一、行業(yè)引入與發(fā)展概況

人類可用于燃燒的資源是有限的，且燃燒過(guò)程的排放物是造成環(huán)境污染的主要原因。富氧燃燒作為一種高效燃燒技術(shù)，既可減少能耗、又能降低排放，在某種意義上已被稱為“資源的創(chuàng)造性技術(shù)”。

富氧燃燒起源于美國(guó)，成熟于德國(guó)，推廣于日本，已經(jīng)在燃燒的各個(gè)領(lǐng)域開(kāi)始了廣泛的應(yīng)用。

在中國(guó)，我們的起步并不晚，早在1980年，甘肅白銀有色金屬公司就使用了富氧，而且達(dá)到了節(jié)約能源、強(qiáng)化熔煉和根治污染的目的，使冰銅富氧熔煉工藝獲得完全成功。

研究表明：

富氧煅燒能提高煤的活性，進(jìn)而提高煤的燃燒速度、提高其燃盡率；能降低燃點(diǎn)，提高燃燒的集中度和火焰強(qiáng)度，進(jìn)而減少燃燒的邊際效應(yīng)，增加燃燒熱量的利用率；能提高火焰絕對(duì)溫度，進(jìn)而提高燃燒溫度、減少損失；

能提高火焰黑度，進(jìn)而提高輻射強(qiáng)度和強(qiáng)化輻射傳熱；

還能減少燃燒后的排氣量，降低煙氣帶走的熱量。

在中國(guó)的水泥行業(yè)，富氧煅燒至少在理念上是被多數(shù)人認(rèn)可的。從2004年開(kāi)始，就有人提出了水泥熟料的富氧煅燒理念，但由于水泥行業(yè)的利潤(rùn)較低，考慮到富氧還要增加生產(chǎn)成本，未能真正應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)。

隨著富氧成本的不斷降低，對(duì)高煤耗、低利潤(rùn)的水泥行業(yè)，其誘惑力是可以想象的。在2011年至2014年期間，據(jù)筆者不完全統(tǒng)計(jì)，小至700t/d窯、大到5000t/d窯——先后有十多家水泥公司參與了富氧煅燒試驗(yàn)。但是，由于各生產(chǎn)線的情況不同、提供富氧煅燒技術(shù)的公司不同、富氧制備工藝不同、富氧助燃方案不同，各公司的試驗(yàn)結(jié)果可謂千差萬(wàn)別，一時(shí)難有定論、懷疑四起、褒貶不一，高潮一退又偃旗息鼓了。

除了這些企業(yè)自發(fā)的試驗(yàn)以外，富氧煅燒還作為 “十二五”國(guó)家科技支撐計(jì)劃、并且已經(jīng)啟動(dòng)，但后續(xù)、遺憾的沒(méi)了后續(xù)。

二、卡殼誤解與釋疑解惑

創(chuàng)新需要容忍失敗、研究需要堅(jiān)忍不拔，理論來(lái)之于實(shí)踐，又總是被實(shí)踐修正?！?jiǎng)?chuàng)新的歷史反復(fù)證明，在多數(shù)人山窮水盡之后，往往會(huì)迎來(lái)少數(shù)人的柳暗花明！

富氧燃燒作為近代燃燒技術(shù)的一大突破，在鋼鐵、玻璃等行業(yè)的成功，已經(jīng)充分證明了其在強(qiáng)化燃燒、提高燃燒效率，推動(dòng)節(jié)能減排方面的突出功效。為什么水泥行業(yè)就不行呢？

—— 首先是理論上能不能節(jié)能？

—— 再就是會(huì)不會(huì)增加NO_X排放？

在環(huán)保力度越來(lái)越嚴(yán)的今天，富氧煅燒會(huì)不會(huì)增加NO_X排放？這是個(gè)原則問(wèn)題、也是有關(guān)人員擔(dān)心的主要問(wèn)題。

如果解決不了這個(gè)問(wèn)題，富氧煅燒在水泥行業(yè)將無(wú)從談起！

雖然第一波富氧煅燒的熱潮無(wú)功而返，但基本體現(xiàn)出“富氧煅燒可以不增大NO_X排放”，為我們解開(kāi)了一個(gè)關(guān)鍵心結(jié) ！

我們知道，NO_X的形成與燒成溫度有很強(qiáng)的相關(guān)性。

實(shí)驗(yàn)表明，燃燒溫度在1550℃到1900℃之間時(shí)，NO_X是以指數(shù)方次急劇上升，特別在1750℃后幾乎是直線上升，遺憾的是：水泥窯的火焰溫度峰值就在這個(gè)區(qū)間。

因此，要降低NO_X的生成，就必須控制好火焰溫度，最好是降低一些火焰溫度，而富氧煅燒恰恰是提高火焰溫度的，難免有人推理富氧煅燒將導(dǎo)致NO_X排放的增加，這也是應(yīng)該給予理解的。 雖然推理并不等于事實(shí)，但事實(shí)也要用數(shù)據(jù)說(shuō)話！

