水泥集团节能改造技术方案Word文档下载推荐.docx
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31.68
18
0.57
润滑油过滤处理
50t润滑油
56
55
0.98
窑炉燃烧器
32t燃油
12.48
13
1.04
余热发电系统水泵
33.3万kWh
26.64
54
2.03
合计
280.8
290
综合节能改造完成后，每年可节省标煤2200t，节电72.9万kWh，节省润滑油消耗50t，节省燃油消耗32t；
预期获得年收益280.8万元，经济效益显著；
同时，可减少碳排放约6581.3t，减少二氧化硫排放56.8t，社会效益显著。
本项目由甲方（业主方）出资建设，采用常规建设方式，乙方提供相关工程服务。
因此本项目具有良好的可实施性。
第一部分项目概况
1、企业概况
2、项目实施背景
我国是能源消耗大国，数据表明，目前每百万美元消耗，我国是世界平均水平的3.1倍，是OECD（经济合作发展组织）国家和地区的4.3倍，更是日本的9倍，节约能源资源和保护生态环境形势十分严峻。
出于保护环境和可持续发展的考虑，我国已经将节能减排工作列为经济发展的国策，节能市场潜力巨大。
水泥行业作为能源消耗的重点行业，节能减排工作势在必行，已经成为企业生存与发展、产业升级与经济效益的关键问题。
中央《“十二五”节能减排规划刚要》中提出，坚持大幅降低能源消耗强度、显著减少主要污染物排放总量、合理控制能源消费总量相结合，形成加快转变经济发展方式的倒逼机制；
坚持优化产业结构、推动技术进步、强化工程措施、加强管理引导相结合，大幅度提高能源利用效率，显著减少污染物排放；
加快构建政府为主导、企业为主体、市场有效驱动、全社会共同参与的推进节能减排工作格局，确保实现“十二五”节能减排约束性目标，加快建设资源节约型、环境友好型社会。
《规划》要求：
到2015年，全国万元国内生产总值能耗下降到0.869吨标准煤（按2005年价格计算），比2010年的1.034吨标准煤下降16%（比2005年的1.276吨标准煤下降32%）。
到2015年，单位工业增加值（规模以上）能耗比2010年下降21%左右。
其中，关于水泥行业，要求水泥熟料综合能耗从115千克标准煤/吨将至112千克标准煤/吨。
《规划》要求，促进传统产业优化升级。
运用高新技术和先进适用技术改造提升传统产业，促进信息化和工业化深度融合。
推广大型新型干法水泥生产线。
普及纯低温余热发电技术。
到2015年水泥纯低温余热发电比例提高到70%以上。
推进水泥粉磨、熟料生产等节能改造。
在国务院《“十二五”节能环保产业发展规划》中，明确指出：
节能环保产业是指为节约能源资源、发展循环经济、保护生态环境提供物质基础和技术保障的产业，是国家加快培育和发展的7个战略性新兴产业之一。
加快发展节能环保产业，是调整经济结构、转变经济发展方式的内在要求，是推动节能减排，发展绿色经济和循环经济，建设资源节约型环境友好型社会，积极应对气候变化，抢占未来竞争制高点的战略选择。
《发展规划》要求，大力发展以合同能源管理为主要模式的节能服务业，到2015年，采用合同能源管理机制的节能服务业销售额年均增速保持30%，力争节能服务业总产值突破3000亿元，累计实现节能能力6000万吨标准煤。
到2015年，节能环保产业总产值达到4.5万亿元，增加值占国内生产总值的比重为2%左右。
3、当前水泥生产线存在问题
当前，**集团水泥生产线主要是5000t/d新型干式生产线，并配有余热发电系统。
尽管生产工艺及废余热利用等相关技术已经走在国内前列，但仍存在如下问题：
