国际上水泥生产能耗的最佳实践值.docx

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国际上水泥生产能耗的最佳实践值

国际上水泥生产能耗的最佳实践值

Internationalbestpracticevaluesofenergyconsumptionforcementproduction

Fortheinternationalbestpracticesateachstageofproduction,dataweregatheredfrompublicliteraturesources,plants,andvendorsofequipment.Thesedataandcalculationsaredescribedbelow.

--Rawmaterialsandfuelpreparation

Energyusedinpreparingtherawmaterialconsistsofpreblending（prehomogenizationandproportioning）,crushing,grindinganddrying（ifnecessary）therawmealwhichismostlylimestone.Allmaterialsarethenhomogenizedbeforeenteringthekiln.Solidfuelsinputtothekilnmustalsobecrushed,ground,anddried.Bestpracticeforrawmaterialspreparationisbasedontheuseofalongitudinalpreblendingstorewitheitherbridgescraperorbucketwheelreclaimeroracircularpreblendingstorewithbridgescraperreclaimerforpreblending（prehomogenizationandproportioning）at0.5kWh/trawmeal,agyratorycrusherat0.38kWh/trawmeal,anintegratedverticalrollermillsystemwithfourgrindingrollersandahigh-efficiencyseparatorat11.45kWh/trawmealforgrinding,andagravity（multi-outletsilo）drysystemat0.10kWh/trawmealforhomogenization.Basedontheabovevalues,theoverallbestpracticevalueforrawmaterialspreparationis12.05kWh/trawmaterial.Ideallythisvalueshouldtakeintoaccountthedifferencesinmoisturecontentoftherawmaterialsaswellasthehardnessofthelimestone.Highermoisturecontentrequiresmoreenergyfordryingandharderlimestonerequiresmorecrushingandgrindingenergy.Ifdryingisrequired,bestpracticeistoinstallapreheatertodrytherawmaterials,whichdecreasestheefficiencyofthekiln.ForBESTCement,itisassumedthatpre-heatingofwetrawmaterialsisnegligibleanddoesnotdecreasetheefficiencyofthekiln.

Solidfuelpreparationalsodependsonthemoisturecontentofthefuel.Itisassumedthatonlycoalneedstobedriedandgroundandthattheenergyrequiredfordryingorgrindingofothermaterialsisinsignificantorunnecessary.Bestpracticeistousethewasteheatfromthekilnsystem,forexample,theclinkercooler（ifavailable）todrythecoal.BestpracticeusinganMPSverticalrollermillis10-36kWh/tanthracite,6-12kWh/tpitcoal,8-19kWh/tlignite,and7-17kWh/tpetcokeorusingabowlmillis10-18kWh/tproduct.Basedontheabove,itisassumedthatbestpracticeforsolidfuelpreparationis10kWh/tproduct.

--Additivespreparation

Inadditiontoclinker,someplantsuseadditivesinthefinalcementproduct.Whilethisreducesthemostenergyintensivestageofproduction（clinkermaking）,aswellasthecarbonationprocesswhichproducesadditionalCO2asaproductofthereaction,someadditivesrequireadditionalelectricityforblendingandgrinding（suchasflyash,slagsandpozzolans）and/oradditionalfuelfordrying（suchasblastfurnaceandotherslags）.

AdditionalrequirementsfromuseofadditivesarebasedonthedifferencesbetweenblendingandgrindingPortlandcement（5%additives）andothertypesofcement（upto65%additives）.PortlandCementtypicallyrequiresabout55kWh/tforclinkergrinding,whileflyashcement（with25%flyash）typicallyrequires60kWh/tandblastfurnaceslagcement（with65%slag）80kWh/t（thesearetypicalgrindingnumbersonlyusedtodeterminetheadditionalgrindingenergyrequiredbyadditives,notbestpractice;forbestpracticerefertodatabelowincementgrindingsection）.Itisassumedthatonlyflyash,blastfurnaceandotherslagsandnaturalpozzolansneedadditionalenergy.Basedonthedataabove,flyashwillrequireanadditional20kWh/tofflyashandslagswillrequireanadditional38kWh/tofslag.Itisassumedthatnaturalpozzolanshaverequirementssimilartoflyash.Thesedataareusedtocalculatecementgrindingrequirements.Foradditiveswhicharedried,bestpracticerequires0.75GJ/t（26kgce/t）ofadditive.Generally,onlyblastfurnaceandotherslagsaredried.Thoseadditivesthatneedtobedried（thedefaultisallslags,althoughtheusercanenterthisdataaswellintheproductioninputsheet）bestpracticerequiresanadditional0.75GJ/t（26kgce/t）ofadditive.