那么，事實(shí)上又是什么結(jié)果呢？

筆者曾在2012年主持了一條5000t/d線上的富氧煅燒試驗(yàn)，廢氣排放是由當(dāng)?shù)丨h(huán)保局的在線監(jiān)測(cè)儀控制的，企業(yè)人為干預(yù)的可能性不大。而且作為試驗(yàn) ，我也絕對(duì)不允許人為干預(yù)！

使用富氧前后的NO_X排放見(jiàn)下表：

由表可見(jiàn)，在采用富氧煅燒以后，在線監(jiān)測(cè)儀顯示，廢氣中的氮氧化物不但沒(méi)有增加，甚至還有所降低。

無(wú)獨(dú)有偶，我對(duì)東北某3200t/d線上的試驗(yàn)作了電話了解，回答是“實(shí)際運(yùn)行中，根據(jù)窯頭新增的火焰溫度場(chǎng)在線監(jiān)測(cè)、和SNCR在線煙氣檢測(cè)裝置數(shù)據(jù)，使用富氧后NO_X排放沒(méi)有增加”。

2014年9月25日，中國(guó)建材總院高工房晶瑞在寧波做了一個(gè)《水泥行業(yè)碳減排技術(shù)》的主題報(bào)告，報(bào)告給出了富氧燃燒在國(guó)外水泥企業(yè)的應(yīng)用情況，不論是濕法窯、預(yù)熱器窯、預(yù)分解窯，還是燒：燃料油、煤、焦油、垃圾，都沒(méi)有增加氮氧化物的排放。

詳見(jiàn)下表：

國(guó)內(nèi)外大量的事實(shí)表明，富氧煅燒完全能夠做到：不增加NO_X的排放。

那么，為什么事實(shí)與大眾的推理、擔(dān)憂、疑慮不一樣呢？

筆者在此作一些探討供參考：

事實(shí)上，由于富氧煅燒強(qiáng)化了燃燒條件，提高了燃燒強(qiáng)度，從而為拉長(zhǎng)火焰，擴(kuò)大火焰的分布空間，減小火力的集中度，降低火焰峰值創(chuàng)造了條件。

通過(guò)適當(dāng)?shù)募哟笕紵鞯妮S流風(fēng)、減小旋流風(fēng)，就能把短粗火焰拉成細(xì)長(zhǎng)。在保持火焰總體強(qiáng)度基本不變的情況下，增大火焰的分布空間，將火焰的核心燃燒區(qū)扁平化拉長(zhǎng)。

通過(guò)加大1700℃以下的核心區(qū)間，在保持燒成帶煅燒強(qiáng)度的同時(shí)，縮小1700℃以上的峰值區(qū)間，通過(guò)降低火焰燃燒的峰值溫度，從而減少氮氧化物的生成機(jī)會(huì)。

（1）雖然NO_X的形成與燒成溫度有很強(qiáng)的相關(guān)性，實(shí)驗(yàn)表明燃燒溫度從1550℃起到1900℃，NO_X以指數(shù)方次急劇上升，特別在1750℃以上幾乎是直線上升。

我們要特別注意這個(gè)“特別”，燃燒溫度在1750℃以下和1750℃以上是大不一樣的！這正是我們可以作為的空間。

水泥窯的火焰溫度峰值正好在1750℃上下，而我們的熟料煅燒并不需要1750℃，我們能否把這個(gè)“以上”削掉呢？

（2）從合肥院對(duì)全國(guó)部分水泥窯的檢測(cè)結(jié)果來(lái)看，運(yùn)行穩(wěn)定的水泥窯NO_X排放都相對(duì)較低；相反的是，運(yùn)行較差的水泥窯NO_X排放就相對(duì)較高。這主要是因?yàn)榉€(wěn)定的運(yùn)行可以相應(yīng)的降低煅燒強(qiáng)度，減小火焰的燃燒峰值，抑制NO_X的形成。

試驗(yàn)證明富氧煅燒能促進(jìn)水泥窯的穩(wěn)定運(yùn)行，這一點(diǎn)大家是異口同聲沒(méi)有異議的，而穩(wěn)定運(yùn)行有利于抑制NO_X的形成。

那么，為什么穩(wěn)定運(yùn)行能夠降低火焰的峰值溫度呢？原料的波動(dòng)將導(dǎo)致其易燒性波動(dòng)，不但難燒的原料需要較高的燃燒強(qiáng)度，對(duì)易燒的原料也不敢降低燃燒強(qiáng)度，因?yàn)檫@個(gè)波動(dòng)難以預(yù)測(cè)。而易燒的原料在富裕的燃料、富裕的燃燒強(qiáng)度下，必然導(dǎo)致火焰溫度、及其峰值溫度的升高。

同理，燃料的波動(dòng)、燃燒的波動(dòng)、其他原因?qū)е碌母G況波動(dòng)，都需要按燃燒強(qiáng)度的上限控制，富裕的控制必將導(dǎo)致火焰溫度、及其峰值溫度的升高。

