近年来,自水泥行业在市场主导下,有了十足的发展。但是当下面对经济形势的持续向下和市场需求的持续低迷,站在市场转折点上,水泥行业该往哪去,尤其是我们民营企业如何在此次大浪中,稳住脚跟,在行业中占据一席之地,是我们迫切需要解决的问题。公司在当前形势下,组织对水泥技术、设备、数据发展情况的调研,旨在节能降耗、环保、水泥质量等关键技术指标上寻求突破,为未来公司主业发展注入更多地动力,从而让我们能在恶劣的环境里走的更稳、更长远。
调研第一阶段,主要是走访几大关键水泥设计院,从调研的情况看,各水泥设计院都有自己的特色技术。由于产能过剩及国家宏观政策影响,目前各类水泥设计院及同行主要在节能环保与碳排放等方面进行努力,具体新技术调研情况汇总如下。
一、低能耗水泥熟料烧成技术
扩大分解炉容积,采用高风压低一次风燃烧器,提高C1旋风筒分离效率,其余旋风筒在做好降阻基础上,尽量减少对分离效率的影响。对预热器换热级数、进出口结构尺寸、蜗壳偏心距与非干涉空间、撒料台结构与撒料位置、各级旋风筒效率控制、风速与阻力控制、内筒结构尺寸等进行持续的优化调整,优化各级旋风筒进风口、内筒、出风管结构尺寸,保证合理的风速与流场,有效降低预热器阻力,并保证合理的分离效率;保证撒料箱和锁风阀的效果,减少内窜风。重视表面散热,一方面需要应用导热系数低的隔热材料;另一方面,还需要进行不同功能的耐火材料的组合配置,以保证隔热材料的合理寿命与成本的合理性,达到最佳的技术经济效益。
在环保脱硝方面,国内外水泥行业大多采用选择性非催化还原(SNCR)脱硝技术或选择性催化还原(SCR)脱硝技术。采用SNCR脱硝技术,可实现系统NOx减排>70%,但存在氨逃逸现象,易造成大气二次污染、氨水浪费大、运行成本高等问题。采用SCR脱硝技术可提升NOx减排效率,实现NOx超低排放指标,但一次性投资和运行成本高,烧成系统电耗增加,不利于熟料生产全过程的节能降耗和碳减排。分级燃烧经过近几年的发展,在脱硝技术上有了一定的发展,从自脱硝到深度脱硝的升级,利用入炉燃料燃烧过程中产生的还原性中间产物(主要为CO、H2、烃基等),还原或抑制回转窑和分解炉内燃烧形成的NOx,在保证燃料燃烬的前提下,减少了出炉烟气中的NOx,达到了燃烧过程中的自脱硝效果。梯度燃烧分解炉炉膛空间按过剩空气系数由小到大依次划分为强贫氧区、弱贫氧区、燃烬区三个功能区,功能分区后,采用多级喂料的方式调控三次风、煤粉、物料配比,建立了“强贫氧还原区-弱贫氧还原区-燃烬区”梯度燃烧环境。将烧成技术与环保要求进行深度融合,可以实现水泥窑炉系统生产过程中的NOx自减排,降低了出窑尾烟气NOx的本底浓度,减少水泥行业烟气脱硝消耗的氨水,配合使用SNCR和SCR技术,为脱硫脱硝等环保治理方面取得一定效益。
二、燃料替代
为实现“3060”目标,2021年9月,国务院发布了《关于完整准确贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见》,以指导各地方和各行业的“双碳”工作,水泥行业是高能耗和高碳排放的行业之一,为完成碳排放的要求,行业内目前在燃料替代方面进行积极探索,替代燃料主要分为生活垃圾、工业固废、建筑垃圾、生物质燃料等。
生活垃圾RDF:城乡生活垃圾、填埋场陈腐垃圾、市政污泥等;热值1500-3500kcal/kg;来源稳定,能够赚取处置费,但准入门槛高,热值不稳。
工业固废SRF:工商业生产活动中产生的可燃废弃物,包括废布条、废塑料、废橡胶、废纸板、废轮胎等可燃性地废弃资源; 热值3000-9000kcal/kg;来源广,种类多,存量大,但有准入门槛,热值不稳定。
建筑垃圾:建筑工地垃圾、拆迁垃圾、装修垃圾、大件垃圾、装修毛垃圾为替代燃料主要来源;热值2000-4000kcal/kg;存量大,但准入门槛高,且筛分是关键。