1）虽然水泥生产线已实现DCS中央集控，但对于某些部位的精细控制仍由人工来实现。
例如分解炉温度控制。
由于存在工况变化频繁、测控点少的问题和分解炉自身非线性、大滞后、时变的特性，使得实际生产中经常出现分解炉温度大幅度波动的现象，直接影响回转窑的正常运转；
同时因优化控制涉及较少，操作工的操作水平、操作失误等因素，造成部分能源浪费，并影响影响对水泥熟料的质量。
2）水泥生产线存在压缩空气需求。
压缩空气需求负荷随生产工况的变化存在较大波动。
受空压机自身调控所限，存在用气低负荷期空压机低能效负载运行现象，造成能源浪费。
3）水泥生产的主要设备：
破碎机、生料磨、熟料磨、回转窑、磨煤机、输送机、风机、冷却机等设备的轴承、齿轮箱等部件需要润滑。
尤其破碎、研磨、输送、焙烧等粉尘教大工艺环节，润滑油极易污染。
目前这些部位润滑油处理普遍采用滤芯式滤油器净化。
因净化效果不好，需要经常换油，不仅造成润滑油的浪费，也大幅增加了维护工作量，甚至导致设备严重的故障事故。
4）水泥窑每次检修点火，需要消耗大量燃油。
不仅燃油成本远高于煤炭，因石油是我国紧缺资源，也不利于我国能源结构调整。
5）水泥窑余热发电系统，已成为当前水泥生产线必不可缺少的部分。
为了保证系统安全，发电系统的水泵，如给水泵、凝水泵、循环水泵等，在设计选型时选定扬程通常出高设计需求值10~20%。
这使得水泵的实际运行工况远远偏离水泵本身的最佳设计运行工况，造成水泵能效低下，能源浪费。
综上，当前5000t/d新型干式生产线仍存在较大工艺改进空间及节能空间。
第二部分技术方案
1、分解炉节能技术方案
1.1、目前生产线分解炉运行状况分析
分解炉作为预分解窑的核心设备，其主要功能是承担熟料煅烧过程中耗热最多的碳酸盐分解任务，其耗煤量巨大，约占水泥烧成过程的60%，它既是一个燃烧炉，同时也是一个化工反应装置，具有燃料燃烧、气固换热和碳酸盐分解等多种功能。
达到其理想的控制调节存在一定的困难，主要原因在于：
a预热部分从预热器到分解炉始终处于全密闭状态，无法检测到实际的燃烧状态，对于分解炉的控制只能通过分解炉中部温度的稳定来实现；
b系统喂煤量、生料喂料量、三次风的风温、风压对分解炉温度等参数均有一定影响，且各因素之间存在非线性耦合关系，造成分解炉出口温度调节的大滞后性和工况波动的严重性。
鉴于以上原因，目前生产线采用人工控制，而由于不同水平的中控操作员对分解炉的控制效果差别很大，存在分解炉温度波动大的现象：
温度过高容易引起预热器结皮，影响窑系统正常运行；
温度过低，则造成入窑分解率过低，增加窑系统负担，不能充分发挥分解炉作用。
同时，分解炉内温度大幅波动也造成熟料产量低、质量差并且能耗大的问题，
1.2、分解炉节能专家系统技改方案
分解炉及窑系统示意图见图1。
该项节能技术主要是对熟料生产线的生料下料量、二次风温、三次风温，喂煤下料量，分解炉出口温度，C1，C2，C3，C4，C5口的温度和压力等烧成关键数据进行数据挖掘，分析预热器和回转窑内大量变量之间的关系，建立预测模型，结合水泥分解炉专家库来控制給煤量，达到生产中风、煤、料合理配比，稳定工况，从而实现生产过程的持续稳定进行，提高气固之间的热交换率，稳定生料在分解炉内的最佳分解率，使F-GaO接近最佳值，在一定程度上提高熟料的质量；
减轻窑内煅烧带的热负荷，延长熟料生产窑炉的连续运行周期，提高产能，从而实现生产节能减排的目的。
图1.1分解炉及窑系统示意图
优化控制系统分为两部分进行设计，即分解炉温度优化设定系统和分解炉温度自动控制系统：