（3）上面談的都是關(guān)于廢氣中NO_X的含量問(wèn)題，就環(huán)境保護(hù)來(lái)講，還有一個(gè)問(wèn)題必須考慮，那就是生產(chǎn)一噸熟料NO_X對(duì)危害的貢獻(xiàn)值。在廢氣中NO_X含量相同的情況下，廢氣排放量的減少，意味著噸熟料貢獻(xiàn)值的降低。根據(jù)齊硯勇教授的有關(guān)研究，當(dāng)燃燒用空氣中的氧含量由21%提高到30%時(shí)，5000t/d熟料線預(yù)熱器出口的廢氣量大約將由81萬(wàn)m³/h減少到62萬(wàn)m³/h，排放廢氣量減少了23.47%。

水泥窯富氧煅燒到底有沒(méi)有效果？

有關(guān)專家提出的另一個(gè)問(wèn)題是：氧沒(méi)有熱值，不可能節(jié)煤。

有時(shí)候?qū)＜业脑捯膊灰欢ǘ紝?duì)，特別像我這一號(hào)的所謂“專家”，說(shuō)錯(cuò)話是經(jīng)常的事，還望大家給予諒解。也許專家說(shuō)完就后悔了，只是礙于面子不好公開(kāi)收回而已，但不管對(duì)與不對(duì)，對(duì)專家的話必須給予重視！

我們下面就來(lái)探討一下這個(gè)問(wèn)題：

（1）說(shuō)不清的氧化與碳化

除了核物理，一般的熱量都來(lái)自于氧化反應(yīng)（包括沒(méi)有氧參與的氧化反應(yīng)），是某種勢(shì)能與熱能的轉(zhuǎn)換，而不是無(wú)中生有，這與能量守恒并不矛盾。

對(duì)于煤炭的氧化反應(yīng)，在反應(yīng)以后碳和氧的勢(shì)能都發(fā)生了變化，都對(duì)產(chǎn)生的熱能作出了貢獻(xiàn)。正確的理解應(yīng)該是，熱能是碳和氧反應(yīng)的共同結(jié)果，而不是參與反應(yīng)的某一方的貢獻(xiàn)。這與化學(xué)概念在歷史上的形成過(guò)程有關(guān)。

總體上講，能與氧發(fā)生反應(yīng)的物質(zhì)比較多，而能與碳發(fā)生反應(yīng)的物質(zhì)比較少，故在物質(zhì)（比如碳）與氧反應(yīng)后稱為該物質(zhì)被氧化了，反應(yīng)叫作氧化反應(yīng)；但就個(gè)體來(lái)講，碳與氧同樣是參與反應(yīng)的雙方，既可以叫碳被氧化了、當(dāng)然也可以叫氧被炭化了。

碳和氧反應(yīng)能產(chǎn)生熱能我們就說(shuō)碳具有熱值，氫和氧反應(yīng)能產(chǎn)生熱能我們又說(shuō)氫具有熱值。 同樣都對(duì)熱能的產(chǎn)生作出了貢獻(xiàn)，為什么就不能說(shuō)氧具有熱值呢？主要是因?yàn)檠跄芘c多種元素發(fā)生“氧化反應(yīng)”，而其他元素之間能發(fā)生“氧化反應(yīng)”的不多，而且貢獻(xiàn)的熱能也有限。

實(shí)際上，這只是由于在語(yǔ)言的形成過(guò)程中，遵循從簡(jiǎn)和方便的原則而已。

準(zhǔn)確的說(shuō)，既不存在氧不能產(chǎn)生熱量、也不存在煤炭就能產(chǎn)生熱量，而是在碳和氧反應(yīng)后共同產(chǎn)生了熱量。

（2）說(shuō)得清的富氧與節(jié)煤

富氧煅燒，不是要憑空增加可燃物的燃燒能量、這也不符合能量守恒定律。而是通過(guò)提高可燃物燃燒能量的利用率，通過(guò)減少浪費(fèi)實(shí)現(xiàn)節(jié)煤。由于燃料在富氧中能夠充分燃燒，熱輻射會(huì)迅速增強(qiáng)，從而大大提高了燃料的燃燒速度和燃盡率。

① 富氧煅燒將燃料本身具有的能量得以比較集中的釋放出來(lái)，用在它該用的地方，減小了燃燒的邊際效應(yīng)，減少了由于不完全燃燒導(dǎo)致的它在不該用的地方繼續(xù)燃燒造成的浪費(fèi)。

② 由于燃料在富氧中的燃燒比較集中，而且提高了火焰黑度，熱輻射迅速增強(qiáng)，提高了火焰對(duì)窯內(nèi)物料的傳熱速度，將燃料本身具有的能量得以更多的傳給物料，用在它該用的地方，減少其釋放出的能量不能全部傳給物料而隨廢氣流失造成的浪費(fèi)。

