西藏高争建材股份有限公司富氧燃烧节能项目，是联合式富氧燃烧技术在高海拔新型干法水泥生产线的首次运用。该项目生产规模为：折合纯氧2×3000Nm3/h，建设单位是西藏高争建材股份有限公司(以下简称：西藏高争)，湖南省建筑材料研究设计院有限公司(以下简称：湖南院)总承包建设。项目建设期为10个月，于2015年5月10号开始系统调试，经过两个多月的调试， 2015年7月下旬正式投入生产使用，富氧燃烧系统与水泥窑系统工艺顺畅，持续正常运转，生产状况稳定。依照《全氧、富氧燃烧技术改造节能评价方法(DB37/T 1571-2010)》、《水泥回转窑热平衡、热效率、综合能耗计算方法(GB/T 26281-2010)》、《企业节能量计算方法(GB/T13234-2009)》和现场计量设备称重[1-5]，完全达到预期增产、节能目标，于2015年8月25日正式通过竣工验收。联合式富氧燃烧技术在高海拔新型干法水泥生产线的成功运用，这主要源于整个项目规划、设计与建设过程中，严格遵循西藏高争“生产可靠、经济环保、节能提产、技术先进”的指导准则，湖南院依赖多年对新型干法水泥技术和富氧燃烧技术的摸索与研究，将两种燃烧关键技术有效结合，形成互补优势，共同协力合作的技术成果。
图1 富氧燃烧车间
目前，该套富氧燃烧系统已经正常运行一年时间，经历 了西藏拉萨地区一年四季温度、氧含量的气候变化，富氧燃烧技术和新型干法水泥技术工艺无缝衔接，设备持续运转正常，窑况稳定，节能提产效果显著。项目采用湖南院首创的联合式富氧燃烧技术，由变压吸附制氧和膜法制氧两种方式组成联合式供氧系统，富氧产量为2×3000Nm3/h，变压吸附法制得的富氧浓度约为80%，膜法制得的富氧浓度约为30%。通过富氧管路将富氧引入水泥窑烧成系统，形成富氧燃烧技术与新型干法水泥回转窑熟料生产相结合的方法，富氧作为氧化剂被添加到水泥窑，富氧空气主要输送到以下几个供氧点：①煤磨风机送煤粉系统;②窑头内、外风机和窑尾燃烧器;③窑头二次风入口。在①和②供养点的前端设置混氧罐，用于调节①和②的氧气浓度。同时配备温度、压力传感器和氧气浓度检测仪，用于监控富氧输送的工况，一来确保系统的安全，二来确保每个用气点的要求。为了应对水泥窑的突然跳停情况，在富氧燃烧系统还设置了排放口，以备万一之需，生成的富氧空气可以直接高空排放至大气中。此外，联合式富氧燃烧系统是两套供氧设备组成，当其中一组设备出现调停故障时，另一套富氧装置仍然能够提供富氧空气，以此满足水泥窑系统燃烧的需要，尽量减少对水泥窑系统煅烧工况的影响。
湖南院自主研发的一种适用于新型干法水泥回转窑的联合富氧燃烧技术[6]，是高浓度富氧制氧装置与低浓度富氧制氧装置两套系统提供富氧源，高浓度富氧源接入低浓度富氧主管道组成联合式供氧系统，分别对窑头燃烧器净风、送煤风、窑头二次风提供富氧空气，以此达到有效增加窑头、窑尾燃烧器的煤粉燃烧效果，改善回转窑内的煅烧环境的目的，克服新型干法水泥回转窑系统煤粉燃烧不充分的不利因素。然而富氧燃烧与水泥窑窑炉的工艺对接方式，是近年来富氧燃烧技术研究与摸索的研究方向之一，从已有的适用于新型干法水泥的富氧燃烧技术来看，存在以下几个问题[7~10]：
(1)只着重窑头、窑尾燃烧器与富氧燃烧技术衔接，多致力于开发新型燃烧器设备和工艺;
(2)制氧方式较为单一，如广西鱼峰水泥厂采用膜法制氧，都江堰拉法基水泥厂采用变压吸附制氧;
(3)供氧点局限某一处，有的仅仅对窑头燃烧器提供富氧，有的仅仅对净风进行供氧，有的是直接对回转窑进行供氧，而无法满足整个窑炉煅烧工艺要求。
湖南院开发的联合富氧燃烧工艺技术，通过合理、有序、定量的安排燃烧需要的富氧空气以及与煅烧工艺结合的方法，有效地解决了上述问题。联合式富氧燃烧技术是以改善燃料的燃烧条件，缩短燃烧时间，实现了燃料的完全燃烧，使窑内传热速率大幅度提高为目的，进而以减少燃料消耗，增加窑系统熟料产能，并可与原水泥窑煅烧系统形成无损工艺切换，是新型干法水泥回转窑富氧助燃技术的首选。
截止2016年10月底，该项目已为西藏高争两条2000t/d新型干法水泥生产线增加熟料产量30万t熟料，水泥40万吨，窑头窑尾喂煤量节约10400吨。众所周知，西藏自治区内现有新型干法水泥生产线少，水泥长期处于供不应求的状态，水泥价格高，西藏高争全年生产线运转率高达90%以上，可以说熟料产量对企业影响至关重要。粗略估算，与原先未上富氧燃烧系统的熟料生产线相比，该富氧燃烧项目投运后，每年将为企业减排CO2约2.0万t，SO2约180t，每年能为西藏地区增加水泥367200t水泥，每年直接增加企业销售收入3.0亿元。可见西藏高争富氧燃烧节能项目是具有实实在在的社会效益、环境效益和经济效益。
根据西藏高争熟料和水泥理化性能的分析结果来看，在引入富氧燃烧系统后，熟料升重由1210g/L增加到1283g/L，熟料矿物中的C3S和C2S总量上升2%， f-Cao量降低0.2%，那么这样的熟料质量烧结更好，更为密实，品质更高，对水泥的后期强度发展极为有利，这一点在水泥的抗压强度数据中得到了验证，水泥3d强度增加1.7Mpa，28d强度增加4.0Mpa。由此可见，只要燃烧状况得以改善，熟料和水泥的品质必将上去。西藏地区本身水泥资源紧张，高标号的52.5水泥更是匮乏，西藏高争是西藏地区唯一能够磨制52.5标号水泥的企业。因而西藏高争在采用了联合式富氧燃烧技术，不仅提高了原熟料生产线的窑产量、减少了煤资源的消耗和废气的排放，还为其在拉萨市乃至整个西藏地区的市场占有率作出了巨大贡献。
西藏高争富氧燃烧项目的成功应用，只是富氧燃烧技术在西藏高争发展的一小步，至于如何用好富氧，如何适配不同海拔、不同规模的熟料生产线，相信还有更加广阔的发展空间。目前，由湖南院总承包的西藏藏中建材股份有限公司4000t/d熟料生产线配套富氧燃烧节能项目正紧锣密鼓地建设中，这也是联合富氧燃烧技术在高海拔地区更大规模的新型干法水泥生产线的实践应用。水泥企业的可持续发展之路，应积极鼓励西藏自治区、青海、云南、四川、贵州、陕西、新疆各省的高海拔地区水泥企业，共同参与进来，共同推进我国高海拔新型干法水泥技术水平、装备力量的发展，为企业的绿色建材可持续发展道路开拓广阔前景，完成富氧燃烧技术在我国高海拔地区新型干法水泥生产线发展的一大步。
参考文献
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