前者根据由生料三率值KH、n、p和生料细度建立起的基于LS-SVM的分解炉温度预设定模型得出分解炉出口温度的预设定值，然后经其于专家系统的温度设定补偿模型和基于Fuzzy系统的温度设定校正模型对分解炉温度预设定值进行补偿校正，得出当前工况下分解炉出口温度的最优设定值；
然后分解炉温度自动控制系统以此最优设定值作为系统的设定值，通过多模态控制自动识别出不同的模态，选择相应的算法对变速积分PID控制进行校正，将分解炉温度稳定在最优设定值上。
1.3、本技术优越性分析
分解炉系统固有的时变、大滞后、非线性的特性和工况波动大的问题使得传统的控制方式无法取得理想的应用效果。
虽然国外的水泥优化控制研究与应用领先于国内，但由于国外优化控制软件价格昂贵、技术保密和国内水泥企业测控点少、工况波动大的现状，使得国外先进的水泥优化控制技术无法在国内的水泥企业取得良好的应用效果；
而国内的智能控制的研究成果尚未在国内水泥企业得到广泛的推广，与真正的工业应用还有很大的距离。
与其它同类技术相比，本分解炉节能专家系统具有以下优势：
1）可达到分解炉内各参数精准的控制效果。
窑尾分解炉出口温度趋于平稳波动，80%以上的时间将温度稳定在设定值的上下5℃范围之内；
窑况从总体上趋于稳定，为熟料产量的上升和质量的提高创造良好的条件，使生料在分解炉内F-GaO接近最佳分解率。
2）炉窑的用煤量得到高比例控制，提高了窑炉的寿命及运转率，减少了有害废气排放。
3）稳定工况下24小时无人值守。
项目的实施彻底改变分解炉长期处于人工操作的局面，实现自动控制。
作为窑操作员的辅助软件，能够长时间多天的连续运行。
4）快速定制过程和成熟的专家寻优系统。
5）应用案例多，节能效益显著。
本技术在山水集团临朐生产线、天瑞汝州水泥有限公司、沂州水泥一线二线等工程中得到应用，现场实测数据证实了本技术的节能效果。
（实测结果详见第六部分）
6）投资回收期短，一年即可回收投资成本。
（经济性分析详见第三部分）
2、空压机节能技术方案
2.1、当前空压机运行状况分析
1）、5000t/d生产线一般配备4台110kW（20m³
/min）。
因用气负荷波动较大，空压机单位时间内加载、卸载次数过大。
2）、空压机额定出口压力0.8MPa，当用气负荷较低时，出口压力可高达1.3MPa。
同一出气量条件下，系统每升高/降低0.1MPa压力可以增加/减少系统设备能耗8%。
因此用气低负荷时空压机能效较低。
3）、负载/卸载控制。
空压机产出压缩空气量若大于使用量，系统压力会持续升高。
当系统压力达到设定压力时，空压机便进行卸载。
当压力因现场使用而降低至设定压力，空压机再进行压缩加载。
此控制模式简单易行，但负载与卸载交互运转，影响其使用寿命。
且系统无法稳压输出，压力在一段压力区间波动。
且卸载运转时仍然存在较大耗能。
4）、容调控制。
空压机控制进气阀开启角度，改变空气进入压缩机的流量，达到稳压的效果。
此控制模式在调节出风量时，耗电量并未等比例降低。
2.2、空压机节能改造方案
根据当前空压机运行情况，节能改造方案如下：
1）、将4台空压机组建同一的中央集控系统，根据采集的系统压力信息，及时调整空压机的运行状态，最大程度保证运行状态的空压机处于最佳负荷工况。
2）、新上变频器，优化控制空压机运行。
通过变频调速，实现空压机的容量控制，“所供即所需”，将空压机站系统空压机运行在恒压状态。
3）优化供气管路，最大程度减少压缩空气供气压力损失。
4）、优化空压机油冷却系统，通过智能控制空压机油温在70~80℃之间，保证空压机最佳能效工况运行。
3、润滑油系统节油技术方案
3.1、目前设备润滑现状分析
水泥生产的主要设备有破碎机、生料磨、熟料磨、回转窑、磨煤机、压缩机、输送机、风机、冷却机等设备的轴承、齿轮箱等部件。