③ 富氧煅燒，也可在一定程度上減少燃燒用風(fēng)，減少?gòu)U氣排放，降低熱能損失。

④ 減少?gòu)U氣排放，同時(shí)具有減小廢氣處理系統(tǒng)能力降低投資、降低高溫風(fēng)機(jī)和尾排風(fēng)機(jī)電耗的好處。

（3）富氧要用在需要它的地方富氧煅燒不是包治百病的靈丹妙藥，如果不是對(duì)癥下藥、如果不是癥位用藥、如果你本身就沒(méi)病，那么，再好的藥物對(duì)你也是沒(méi)有效果的。雖然同是富氧燃燒，但不同的行業(yè)、不同的生產(chǎn)線，其工況就不會(huì)一樣，富氧燃燒的效果也就不會(huì)一樣，切忌簡(jiǎn)單地盲目照搬。

比如，富氧煅燒在水泥行業(yè)的效果就不可能比其他行業(yè)好，因?yàn)槎鄶?shù)行業(yè)的燒成系統(tǒng)只有一把火，一旦這把火的燃燒能量利用不好，就白白地給浪費(fèi)了，節(jié)約的潛力比較大；而水泥行業(yè)的燒成系統(tǒng)卻有兩把火，即使窯前的第一把火有些不完全燃燒，還有機(jī)會(huì)在窯尾的第二把火繼續(xù)燃燒；即使燃燒能量未能集中利用，還有一個(gè)龐大的預(yù)熱器在等著它，甚至還有余熱發(fā)電系統(tǒng)。

浪費(fèi)的多節(jié)約的潛力才大，浪費(fèi)的少節(jié)約的潛力就小。

再如，將富氧用在分解爐不如用在窯頭效果好，這與富氧在燒成系統(tǒng)的節(jié)煤原理有關(guān)。

窯頭以輻射傳熱為主，對(duì)火力的分布比較敏感，對(duì)燃燒速度、燃盡率、火焰形狀有較高的要求；而分解爐不同，主要是對(duì)流傳熱，原理就是無(wú)焰燃燒，只要停留時(shí)間足夠、料場(chǎng)和溫度場(chǎng)分布合理就沒(méi)問(wèn)題，在這些方面富氧幾乎起不到什么作用，所以就不可能有效果。

3、第一波試用失敗的原因是什么？

成功的經(jīng)驗(yàn)是財(cái)富，失敗的教訓(xùn)更是寶貴的財(cái)富。在第一波試用失敗的基礎(chǔ)上啟動(dòng)第二波試用，就必須找到第一波失敗的教訓(xùn)、接受這些教訓(xùn)，才能避免重蹈覆轍。

以下作一些不全面的簡(jiǎn)單探討：富氧煅燒＝ 富氧＋煅燒

我們拆開(kāi)來(lái)分析可能會(huì)更清晰一些。

實(shí)際上，富氧早已廣泛應(yīng)用于醫(yī)療以及其他工業(yè)領(lǐng)域，“富氧”包括其系統(tǒng)，無(wú)非就是個(gè)商品而已。對(duì)水泥行業(yè)也沒(méi)什么不同，無(wú)非就是個(gè)投資大小和運(yùn)行成本問(wèn)題。誰(shuí)的富氧系統(tǒng)穩(wěn)定可靠、性價(jià)比高我們就用誰(shuí)的，這不應(yīng)該成為水泥行業(yè)關(guān)注的技術(shù)焦點(diǎn)；

而“煅燒”才是我們的職責(zé)所在，我們已經(jīng)習(xí)慣了“常氧”煅燒，在高原地區(qū)也適應(yīng)了“貧氧”煅燒，唯獨(dú)沒(méi)有用過(guò)“富氧”煅燒，尚缺乏這方面的煅燒經(jīng)驗(yàn)。

“煅燒”是水泥生產(chǎn)方的專業(yè)和職責(zé)，缺經(jīng)驗(yàn)應(yīng)該自己去摸索總結(jié)，遺憾的卻總是將責(zé)任推給富氧商。

隔行如隔山嘛，富氧商的擅長(zhǎng)是制氧，他們對(duì)水泥煅燒能有什么比你更好的辦法呢？所以，職責(zé)錯(cuò)位，是第一波試用失敗的根本原因！任何事物都是一分為二的，有利就有弊，富氧煅燒也不例外，問(wèn)題在于如何趨利避害。

那么，富氧煅燒的利弊是什么、如何趨利避害，是否具備趨利避害的條件、能否創(chuàng)造趨利避害的條件？

我們先來(lái)看兩個(gè)極端情況的危害：

貧氧煅燒：易導(dǎo)致長(zhǎng)焰后燒、不完全燃燒，容易導(dǎo)致后窯口堆料、長(zhǎng)厚窯皮、窯內(nèi)結(jié)球、黃心料、夾心料等；富氧煅燒：能促進(jìn)煤粉燃燒、能提高燃燒溫度，容易造成短焰急燒，這是富氧煅燒的主要弊端！短焰急燒是熟料燒成的大忌！如果不能把火焰拉長(zhǎng)，就會(huì)嚴(yán)重影響熟料質(zhì)量，NO_X也會(huì)大幅度增高，對(duì)窯皮和耐火磚也非常有害。

