水泥工厂节能设计规范条文说明

水泥工厂节能设计规范条文说明1总则101本条为制定本规范的目的。“节约能源资源，走科技含量高、经济效益好、资源消耗低、环境污染少、人力资源优势得到充分发挥的路子，是坚持和落实科学发展观的必然要求，也是关系我国经济社会可持续发展全局的重大问题”引自中共中央政治局2005年6月27日第二十三次集体学习会议上中共中央总书记胡锦涛同志的讲话。节能是国家发展经济的一项长远战略方针。能源是国民经济发展的物质基础，从长期供需预测看，供需矛盾十分突出，从消耗能源产生“温室效应”导致全球气候变暖的现实，我国更面临环境问题的新挑战。建材工业是我国仅次于加工制造业的第二大工业板块，而水泥工业在建材工业中占有70的比重。据统计，2004年全国能源消费总量197亿T标煤，其中水泥生产消耗能源约14亿T标煤（2004年水泥总产量97亿T），约占71，水泥工业是名副其实的耗能大户。因此，作为固定资产投资工程项目的设计和建设，根据现行中华人民共和国节约能源法，水泥工厂设计采取技术上可行、经济上合理以及符合环境要求的措施，减少生产各个环节中的损失和浪费，促进水泥工业能源的合理和有效利用，对我国经济发展和环境保护具有深远的战略意义。根据建设部“关于印发2005年工程建设标准规范制订、修订计划（第二批）的通知”（建标函（2005）124号）文件精神，中国水泥协会、国家建材局标准定额中心站、天津水泥工业设计研究院成立水泥工厂节能设计规范编写小组，并会同建材工业规划研究院、南京水泥工业设计研究院、成都建材工业设计研究院等单位完成了本标准的编制工作。102本条为规范的适用范围103本规范及条文说明中所称水泥工厂均指新型干法水泥生产线工厂（下同、不再赘述）,故其规模执行修订后的水泥工厂设计规范。104节能降耗的主要措施首先是调整产业结构，除特殊条件外，必须以新型干法水泥生产技术代替其它水泥生产方法。按照国家支持发展大型新型干法水泥项目的水泥产业政策，到2010年新型干法水泥比重提高到70，对落后产能比重较大的地区，鼓励上大压小，扶优汰劣。中部地区应依托大型企业扩建日产4000吨以上生产线，尽快形成合理的经济规模；西部地区新型干法水泥发展薄弱，应重点支持，要以减少运输压力和满足本地区需求为原则，发展建设日产2000吨以上的新型干法水泥，加快淘汰落后，促进西部地区水泥工业结构升级。严禁立窑等落后生产工艺新建、扩建和单纯以扩大产能为目的技术改造项目。淘汰落后生产能力，改善环境质量，缓解能源、资源压力。作为水泥行业的专业设计院，应在国家产业结构调整政策方面为国家把好前期设计关。105水泥工厂设计还必须遵守相关行业节能标准。以下标准和规范等文件所含条文，在本规范中被引用即构成本规范的条文，与本规范同效。当下述标准和规范被修改时，应使用其最新版本。中华人民共和国节约能源法（1997年11月1日起施行）公共建筑节能设计标准GB501892005机械行业节能技术规范JBJ142004工业企业照明设计标准GB500341992工业企业采光设计标准GB500331991采暖通风与空气调节设计规范GBJ191987铁路工程设计节能技术规定TBJ161986水运工程设计节能技术规定JTJ2021986（试行）106能源节约和综合利用能源，必须在设计前期工作与厂址选择、工艺流程的方案统一考虑。同时，在可行性研究和初步设计时，按照国家“关于固定资产投资工程项目可行性研究报告“节能篇（章）”编制及评估的规定”（国家计委、国家经贸委、建设部计交能号）的要求，对节约和合理利用能源要有专门论述的内容。107本条规定是从设计上为达到国家标准水泥能耗等级定额的先进等级打好基础，为水泥工厂的生产管理，做好节能降耗工作创造条件，应在设备选择和工艺系统上采取有效措施。严禁选用国家公布的淘汰落后生产能力、工艺和产品的目录中的淘汰产品和工商投资领域制止重复建设目录中明令淘汰的技术工艺和设备。2热能消耗及合理利用本章热能消耗及合理利用适用于新型干法水泥生产线。在我国现有水泥生产企业中，湿法生产线所占比例很小，只有在某些特殊条件下（如利用高水分工业废渣或湖底、河道污泥等生产水泥时），才有可能兴建个别湿法生产线。