新型干法水泥生产节能减排技术

王晓龙

（西安建筑科技大学材料科学与工程学院粉体工程研究所，山东 青岛 710055）

0 引言

水泥是工程建设中的基础材料，与工程建设质量和安全息息相关。随着我国水泥工业不断发展，其在市场经济地位也在不断提高，由于城镇化促使城市基础设施建设步伐加快，新建房屋数量增多促进了水泥工业发展进程。水泥生产作为典型的传统类型产业，在实际生产中存在资源损耗高、能源损耗高、环境污染严重等问题。近些年，我国大力倡导节能减排，推动绿色工业发展，因此水泥产业必须遵循节能减排原则、走可持续发展道路，向新型工业领域推进，减少资源浪费、提升生态环境效益。

1 工程概况

某水泥生产企业熟料生产线规模为5000t/d，原料系统采用石灰石、砂岩及粉煤灰三组分配料。窑尾设有生料磨和SP 余热发电锅炉系统；窑头设有煤磨和AQC 余热发电锅炉系统，烟气经脱硫脱硝后排放。窑尾预热器出口废气温度为330℃，窑头出口温度为350℃；窑尾SP 余热发电锅炉出口废气温度约210℃，窑头AQC 余热发电锅炉出口废气温度约105℃，出篦冷机熟料温度约为85℃。窑尾预热器出口烟气携热量约为138GJ/h，窑头烟气热量约为53GJ/h，煤磨用热约21GJ/h，生料磨用热约99GJ/h。系统废气中二氧化硫含量约为600mg/Nm3，生料消耗量约为1.63kg/kgcl。

由以上运行参数可知，系统料耗较高，原料系统可进行优化。锅炉出口废气温度过高，热量损耗较大，窑尾SP 锅炉烟气出口温度210℃，经生料磨降温至185℃；窑头AQC 锅炉烟气出口温度为105℃，还有进一步回收利用的空间。本系统烟气不达标，应增设脱硫装备。

2 节能的关键

本水泥厂的节能的关键点在于提高系统效率、降低系统热耗；减排的关键点优化生产工艺及设备，增加脱硫脱硝设备。具体减排工艺方案流程如图1 所示。从

图1 节能减排工艺方案流程图

2.1 具体节能措施

（1）针对生料料耗较高，石灰石消耗较大，在原料工序上，对配料进行调整，添加工业废弃炉渣，减少原料损耗量，降低能源、资源浪费。

（2）熟料煅烧工序，对篦冷机冷却风机，窑头、窑尾风机进行变频改造，降低煅烧工艺能耗量；采用富氧燃烧技术，提高燃烧效率，降低燃煤损耗量。

（3）针对余热锅炉出口烟气温度过高，为了更进一步利用废气中热能，在锅炉尾部设置热水加热装置，产生热水用于厂区供暖。

（4）对窑头电收尘器改造为袋收尘器，降低原料损失量，减少排放含尘量。

（5）根据余热锅炉的清灰特点，严格控制用风量，使烟气在进入锅炉后热面之前烟气中较大颗粒的粉尘自然沉降下来。

（6）借助循环水利用技术、污水处理技术，实现污水零排放，降低新鲜水消耗量。

3 减排技术设计方案

3.1 设计思路

由于该生产法在投入过程中，一些原料内会产生硫化物，最典型的是黄白铁矿投入，而且部分原料本身就含有单硫化物。因此，水泥在生产时，温度在不断提升，当达到一定温度后则会将硫化物以气体的形式释放。例如，当温度=600℃这个温度点时，受氧化及高温的作用影响，二氧化硫气大量产生。如果原料中含有较高的挥发性硫，那在预热阶段就会从预热器中逃离，此时因为活性氧化钙反应不足，或在生料磨料环节无法将含硫气体排除，就会产生二氧化硫排放[1-2]。

通过对生产流程分析可知，在生产中所产生的二氧化硫可通过分解炉中新产生的氧化钙吸收，这是由于氧化钙活性高，可有效吸收气体的二氧化硫。因此，从这里可以看出，这一方法本身就可以进行脱硫。将生产废气用于原材料烘干，在原料磨料中还会进一步吸收废气中的二氧化硫。但需要注意的是，如果生产环境温度＜600℃的时候，吸收二氧化硫性能氧化钙＞碳酸钙。且两级预热器碳酸钙的分解率极低，氧化钙数量在高温带含量少，烟气停留在排放前的时间相当少，因此二氧化硫吸收率大打折扣。这就是为什么出现了高耗能以及高污染的重要原因之一。