那么，你現(xiàn)有的工況能不能適應(yīng)這個(gè)弊端，包括熟料的液相量、有害成分，包括你的耐材磚、燃燒器、篦冷機(jī)，甚至包括分解爐大小、回轉(zhuǎn)窯的長(zhǎng)短與轉(zhuǎn)速、二次風(fēng)與三次風(fēng)的比例調(diào)節(jié)。如果不能適應(yīng)，富氧煅燒就很難發(fā)揮出它應(yīng)有的效果，而且還可能顯示出危害。

實(shí)際上，最好的辦法不是被動(dòng)的去適應(yīng)這個(gè)弊端，而是主動(dòng)的去抑制甚至消除這個(gè)這個(gè)弊端。

富氧能提高煤粉的可燃性，能提高燃燒溫度，為“長(zhǎng)焰而不后燒”提供了可能。解決短焰急燒最簡(jiǎn)單的方法就是加大燃燒器的推力、將火焰高溫區(qū)拉長(zhǎng)，這對(duì)提高產(chǎn)質(zhì)量、保護(hù)窯皮和耐火磚、降低NO_X生成都是求之不得的，如果處理的好，這個(gè)弊端反而能轉(zhuǎn)化為優(yōu)勢(shì)！

但如果你的燃燒器不具備這個(gè)能力，要知道，多數(shù)國(guó)產(chǎn)燃燒器不具備這個(gè)能力，（我們隨后討論這個(gè)問(wèn)題）而是勉強(qiáng)的，對(duì)一次風(fēng)簡(jiǎn)單的增加風(fēng)量、增大風(fēng)速，不僅效果有限、 而且會(huì)加速燃燒器的磨損，磨穿也是在所必然。

比如，某公司使用的洪堡燃燒器，確實(shí)對(duì)煤質(zhì)的適應(yīng)性比較強(qiáng)，就一直認(rèn)為他是一個(gè)很好的燃燒器，在富氧煅燒期間也不肯更換。富氧煅燒后為了拉長(zhǎng)火焰，被迫加大一次風(fēng)，結(jié)果導(dǎo)致燃燒器套管磨穿，最終還是更換為富氧煅燒專用的長(zhǎng)焰型燃燒器。

評(píng)價(jià)一臺(tái)設(shè)備的好壞絕對(duì)不能脫離使用環(huán)境，適合自己的才是最好的。洪堡燃燒器之所以適應(yīng)劣質(zhì)煤，就在于它能縮短火焰、提高火點(diǎn)溫度。這對(duì)于劣質(zhì)煤是個(gè)優(yōu)點(diǎn)，但對(duì)于富氧煅燒卻又成了缺點(diǎn)。

說(shuō)白了，熟料燒成的實(shí)質(zhì)就是玩兒火，玩兒火的關(guān)鍵設(shè)備是燃燒器，太重要了！

目前，國(guó)外有名的燃燒器已有十幾家，國(guó)內(nèi)的燃燒器更有幾十家，大家都說(shuō)自己的最好，這些燃燒器又有什么區(qū)別呢？

實(shí)際上大致可以劃歸兩類：

① 旋流風(fēng)放在煤風(fēng)以內(nèi)，② 旋流風(fēng)放在煤風(fēng)以外。旋流風(fēng)放在煤風(fēng)以內(nèi)：好處是有利于火焰形狀的調(diào)節(jié)，對(duì)煤質(zhì)的波動(dòng)、和或使用劣質(zhì)煤適應(yīng)性較強(qiáng)，這是這類燃燒器在國(guó)內(nèi)受歡迎的主要原因。

但是，這種燃燒器存在以下被多數(shù)人忽略的弊端：

1、火焰容易分叉，對(duì)窯皮和耐火磚不利；2、需要更高的軸流風(fēng)速來(lái)穩(wěn)定火焰，加大了燃燒器的磨損和電耗；3、燃燒器出口溫度較高，容易在頭部形成結(jié)焦；4、火焰峰值溫度較高，導(dǎo)致更多的NO_X生成；火焰粗短且不穩(wěn)定，容易造成煤粉沉降和短焰急燒，對(duì)熟料質(zhì)量不利。旋流風(fēng)放在煤風(fēng)以外：缺點(diǎn)是不利于火焰形狀的調(diào)節(jié)，對(duì)煤質(zhì)的波動(dòng)、和或使用劣質(zhì)煤適應(yīng)性不強(qiáng)，這是這類燃燒器在國(guó)內(nèi)使用不多的主要原因。但是，這種燃燒器具有還沒(méi)有被多數(shù)人認(rèn)識(shí)的優(yōu)勢(shì)：