水泥生产的破碎、研磨、输送、焙烧、等工艺环节均为干式生产，粉尘大，各润滑站点的污染物除摩擦副产生的机械磨屑外，外部污染物主要为粉尘颗粒，造成润滑性能下降，润滑不良，甚至失效，给设备正常运转带来非常危险的故障隐患。
目前厂内设备普遍采用滤芯式滤油器来净化，生产线上的过滤装置，主要靠滤芯过滤，滤网太粗，只能净化较大的颗粒（而现在据科学分析5um以下的颗粒杂质的危害性更大），滤芯太细，容易堵塞，需要经常清洗，使用寿命非常短，需要经常更换，成本自然上升，而且维护十分麻烦。
污染严重净化效果不好，需要经常换油，油的浪费也十分严重。
水泥生产线上的润滑点多采用稀油润滑，稀油站的循环油箱体积相对较小，几百升至几千升，使用其它类型的净油机，如真空或滤芯式净油机其去处固体颗粒物杂质的原理与上述滤芯式过滤器相同，容易堵塞，过滤效率低，后期耗材成本高。
总之，由于油液污染严重，污染速度快，导致油品品质很快便坏，润滑效果很差，致使磨损加剧，设备故障率高，严重影响生产效率。
频繁换油和补充新油及滤芯的消耗费用很大。
3.2、润滑油净化技术方案（在线离心净油机）
在线旁路净化是一种行之有效的润滑油净化方法，在润滑油箱上安装一套在线旁路净油设备，实时对润滑油进行净化，及时去除水份、颗粒物、油泥等污染物，保持润滑油的清洁，减缓润滑油的劣化，延长润滑油的使用寿命。
结合厂内油液污染严重，污染速度快的现场情况，需要对油液进行在线、连续净化，保证油液的清洁度，以确保设备正常运行。
该技术是在系统油箱上安装一套在线旁路净化系统，这是目前最普遍采用的在线连续净化方式，使润滑油中的杂质油泥及时清除，保证油液一直处于相对清洁。
选型主要依据系统油箱大小来确定。
离心式净油机是依据离心力原理去除油液中的污染物。
在离心式净油机中有一个关键部件双喷式中心转子，通过它将由油液所产生的压力转化为转子的驱动力，驱动转子高速旋转。
它的转速能在6000rpm以上，所产生的离心力约为重力的2000倍以上，因为油与污染物的比重不同，所产生的离心力大小不一样，颗粒无论大小都可以被取出。
坚硬而锋利的磨损性之金属杂质，加上那些使零件磨损或使润滑油变质的污染物，即使是1um那样的大小颗粒，亦能被取出。
油液自油箱经过油泵加压（0.6~0.8Mpa）后从离心分离器入口进入离心分离器内部，如图所示，油液首先充满离心分离器转子内部，转子内部压力增大，然后一定压力的油液从转子下部两个对置的喷嘴喷出，转子在喷射反作用力下开始旋转，转速不断加大，直至最终转速稳定。
油液中的颗粒污染物在离心力的作用下被甩向转子内壁，最终沉积在转子内壁的衬纸上，净化后的油液从离心分离器的底部返回油箱。
对于一条水泥熟料生产线而言，共配置六台油泵、净油机、配套油储罐及油质检测系统。
3.3、润滑油净化技术优势
净油机独立安装油箱上，采用在线旁路连续净化方式，实时去除油液中的污染物，不影响液压润滑系统的正常使用，适用于破碎机、磨机、篦冷机等的润滑站及液压站。
由于离心式净油机是通过离心力将污染物从油中去除，是一个纯物理过程，不会改变润滑油的成份，不影响润滑油的性能指标。
而且和其他净油设备相比，离心式净油机还具备以下优点：
①、采用国外专利技术，关键部件从国外进口，性能优异。
②、无滤芯，无需耗材。
③、体积小巧，节省安装空间，便于安装。
④、构造简单，油压驱动原理独特，无易损件，运行可靠性高，故障率低。
⑤、净化精度高，达到0.25微米。
⑥、净化范围广，能够清除其他滤油机除不了的小颗粒杂质、胶质、油泥等。
⑦、整机功率小，低耗能。
⑧、安装、拆卸简单方便，清理时间短，只需5-10分钟。
⑨、干式排污，污渣呈块状、饼状或稠糊状，排污时没有油的损耗。