3.2 节能减排技术流程分析

3.2.1 石灰石的浆液制备过程

在该制备过程中，所要选择合适粒径的石灰石粉进行，通常情况下，φ＜45μm 最合适。把这些选择出现的石灰石粉加入到粉仓内，通过叶轮给料机作用，把原料分批投入浆液内，制作成石灰石浆液（30%），并通过泵送方式将石灰石水输送到循环泵口处[3]。

3.2.2 烟气系统

窑尾烟气进入至吸收塔内之前要通过脱硫挡板，之后与喷淋浆液、烟气逆流相接触后发生吸收性的化学类反应。这个过程烟气的温度会不断在喷淋的作用下下降，经过脱硫之后排放到大气中。同时为了更好发挥脱硫系统的作用，同时在烟气系统中增设多个挡板，挡板的作用自然不言而喻，是为了可以有效对旁路进行遮挡，并对烟气起到一定的脱硫作用。旁路挡板在脱硫系统正常运行状态处是关闭的，另挡板开启，可以帮助烟气更好进入吸收塔，并开启喷淋反应[4]。一旦运行中出现异常情况，会自动启动旁路挡板，自动关闭脱硫烟气挡板。

3.2.3 吸收与氧化系统

在节能减排系统中，吸收氧化系统是核心结构，直接决定了“石灰石-石膏”脱硫工艺的使用效能。该系统包括吸收塔、喷淋及浆液循环泵系统。吸收塔的底部可在存储大量的石灰石浆液，通过循环泵把这些浆液传输至上部，行喷淋作用。此时，气和浆液产生了一系列的化学反应可有效吸收二氧化硫。此时，通过反应后产生的碳酸钙则会都汇集于塔底，并能过塔底进入循环浆液池内的。石膏浆液的生成是在氧化风机作用下完成，并通过排放泵排出，进行副产品处理系统行后续工作。

脱硫后，烟气中的含水量较高，采用除雾器将烟气水分去除。为了保证除雾效果，除雾器呈三角结构放置，均匀设置于吸收塔顶端。使用工艺水对除雾器进行冲洗，该过程由自动程度自主完成。采用钢制设计吸收塔的塔体，内部涂上防腐作用的材料，并进行镀膜处理，喷淋系统（喷嘴+母管+支管）共三层，该采用了三台智能浆液循环泵设备，可借助计算机系统实现智能控制，也就是根据新型干法水泥生产中的二氧化硫排量调节运行速率，无需人为操作，降低系统能耗。

数据标准如下[5]：

表1 系统运行情况的数据标准

3.2.4 副产品处理系统

系统可生成石膏水、石膏。旋流器、真空皮带过滤器共同构成副产品处理系统。石膏浆液被吸收塔排出，送至旋流器，并进行浓缩处理，之后石膏浆液被送至过滤机脱水进行处理。此时，得到的石膏产品含水率极低，便可行统一的储存、运输。

3.3 节能减排技术效益评价

该水泥生产企业采用“石灰石-石膏”节能降耗工艺后，经检测脱硫率在92%以上，满足新型干法水泥节能减排生产需求，提高了水泥生产经济效益。具体技术指标如表2 所示。

表2 “石灰石-石膏”系统技术指标

对“石灰石-石膏”工艺进行经济效益评价，熟料脱硫成本2.2 元/t（加入电耗，预计为3.3 元/t），经济性有效了明显提升[6]。整体来看，节能减排系统的优势表现为：

（1）整个节能减排系统脱硫效率较高，系统结构简单、前期投入低、运行稳定性强。

（2）整个系统可以生成石膏等副产品，可用于制作水泥缓凝剂，不仅减少了二次污染，同时也提高了水泥厂的经济效益。

（3）整个系统的结构并不复杂，且只需要占极小的地方就可工作，经过科学证明，流程科学有效。

（4）未来可进一步借助计算机软件技术优化模拟现场设计结构，有助于提高整个系统的运行综合效能。

（5）系统采用了烟气流速量化设计，根据烟气量自动调节喷淋系统，除了可以保证短时间内完成脱硫目标，并且降低了能源损耗，经济效益较高。

4 结束语

综上所述，虽然新型干法水泥生产工艺在我国发展有一段时间，但该项技术还有很大的发展空间和发展前景。并且，通过对新型干法水泥生产技术不断优化、调整，可以有效降低水泥生产企业能源损耗、污染物排放量。本文重点介绍了一些节能降耗工艺措施，该系统在能够满足新型干法水泥生产节能减排要求的基础上，还可以降低运行成本、提高处理效率，综合优势非常明显，还能够适应复杂生产工况，综合效益非常高。