--Kiln

Clinkerproductioncanbesplitintotheelectricityrequiredtorunthemachinery,includingthefans,thekilndrive,thecoolerandthetransportofmaterialstothetopofthepreheatertower（“kilnpreheaters”and“coolersystem”）,andthefuelneededtodry,tocalcineandtoclinkerizetherawmaterials（“precalcination”,ifapplicable,andthe“kiln”）.Bestpracticeforclinkermakingmechanicalrequirementsisestimatedtobe22.5kWh/tclinker,whilefuelusehasbeenreportedaslowas2.85GJ/t（97.3kgce/t）clinker.

Finalgrinding

Bestpracticeforcementgrindingdependsonthecementbeingproduced,measuredasfinenessorBlaine（cm2/g）.In1997,itwasreportedthattheHoromillrequired25kWh/tonneofcementfor3200Blaineand30kWh/tonnecementfor4000Blaine.WemakethefollowingassumptionsregardingChinesecementtypes:

325=aBlaineoflessthanorequalto3200;425=aBlaineofapproximately3500;525=aBlaineofabout4000;and,625=aBlaineofapproximately4200.MorerecentestimatesofHoromillenergyconsumptionrangebetween16and19kWh/tonne.WeusedbestpracticevaluesfortheHoromillfor3200and4000Blaineandinterpolatedandextrapolatedvaluesbasedonanassumedlineardistributionfor3500and4200Blaine.Weestimatedlowestqualitycementrequires16kWh/tonneandthat3500Blaineis8%morethan3200Blaine（17.3kWh/tonne）,4000Blaineis20%morethan3200Blaine（19.2kWh/tonne）,and4200Blaineis24%morethan3200Blaine（19.8kWh/tonne）.Wethenusedthesevaluestoestimatethevaluesofothertypesofcement,basedonmoreorlessgrindingthatwouldbeneededforanyadditives.WeassumedcommonPortlandcementgrindingrequiredsimilarenergyaspurePortlandcement,thatblendedslagandflyashcementswereonaverage,65%slagand35%flyash,thatgrindingpozzolansrequiredsimilarenergyasgrindingslags（atasimilarratioof65%）andthatlimestonecementcontained5%extralimestonewithgrindingrequirementssimilartogrindingslag.

--Otherproductionenergyuses

Somecementfacilitieshavequarrieson-site,andthosegenerallyusebothtrucksandconveyorstomoverawmaterials.Ifapplicabletothecementfacility,quarryingisestimatedtouseabout1%ofthetotalelectricityatthefacility.

Otherproductionenergyincludespowerforauxiliariesandconveyorswithinthefacility.（Wehaveexcludedpackagingfromouranalysis）.Totalpoweruseforauxiliariesisestimatedtorequireabout10kWh/tofclinkeratacementfacility.Poweruseforconveyorsisestimatedtorequireabout1to2kWh/tofcement.Lighting,officeequipment,andothermiscellaneouselectricityusesareestimatedtouseabout1.2%ofthetotalelectricityatthefacility.

国际上水泥生产能耗的最佳实践值

各个生产过程的国际最佳实践值是根据公开发表的各种文献资料，以及水泥企业和设备供应商提供的数据确定的。

下面来介绍这些数据及其计算过程。

--生料和燃料制备

生料制备的能耗包括生料（主要是石灰石）的预混合（预均化和配料）、破碎、粉磨和烘干（如果需要的话）。

所有物料在入窑之前都要经过充分的均化。

入窑的固体燃料也要先经过破碎、粉磨和烘干。

生料制备的最佳实践值计算依据如下：

预混合采用带桥式刮板式取料机或斗轮式取料机的纵向预均化堆场，或者带桥式刮板式取料机的环形预均化堆场（电耗0.5kWh/t生料）；破碎采用转子破碎机（电耗0.38kWh/t生料）；生料粉磨采用带高效选粉机和四个辊子的立磨系统（电耗11.45kWh/t生料）；均化采用重力式（多出口筒仓）烘干系统（电耗0.10kWh/t生料）。

综合以上能耗数值，生料制备的最佳总能耗为12.05kWh/t生料。

理论上，该能耗值还应考虑生料水分和石灰石硬度的影响。

水分越大则烘干能耗越多，石灰石硬度越高则破碎和粉磨能耗越多。

如果原料需要烘干，则最佳的措施是安装一个预热器，虽然它会降低窑的热效率。

“BESTCement”假设烘干湿原料的能耗可以忽略不计，因此没有降低窑系统的热效率。

固体燃料制备的能耗也与燃料的水分有关。

“BESTCement”假设只有煤需要烘干和粉磨，其他物料的烘干和粉磨能耗可忽略不计。

烘干煤粉的最佳措施是利用窑系统（如熟料冷却机）的废热做烘干热源。

煤粉磨的最佳措施是采用MPS立磨（电耗为10-36kWh/t无烟煤，6-12kWh/t烟煤，8-19kWh/t褐煤，7-17kWh/t石油焦），或碗磨（电耗为10-18kWh/t产品）。