1、可保持煤粉在火焰中心的富集，形成較高的還原氣氛，減少NO_X的生成；2、可避免火焰受旋流風(fēng)的干擾，火焰形狀穩(wěn)定，有平穩(wěn)的峰值溫度，降低NO_X的生成；3、可形成穩(wěn)定的細(xì)長(zhǎng)火焰，延長(zhǎng)燒成帶長(zhǎng)度，有利于穩(wěn)定窯況和熟料質(zhì)量。

國(guó)外最著名的皮拉德燃燒器，從來(lái)就是將旋流風(fēng)放在煤風(fēng)以外；國(guó)內(nèi)已有大量使用的史密斯燃燒器，近年也將旋流風(fēng)改在煤風(fēng)以外。

而國(guó)內(nèi)唯一的一家，將旋流風(fēng)放在煤風(fēng)以外的燃燒器，近年卻又改到里邊去了，還號(hào)稱低氮燃燒器，不知其低氮在哪里？

三、成功案例與發(fā)展前景

科學(xué)必須實(shí)事求是，實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)。

水泥窯富氧煅燒到底能不能成功，不是由專家裁決的，而是看事實(shí)結(jié)果。

在經(jīng)過(guò)第一波熱潮之后，水泥窯富氧煅燒之火并沒(méi)有熄滅，部分不甘心失敗的企業(yè)在總結(jié)了經(jīng)驗(yàn)、汲取了教訓(xùn)之后，整體方案已逐漸的邁向成熟，并取得了很好的效果。

鑒于時(shí)間有限，這里僅簡(jiǎn)單列舉幾個(gè)5000t/d線的案例供大家參考。

1、遼寧某公司不設(shè)制氧系統(tǒng)案例：

該公司5000t/d生產(chǎn)線由于煤磨產(chǎn)能不足，煤粉細(xì)度過(guò)粗，嚴(yán)重制約著系統(tǒng)能力的發(fā)揮。為了打破制約瓶頸，希望通過(guò)富氧助燃改善煤粉燃燒狀況，改善系統(tǒng)對(duì)粗煤粉的適應(yīng)性。

鑒于自己缺乏制氧經(jīng)驗(yàn)，沒(méi)有建設(shè)富氧系統(tǒng)，而是決定“簡(jiǎn)單的”購(gòu)買(mǎi)富氧，使用附近鋼廠制氧車(chē)間的富裕能力。

2016年7月2日完成了富氧配套改造，并投入富氧煅燒。

富氧資源，通過(guò)管道取自鋼廠的富氧管網(wǎng)。富氧進(jìn)廠后設(shè)計(jì)了多個(gè)使用點(diǎn)，便于燒成系統(tǒng)富氧引入點(diǎn)的優(yōu)化確立：

① 經(jīng)窯頭一次風(fēng)機(jī)入口進(jìn)窯頭燃燒器，作為一次風(fēng)使用；

② 經(jīng)篦冷機(jī)一室冷卻風(fēng)機(jī)入口進(jìn)篦冷機(jī)高溫區(qū)，作為入窯二次風(fēng)使用；

③ 經(jīng)送煤粉羅茨風(fēng)機(jī)入口進(jìn)入煤風(fēng)管道（窯頭、窯尾均可引入），作為一次風(fēng)使用。

富氧配套管網(wǎng)及初選引入點(diǎn)如下圖所示：

在配套改造完成后，分階段分別對(duì)三個(gè)富氧引入點(diǎn)進(jìn)行了效果試驗(yàn)：

第一階段：在一次風(fēng)中加入富氧，進(jìn)行了不同富氧濃度對(duì)燒成系統(tǒng)的影響試驗(yàn)。在不同富氧濃度下，通過(guò)調(diào)整系統(tǒng)工況使其達(dá)到最大產(chǎn)能。

試驗(yàn)結(jié)果表明：最佳的富氧濃度在27%-30%之間，臺(tái)時(shí)產(chǎn)量提高了9%，煤耗降低9.41%，電耗降低14.01%。

試驗(yàn)結(jié)果如下圖所示：

第二階段：在二次風(fēng)中逐步摻入富氧。

試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，由于二次風(fēng)風(fēng)量太大，富氧閥門(mén)在全開(kāi)的情況下，二次風(fēng)的氧含量依舊很低，燒成工況沒(méi)有明顯變化，停用富氧后燒成工況也沒(méi)見(jiàn)影響，因效果不明顯而停用。

第三階段：在分解爐供煤煤風(fēng)中逐步摻入一定比例的富氧。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，也沒(méi)有取得明顯效果，只好停止使用。

該公司自2016年開(kāi)始使用一次風(fēng)富氧煅燒至今多年，是國(guó)內(nèi)連續(xù)使用富氧煅燒時(shí)間最長(zhǎng)的公司。

他們的總結(jié)認(rèn)為：由于富氧煅燒技術(shù)在經(jīng)濟(jì)效益、節(jié)能降耗、環(huán)境保護(hù)等方面均具有顯著的優(yōu)越性，可以預(yù)見(jiàn)富氧燃燒技術(shù)在水泥回轉(zhuǎn)窯中的應(yīng)用有廣闊的前景。