⑩、可处理油液的粘度高达320cst，超过320#油品可选配加热装置。
4、水泥窑微油点火系统
4.1、微油点火技术简介
微油点火技术作为一种新型点火技术，具有节油环保功能，在电站锅炉改造已经非常成熟，有的电站锅炉微油点火技术改造后节油率达到了95%以上。
而在水泥行业，烘窑过程和维持窑温阶段是水泥行业用油主要阶段。
据统计，单条生产线年耗油量可达80~150吨。
水泥窑节油点火技术“微油点火”技术有着非常现实的和迫切的需要。
微油点火技术，是利用少量的油气化以后完全燃烧，产生的高温火焰（1500~2000℃），利用微量油燃烧产的高温火焰在距离燃烧器喷口一定位置点燃煤粉气流，煤粉通过含有大量活化粒子的高温火核，挥发份迅速着火并燃烧，同事焦炭粒子被点燃，实现多相着火。
水泥窑燃烧器点火节油的原理是，重新设计一个多通道煤粉燃烧器（根据水泥窑的参数、性能、煤质等），保持原来燃烧器正常运行时的功能。
重新设计的燃烧器包括中心风、煤风、旋流风、轴风。
在中心风管内设置微油点火气化油枪。
点火时通过一些机械装置把中心风管向后移动一定距离，微油枪着火后直接给煤风，从而点燃煤粉，从而实现烘窑及维持窑温。
等窑温达到需要的温度以后，退出油枪运行，中心风管移动到正常位置。
整个燃烧器作为正常燃烧器使用，煅烧熟料。
通过上述点火方式，避免了仅仅使用原来大油枪烘窑及维持窑温，从而达到点火节油的目的。
4.2、改造方案
对于水泥窑实现微油点火改造，涉及的系统很少，现有系统完全可以满足要求。
主要涉及油压、风压、压缩空气的参数调整。
对改造后的系统，根据水泥生产线参数及设计参数，对各个系统风压、中心风管移动距离等做适当调整，以实际观察燃烧火焰到适当。
5、余热发电水泵节能技术方案
5.1当前余热发电系统水泵运行情况
余热发电系统运行存在如下特点：
受水泥窑生产负荷波动影响较大；
因磨损、结垢等因素影响余热锅炉出力在检修周期内存在较大波动；
受季节、天气影响，循环水存在明显波动。
这使得余热发电系统运行工况变化幅度较大。
当前水泥厂余热发电系统水泵运行，水泵和系统不相匹配，“大马拉小车现象”严重，水泵处于“大流量、低效率、高功耗”的不利工况上运行，或为匹配工艺要求水系统管路存在严重的节流，是当前水泵高能耗的主要原因。
5.2余热发电系统水泵改造方案
结合余热发电系统运行特点，水泵节能改造，方案如下：
利用精密的仪器和先进的检测技术，检测系统当前运行的工况参数和相关的设备参数，分析系统存在高能耗的原因，准确找到设备与流体输送相匹配的最佳工况点，并提出最佳方案。
按最佳工况运行原则，建立准确的水力数学模型和参数采集标准，量身定做高效节能泵或高效叶轮。
采用高效节能泵替换低效泵，或更换现有水泵叶轮为高效节能的三元流叶轮，消除因系统配置不合理引起的高能耗，提高流体输送效率，彻底解决循环水过流量引起能耗增加的现象，达到节能最大化。
第三部分节能改造经济效益分析
1、投资及预期收益分析
1.1、分解炉节能改造经济效益分析
节煤专家系统能够连续稳定的24小时运转，不受人干预，而且分解炉出口温度控制稳定，比人工控制波动幅度降低约15%，控制效果明显。
据理论及实际案例测试，应用节煤专家系统后，综合煤耗可降低1%~2%。
按照原系统熟料标煤耗105kg/t计算，系统年运行300天计算，年可节省标煤：
105×
330×
5000÷
1000×
（1%~2%）=1732.5~3465t
按年节省2200t标煤计算，标煤价格700元/t，
每条生产线年节省人民币约：
2200t×
700元=154万元。
整套测试、控制及软件系统总投资约150万元。
静态投资回收期0.9年。
1.2、空压机改造经济效益分析
