排技術的工藝組合方案，按照每噸熟料產品為基準，可實現的節能減排效果和經濟效益計算分別見表1和表2。
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5結論
通過對金圓公司4500t/d水泥熟料生產線進行物質流和能量流計算，得到了相關的資源及能源利用關鍵環節，提出了水泥生產節能減排技術工藝組合方案。該企業采用這一方案，每年節煤57680t、節電523.6萬kWh、節水12.852萬m3、碳減排46200t、NOx減排60%，每年可為企業產生經濟效益4822.8萬元。
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