2、河南某公司膜法制氧系統(tǒng)案例：

該公司5000t/d生產(chǎn)線,采用MZYR-12000型膜法制氧系統(tǒng)富氧煅燒，氣體的富氧濃度為29%±2％,富氧氣體流量為12000±200Nm³/h。燒成系統(tǒng)設(shè)有兩個(gè)富氧引入點(diǎn)：

① 頭煤一次風(fēng)機(jī)入口；② 尾煤送煤風(fēng)機(jī)入口。

該公司配套建設(shè)的膜法富氧系統(tǒng)如下圖所示：

從2012年11月14日至11月18日進(jìn)行了120小時(shí)連續(xù)無(wú)富氧運(yùn)行測(cè)試，從11月19日至11月24日進(jìn)行了144小時(shí)連續(xù)加富氧運(yùn)行測(cè)試，分解爐富氧由于效果不明顯停用，經(jīng)對(duì)比測(cè)試，節(jié)煤效果達(dá)到8.18 %。

使用富氧煅燒前后，紫外線測(cè)溫儀測(cè)試的火焰溫度由1380℃～1450℃提高到1580℃～1600℃，提高了150℃左右；二次風(fēng)溫度由1050℃～1100℃提高到1144℃～1194℃，提高了100℃左右。

2012年11月25日水泥窯富氧煅燒投入正式運(yùn)行。從11月25日到12月2日，又進(jìn)行了192小時(shí)的正式有富氧運(yùn)行觀察，節(jié)煤率達(dá)到了10.19%。從2012年11月25日正式投入運(yùn)行，至2013年1月9日停窯檢修，連續(xù)45天的富氧運(yùn)行，平均日產(chǎn)熟料提高約200t/d左右，平均節(jié)煤率為10.73%。

使用富氧煅燒后的操作員評(píng)價(jià)：

爐窯操作運(yùn)行穩(wěn)定，窯內(nèi)熱負(fù)荷穩(wěn)定，窯皮平整穩(wěn)定；

熟料質(zhì)量穩(wěn)定并有提高，熟料的外觀顏色明顯改善；

由于受到篦冷機(jī)能力的限制，在使用富氧期間窯還有提產(chǎn)空間，沒(méi)能充分發(fā)揮出來(lái)；

不影響低溫余熱發(fā)電工作；

向大氣排放的主要指標(biāo)均呈下降趨勢(shì)。

3、山東某公司深冷法制氧系統(tǒng)案例：

該公司5000t/d線海拔較低、接近于海平面，以2017年2月18日～2月28日 對(duì)燒成系統(tǒng)的熱工標(biāo)定為基礎(chǔ)，配套設(shè)計(jì)了深冷法富氧系統(tǒng)。

熱工標(biāo)定的幾個(gè)主要技術(shù)指標(biāo)為：

窯生產(chǎn)能力6096t/d，煤的熱值6700kcal/kg，煤耗111.46kg/t熟料，標(biāo)煤耗106.68 kg/t熟料。

該公司的富氧系統(tǒng)如下圖所示：

在富氧系統(tǒng)建成之后，2017年4月20日～4月26日又做了一次富氧煅燒前的空白標(biāo)定，標(biāo)定的幾個(gè)主要技術(shù)指標(biāo)為：窯生產(chǎn)能力6120t/d，煤的熱值6680kcal/kg，煤耗109.74kg/t熟料，標(biāo)煤耗104.72 kg/t熟料。

富氧煅燒投運(yùn)后即刻顯示出滿意的效果，遺憾的是還沒(méi)有調(diào)到最佳工況，窯頭燃燒器就出現(xiàn)了內(nèi)管磨穿問(wèn)題，燒成工況開(kāi)始明顯的惡化，只好于20171201～1205進(jìn)行了富氧煅燒的效果標(biāo)定。標(biāo)定的幾個(gè)主要技術(shù)指標(biāo)為：窯生產(chǎn)能力6552t/d，煤的熱值6400kcal/kg，煤耗96.38kg/t熟料，標(biāo)煤耗88.12kg/t熟料。

由此可見(jiàn)，在生產(chǎn)系統(tǒng)不盡理想的情況下，富氧煅燒已取得了不錯(cuò)的效果：

生產(chǎn)能力提高了7%，由6120t/d提高到6552t/d，提產(chǎn)432t/d；

實(shí)物煤耗降低了12.17%，由109.74kg/t熟料降低到96.38kg/t熟料，降低13.36kg/t熟料；

標(biāo)準(zhǔn)煤耗降低了15.85%，由104.72kg/t熟料降低到88.12kg/t熟料，降低16.6 kg/t熟料。

隨后，該公司利用年底整修的機(jī)會(huì)，采用了有關(guān)公司開(kāi)發(fā)的富氧專用燃燒器，并對(duì)燒成系統(tǒng)進(jìn)行了部分優(yōu)化改造，富氧煅燒的效果得到了進(jìn)一步發(fā)揮。