不同的运行工况及运行方式，改造后空压机节能量也不相同。
根据以往改造经验，空压机节能可达当前能耗的25%。
对于本工程，对单条生产线的2台空压机进行变频改造可达到最佳投资回报比。
据此计算，对于2台110kW空压机，年节能收益（7200小时）约：
110kW/台×
2台×
25%×
7200小时=39.6万kWh
39.6万kWh×
0.8元/kWh=31.68万元
整套变频控制系统总投资约18万元。
静态投资回收期0.57年。
1.3、润滑油系统经济效益分析
采用离心式净油机在线旁路连续净化方式，预计能带来以下效益：
1）降低了设备自带滤芯的负荷，延长滤芯的清理周期，降低工人劳动强度。
2）减少因粉尘和金属颗粒，杂质磨损而造成设备故障停机次数，有效保证设备正常运行，降低维修、维护成本。
3）减轻齿轮、轴承的磨损，延长齿轮和轴承的寿命，降低设备故障率。
4）减缓油液氧化变质的速度，延长润滑油的使用寿命。
根据以往案例，每12个月更换一次润滑油变为每24个月更换一次。
减少滤芯更换数量。
5）设备磨损将下降60%，设备故障下降65%.
6）减少意外停机造成的损失。
根据以往工程经验，通过全优润滑系统优化企业设备管理费用，生产线年节约润滑油50吨。
以1年节约50t左右润滑油计算，其市场价约：
1.05万元/t×
50t=53万元
处理50t油的人工费用约：
0.06万元/t×
50t=3万元
因此，年节约成本约56万元，其他设备维修及大修成本将大幅降低。
整套生产线采用全优润滑系统合计投资55万元。
静态投资回收期0.98年。
1.4、微油点火系统经济效益分析
一条5000t/d生产线，年消耗燃油按80t计算，燃油价格按7500元/t计算，节油率按25%计算，燃煤价格按600元/t（包括煤粉系统消耗的电能成本及设备损耗成本）计算，年节省费用：
节省燃油：
80t×
25%=20t
节省燃油费用：
20t×
7500元/t=15万元
减少消耗的燃油，在窑炉内其热值由燃煤替代。
因此会增加燃煤的消耗。
增加煤粉消耗：
（80t×
42MJ/kg）÷
20MJ/kg×
600元/t=2.52万元
因此，节省费用：
15万元-2.52万元=12.48万元
整套润滑油系统总投资额约为13万元。
静态投资回收期1.04年。
1.5、余热发电系统水泵改造经济效益分析
对于5000t/d生产线，余热发电系统（10MW）适合水泵叶轮改造或更换水泵节能改造的有给水泵、循环水泵，适合变频节能改造的有循环水泵。
低压锅炉给水泵、疏水泵、凝结水泵功率较少，单位节能量改造投资较高，不建议改造。
对于水泵节能改造，最高可获得水泵能耗25%的节能率。
根据生产线目前运行状况，改造1台185kW的循环水泵具有最佳的投资回报比，改造后可获得的节能收益为：
185kW×
7200h=33.3万kWh
33.3万kWh×
0.8元/kWh=26.64万元
水泵及附件改造总投资费用约54万元。
静态投资回收期2年。
2、综合经济效益分析
一条5000t/d水泥生产线，进行改造后，预期获得的收益见下表：
改造技术
节能收益
折标煤（t）
减排
CO2（t）
SO2（t）
专家在线
2000.1
5800.4
50.0
变频、油路及气路改造
154.6
448.4
3.9
微油点火
12.5
更换水泵或改造叶轮，变频
26.6
114.7
332.5
2.9
2269.5
6581.3
56.8
注：
折标煤系数，参考GBT2589-2008综合能耗计算通则
综上，改造完成后，每年可节省标煤2200
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