综合以上能耗数值，燃料制备的最佳总能耗为10kWh/t产品。

--混合材制备

除了熟料以外，一些水泥企业还在水泥终产品中添加混合材。

该措施在减少熟料生产能耗以及CO2排放量的同时，需要增加混合材的混合与粉磨电耗（如粉煤灰、矿渣和火山灰）以及烘干用的燃料消耗（如高炉矿渣和其他矿渣）。

根据硅酸盐水泥（5％混合材）和其他类型水泥（混合材配比最高达65％）在混合和粉磨方面的差别，添加混合材会增加额外的电耗。

硅酸盐水泥的熟料粉磨电耗一般为55kWh/t，而粉煤灰水泥（含25％粉煤灰）的粉磨电耗一般为60kWh/t，高炉矿渣水泥（含65％矿渣）的粉磨电耗一般为80kWh/t（这些能耗数值是掺加混合材的一般能耗水平，不是最佳能耗水平；最佳能耗水平可参考下文的水泥粉磨部分）。

“BESTCement”假设只有粉煤灰、高炉矿渣、其它矿渣和天然火山灰需要额外的能耗。

综合以上能耗数值可知，粉煤灰需要的额外电耗为20kWh/t粉煤灰，矿渣需要的额外电耗为38kWh/t矿渣。

天然火山灰的额外电耗假设与粉煤灰相同。

这些数据可用于计算水泥粉磨电耗。

混合材烘干热耗的最佳水平是0.75GJ/t（26kgce/t）混合材。

一般情况下，只有高炉矿渣和其他矿渣需要烘干。

那些需要烘干的混合材（默认情况是所有矿渣，虽然用户可以在生产信息输入表中输入该数据）的最佳烘干热耗为0.75GJ/t（26kgce/t）混合材。

窑系统

熟料生产过程的能耗可分为驱动机械设备（如风机、窑的驱动装置、冷却机和预热器喂料提升机等）的电耗和烘干物料、煅烧生料的燃料消耗。

熟料生产的最佳电耗水平是22.5kWh/t熟料，最佳燃料消耗水平可低至2.85GJ/t（97.3kgce/t）熟料。

水泥粉磨

水泥粉磨的最佳电耗水平取决于水泥的细度或比表面积（cm2/g）。

1997年，有文献指出用筒辊磨将水泥粉磨到3200cm2/g的电耗为25kWh/t水泥，粉磨到4000cm2/g的电耗为30kWh/t水泥。

对于中国的水泥，我们做如下假设：

标号为325的水泥的比表面积小于等于3200cm2/g；标号为425的水泥的比表面积约3500cm2/g；标号为525的水泥的比表面积约4000m2/g；标号为625的水泥的比表面积约4200cm2/g。

最新的研究认为筒辊磨的能耗范围是16-19kWh/t水泥。

我们以用筒辊磨将水泥粉磨到比表面积为3200cm2/g和4000cm2/g的电耗水平作为相应细度的最佳电耗水平，并根据线性分布假设通过内插和外插计算出比表面积为3500cm2/g和4200cm2/g的最佳电耗水平。

我们估算得出比表面积为3200cm2/g的水泥最佳粉磨电耗为16kWh/t水泥，比表面积为3500cm2/g的水泥的最佳粉磨电耗要比3200cm2/g的水泥高出8％（17.3kWh/t水泥），4000cm2/g的水泥的最佳粉磨电耗比3200cm2/g的水泥高20％（19.2kWh/t水泥），4200cm2/g的水泥的最佳粉磨电耗比3200cm2/g的水泥高24％（19.8kWh/t水泥）。

我们用这些值又估算了其他类型水泥的最佳粉磨电耗，估算过程中考虑了混合材的粉磨电耗。

我们假设普通硅酸盐水泥的粉磨能耗与硅酸盐水泥相当，矿渣水泥的矿渣含量平均为65％，粉煤灰水泥的粉煤灰含量平均为35％，火山灰的粉磨能耗与矿渣的粉磨能耗相当（掺加量都是65％），并假设含5％额外石灰石的石灰石水泥的粉磨能耗与矿渣粉磨能耗相当。

--其他生产能耗

一些水泥企业就建在矿山旁，它们一般采用卡车或皮带来运送原料。

如果是这样，则矿山开采的能耗约占全厂总能耗的1％。

其他生产能耗还包括厂区内所有辅助设备和输送设备的动力消耗（我们已经将水泥包装过程的能耗排除在外）。

一个水泥企业辅助设备的总能耗约为10kWh/t熟料。

所有输送设备的总能耗约为1－2kWh/t水泥。

照明、办公设备和其他各种各样的电耗约为全厂总电耗的1.2％。