湿法生产线的热耗为新型干法生产线的20倍左右，因而不是水泥工业发展方向。在水泥工厂设计中，热能的合理利用主要体现在合理的燃料燃烧、提高整个工艺过程的热效率、余热的回收利用、尽量防止散热损失及替代燃料的利用等方面。本章以上述内容为重点，作出热能合理利用的规定。21燃料与替代燃料211213预分解窑水泥生产线对燃煤质量有一定要求，以便在节约能源的同时，保证水泥生产的优质、高产和低耗。214218为了实现水泥产业可持续发展，必须充分发挥水泥产业特有的环保功能，实施原、燃料的战略转移，建设“环境材料型”生态产业。水泥回转窑在充分发挥传统焚烧炉的优点同时，有机地将自身高温、循环等优势发挥出来。既能充分利用废物中的有机组分的热值实现节能，又能完全利用废物中的无机组分作为原料生产水泥熟料；既能使废弃物中的有毒有害有机物在水泥回转窑的高温环境中完全焚毁，又能使废物中的有毒有害重金属固定到熟料中。可以作为固体类替代燃料的主要有废纸、造纸废弃物、石油焦、石墨灰、木炭、塑料废弃物、橡胶废弃物、旧轮胎、储物箱、灰化土、非放射性斑脱土、废木材、秸杆、农业废弃物、家庭废物、次品燃料、纤维、含油土壤、下水道淤泥、动物脂肪、骨粉等，这些工业废物通过一定的预处理流程均可以作为固态替代燃料使用；而液态的焦油、酸性淤泥、废油、石化废弃物、油漆厂废弃物（油漆类）、化学废弃物、溶剂废弃物、稀释废弃物、蜡状悬浊液、沥青浆、油泥等通过固液分离后可以作为优质的液态替代燃料使用。作为替代燃料使用的废弃物，通常加工成为易于泵送的液体或者粉末，这样可以充分利用水泥行业现有的燃料输送系统，通过简单的改造或者增加少量的设备即可确保其作为燃料使用。在水泥熟料的生产过程中，通常需要控制原燃料中的K2O、NA2O、SO3、CL等有害组分的含量，而且这些有害组分是干扰新型干法水泥生产线系统正常运行的重要因素。通常水泥行业比较常用的控制指标为在干基生料中，K2ONA2O含量100，硫碱比（S/R）在060100之间，CL含量00300040。结合原有原料的有害组分特点，在常规生料固有的硫、氯、碱成分条件下，必须对所处置的废弃物中上述干扰组分严格进行限量控制。在利用废弃物过程中应符合的主要相关标准生活垃圾焚烧污染控制标准（GB184852001）危险废物焚烧污染控制标准（GB184842001）危险废物贮存污染控制标准（GB185972001）危险废物集中焚烧处置工程建设技术规范（HJ/T1762005）医疗废物集中焚烧处置工程技术规范（HJ/T1772005）医疗废物集中处置技术规范（试行）（环发2003206号）大气污染物综合排放标准（GB1629796）；工业炉窑大气污染物排放标准（GB907896）一般工业固体废物贮存、处置场污染控制标准（GB185992001）工业企业厂界噪声标准（GB1234890）；污水综合排放标准（GB897896）22熟料煅烧系统221222熟料烧成系统能效指标主要针对新建带预热预分解系统的新型干法水泥生产线，其指标值为年运行平均指标值。达到能效指标所采用的技术措施应是现有技术水平下能实现的先进可靠的技术手段。223为了实现能效指标要求，熟料煅烧系统需采取如下措施1熟料烧成系统窑尾预热器应采用5级高效低阻旋风预热器，在原料水分允许的条件下也可采用6级预热器系统。合理配置各级旋风筒的分离效率，减少系统阻力。根据煤质情况采用结构合理、性能优良的分解炉。2采用高效篦式冷却机，尽可能提高冷却机的热效率，提高二、三次风温。3窑头应尽可能采用多通道高效煤粉燃烧器，提高燃烧空气的温度和冷却机的热效率。4为了降低辐射热损失，窑系统应采用优质耐火材料和隔热材料，使预分解窑系统的散热损失降至313KJ/KG（熟料）75KCAL/KG（熟料）以下。5提高窑系统的生产稳定性是保证预分解窑持续优质稳产、长期安全运转和降低热耗的重要条件。为此，应采取下列技术措施（1）原料应经过适当均化，以求质量稳定，入窑生料CACO3标准偏差一般应小于025。（2）采用能稳定喂料量的喂料和喂煤系统，配置精确的自动调节计量设备，节约能耗。（3）对预热分解系统，应采取必要的防堵措施。（4）采用质优、可靠的辅助设备、耐热材料以及牢靠的衬砌方法，为尽量减少设备事故创造条件。