生物质燃料:农作物秸秆、能源草(芦苇、芦竹)、林业三剩物(树皮、锯末)、其他农业废物等;热值1500-5000kcal/kg,存量大,有可持续性,但需收储加工,运输成本高,对窑工况有影响。
燃料替代技术是水泥行业碳中和路线的重要技术之一,现阶段以水泥窑协同处置技术为主流技术,后续可能的可行发展方向预期为替代燃料产业化发展模式,这需要政府、产业和企业共同努力,从政策体系、标准体系、产品体系以及认知意识等多方面着力完善和提升,共同推进替代燃料产业的发展,实现经济效益和环境效益的双重收益,促进水泥行业可持续发展。
三、低碳熟料水泥技术
水泥作为核心建材,碳排放量巨大,水泥生产过程中的二氧化碳排放主要源于熟料生产过程,其中石灰石煅烧碳酸盐分解过程分解产生生石灰的过程排放的二氧化碳,约占全生产过程碳排放总量的60%;高温煅烧过程需要燃烧燃料,因此产生的二氧化碳,约占全生产过程碳排放总量的35%,其他外购电力间接排放占5%,此外还有少量原材料及产品运输引起的CO2排放。水泥行业仍需从供给端、能源端、原料端和产品端加强控制。
CCUS碳捕获、利用和储存,是一项综合性的技术体系,捕捉释放到大气中的二氧化碳,通过一系列技术对二氧化碳进行提纯、分离、压缩之后,压回到枯竭的油田和天然气领域或者其他地下场所,CCUS是目前公认的未来可能实现水泥行业“碳中和”的核心技术。低碳水泥通过降低生产水泥熟料所用碳酸盐,或减少熟料用量,可有效降低CO2排放量。因此,未使用石灰石的新型低碳水泥或使用混合材替代部分熟料是原料替代技术的研究热点。新型熟料或无熟料水泥配方的研发也赋予低碳水泥更多可能性。新型低碳熟料体系不基于硅酸钙熟料,具有所需CaO含量低、烧成温度低、碳排放低的特点,低碳水泥复合材料的典型例子主要有:高贝利特水泥熟料、低热硅酸盐水泥与中热硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥熟料、Solidia水泥熟料、Celitement水泥熟料、X-Clinker水泥熟料、硫氢镁化合物水泥熟料等等。
分别水泥粉磨技术,重构水泥颗粒组成,开展新型水泥低碳粉磨技术研究,实现料床粉磨能耗持续降低。对于水泥粉磨普遍面临粗颗粒熟料未能全部水化,辅助胶凝材料未能合理利用的现象,采用分级分别水泥粉磨技术,可以进一步降低熟料系数和粉磨电耗,使得高活性物料充分发挥化学活性、低活性物料充分利用填充作用。此外通过优化水泥磨工艺流程,采用大辊压机小球磨机的方式,提高辊压机做功,降低入磨物料细度,为球磨机能耗优化与球磨机二仓优化使用陶瓷球进一步降低能耗提供条件。
高岭土煅烧生产低碳水泥,是一种基于煅烧活性高岭土和石灰石耦合替代水泥中部分熟料的石灰石煅烧粘土水泥,其技术关键是高岭土的煅烧活化,采用悬浮煅烧技术、回转煅烧技术或类似低温改性工艺进行高岭石粘土脱水得到活性高岭土,在保证水泥性能的同时降低熟料掺量。
从调研回来的沟通交流中,以及针对我们自身生产线的实际情况分析,目前行业里的技术确实有我们可以借鉴和研究的方面。近年来,虽然我们每年都有技改和大修,但是收获的结果并不如想象中的圆满,改造后的运行过程也总是磕磕绊绊,长久存在的问题也不能得到彻底的解决。第一阶段的调研让我们能够重新审视我们的生产线,以一个更高的视野看现在存在的问题,重新梳理四条生产线的具体问题,从而针对性的提出调整方案。但是要想达到确定明年水泥主业的生产运作大方向,还需要后续对相关水泥生产线、设备制造厂家等等的深入调研,了解实际生产运作情况和数据,从而确定合理的调整方案,以相对较小的代价,收获我们想要的调整效果。
水泥行业竞争日趋激烈,且市场需求量逐渐下降,通过此次调研机会,对标市场与自身差距,在水泥生产工艺新技术、节能新装备,低价材料使用,水泥质量竞争力等方面,达到节能降耗、环保成本与控制、水泥质量、内部运作管理等方面持续稳定地改进调整的目的,才能在激烈的市场竞争下,占据一席之地。