国际上水泥生产能耗的最佳实践值Word格式文档下载.docx
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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.
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%。
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