篦冷機(jī)的能力，依然制約著富氧煅燒的提產(chǎn)空間。該公司對(duì)富氧煅燒提產(chǎn)、提質(zhì)、節(jié)煤等各方面都很滿意，一直使用至今。

4、安徽某公司深冷法制氧系統(tǒng)案例：

最新的消息：國(guó)內(nèi)水泥行業(yè)著名的大型集團(tuán)也開(kāi)始了嘗試富氧煅燒，于2020年9月25日，在其分公司的一條5000t/d生產(chǎn)線上，以一次風(fēng)形式將富氧空氣引入頭煤燃燒器，投運(yùn)了深冷法富氧系統(tǒng)。

該公司的富氧系統(tǒng)如下圖所示：

據(jù)有關(guān)現(xiàn)場(chǎng)人員的初步試驗(yàn)消息：

燒成系統(tǒng)的產(chǎn)量平均提高了12.28%，由5600～5800t/d提高到6300～6500t/d，平均提高700t/d；標(biāo)煤耗降低了8～9kg標(biāo)煤/t熟料。

需要說(shuō)明的是，本課件采納的所有信息都是我認(rèn)為靠得住的非官方信息，這些信息時(shí)效性強(qiáng)、針對(duì)性更強(qiáng)、能更好的揭示問(wèn)題，有時(shí)候可能比官方信息更有參考價(jià)值。

根據(jù)該集團(tuán)的公開(kāi)報(bào)道：

“富氧技術(shù)實(shí)施后，窯況更加穩(wěn)定，窯皮穩(wěn)定均勻，窯電流顯著降低，富氧燃燒降低空氣過(guò)剩系數(shù)，降低煙氣生成量，C1出口廢氣量減少?！?/p>

取得了較好的節(jié)能效果：“燒成系統(tǒng)熱效率提高，用風(fēng)量減少，系統(tǒng)阻力降低；燒成系統(tǒng)煤耗降低約5kg.ce/t.cl；計(jì)入制氧系統(tǒng)電耗，熟料綜合電耗升高約1.5～2kWh/t.cl?！?/p>

報(bào)道給出的主要參數(shù)變化見(jiàn)下表：

5、水泥窯富氧煅燒的前景展望

富氧取之于空氣，空氣資源豐富而價(jià)廉，正所謂不用白不用；空氣主要由氧氣和氮?dú)饨M成，我們不僅要看到富氧的價(jià)值，富氧系統(tǒng)排出的“廢氣”—— 氮?dú)庖彩菍氋F的財(cái)富。

進(jìn)一步將氮?dú)馍唐坊挚蔀樗喔G富氧煅燒增加一塊兒效益，必將再次撬動(dòng)投資決策的平衡點(diǎn)。

氮?dú)饪勺鳛樵?、保護(hù)、冷凍、滅火、動(dòng)力、蓄能等材料和措施，在各行各業(yè)中具有廣泛用途，而且隨著新技術(shù)、新材料的發(fā)展其需求量會(huì)越來(lái)越大，其2019年價(jià)格走勢(shì)見(jiàn)下圖。

反過(guò)來(lái)也有佐證：

青海鹽湖海納公司的化工“富氮”系統(tǒng)，配套有5000Nm³/h氮?dú)饪辗盅b置，每小時(shí)產(chǎn)生約19000m³的富氧“廢氣”，含氧濃度在35%左右。

這個(gè)“廢氣”對(duì)水泥窯來(lái)講，卻是寶貴的資源，氧含量也合適、而且是零成本。

鹽湖海納的深冷法富氮系統(tǒng)如下圖所示：

該公司先后將其用于自己的5000t/d、2500t/d水泥熟料生產(chǎn)線，作為頭煤一次風(fēng)使用，分別吃掉富氧氣體5400Nm³/h、3600Nm³/h；富余的富氧氣體引入三次風(fēng)進(jìn)入窯尾分解爐。不管有沒(méi)有作用，主要目的是確保頭煤用風(fēng)的穩(wěn)定。

該公司富氧氣體的集輸系統(tǒng)如下圖所示：

根據(jù)有關(guān)報(bào)道，該公司2018年富氧改造完成前后的對(duì)比測(cè)算顯示，熟料產(chǎn)量提高約9.89%，熟料強(qiáng)度提高約0.5MPa，熟料綜合能耗降低約8.62%。兩條線每年可產(chǎn)生直接效益2000多萬(wàn)元，噸熟料成本可降低8.76元。

水泥窯富氧煅燒的星星之火已經(jīng)再次燃起，希望水泥行業(yè)的專家們要主動(dòng)介入、擔(dān)起責(zé)任，自己的事還是要自己去干，不能再依靠外行了。

當(dāng)然，戰(zhàn)術(shù)上要更加細(xì)致縝密，但是，戰(zhàn)略上則要大膽開(kāi)拓。只要方向正確，辦法總比困難多，讓富氧煅燒為水泥行業(yè)的碳達(dá)峰、碳中和再次燎原吧！