（5）设置必要的自动调节和仪表控制系统，以稳定煅烧工艺过程和产品质量。（6）为了提高传热效率，减少窑系统漏风，预热器部分应采用结构简单灵活、维修方便、锁风性能好的锁风装置和有效的撒料装置。除排灰阀与膨胀节的管道接头外，其余各部分均应采用焊接以减少漏风，降低废气热损失。23物料的烘干231在干法生产中，当硅铝质原料水分较高，先采取自然干燥的方法降低物料的初始水分，如晾晒、晴天堆存于堆棚中，避开雨、雪天开采等，是节能的有效方法之一。233当无法利用废气余热、需单独设置热风炉时，配置的热风炉优先采用沸腾炉。水泥厂采用的热风炉主要有层燃炉、煤粉炉和沸腾炉三种炉型。层燃炉的热效率低、劳动强度大、污染大，对煤的质量要求高，不能长期压火，使用寿命短。煤粉炉的热效率较高，但对煤质及燃煤粒度有较高的要求，煤粉制备过程中的电耗高、煤磨磨损大、设备维修费用高，污染较严重。高温烟气沸腾炉的特点是对燃料的适应性好，可燃用各种劣质燃料；出口烟气温度可大于850，燃料的制备过程简单；供热稳定、负荷调节范围广，可控性好；具有环保和节能优势。234采用回转式烘干机时的要求说明如下1转筒式烘干机有逆流式和顺流式两种，顺流式的因烘干物料和废气温度较低，所以节能。同时，采用新型高效扬料板，增大了物料与热气流的接触面积，强化物料的传热和传质；提高入烘干机的烟气温度,强化供热、加快传热速度，从而提高产量、保证质量、节约热能。2烘干机的漏风会破坏系统的热气均流状况，改变气流压差的走势分布，降低烟气的流速；漏入的冷空气会导致烘干机内传热介质温度降低、传热速度减缓、传热效率降低；漏风还增加引风机和收尘器的负荷，直接导致烘干机产量降低、能耗增大。3实施筒体保温后，由于散热减少，内壁温度升高，热气降温减缓，与物料的温差扩大，从而加快了传热速度，提高了传热效率。因此，筒体保温不仅能减少散热损失，而且对提高烘干机的产量和烘干效果也有重要的作用。24工艺设备选型241本条规定必须采用带窑外分解的新型干法生产工艺，或者其它更先进的、节能降耗的工艺技术和装备。本条还规定新型干法水泥工厂烧成系统降低热耗应采取的措施。1回转窑采用多通道燃煤装置，在国内外已经广泛使用。它具有加速燃料燃烧，使火焰更符合要求，并便于控制，又能适应各种不同的燃料。这种多通道燃烧器可使一次风量降到10以下，相应提高了二次风温，增加了热效率。2选用高效冷却机，提高热效率，是烧成系统节能降耗的重要部分。3减少漏风可以减少热损失，提高热效率，降低单位热耗。目前，国内回转窑密封装置不断改进，提高了密封性，若操作管理加强之后可以使漏风系数降到016以下。4预热器一般为五级，即由五个旋风筒热交换单元组成。目前，为了进一步降低出预热器废气温度节约能源，预热器已发展成为六级。根据运行经验采用六级预热器与五级相比，预热器出口废气温度可降低3040，并可降低熟料热耗。但是系统压损和设备投资有所增加。从长远节能考虑采用五或六级级预热器是有利的。5新型干法水泥工厂的烧成系统，由窑、预热器及分解炉、三次风管和冷却机组成。尤其是预热器和三次风管增加了散热表面积，使散热损失增大。因此，合理地采用优质耐火材料和隔热材料尤为重要，不仅节省热耗，也能提高运转率。242在水泥厂，均化开采、原燃料预均化、生料均化库等常常组成一个完整的生料均化链。均化链是现代水泥生产达到优质、高产、低耗的最重要的条件之一。除配置均化链外，还需要原料配料、喂料和喂煤的准确性。只有保证了入窑生料质量的均衡性和喂煤稳定性，才能保证烧成系统热工制度的稳定，进而提高熟料产质量、降低能源消耗。3余热利用31一般规定311水泥生产线的煤磨烘干用热风一般取自窑头及窑尾，因窑尾废气风量较大，生料烘干一般不能完全利用，此部分废气不能全部利用，而窑头热风除煤磨烘干外对于水泥烧成没有影响，建议条件允许时煤磨热风取自窑尾废气，窑头热风全部进行余热利用，提高余热利用效率。312本条是指余热利用系统是在保证水泥生产正常运行的前提下进行的，不能对水泥生产线进行降低技术参数的改造而提高余热利用的手段，余热利用后水泥生产线的电耗、热耗等主要能耗指标不能因为余热利用而提高，水泥熟料产量不能降低。313烧成系统多余的废气是指水泥烧成系统完全利用以后的废气，如生料烘干、煤磨烘干用风等，在保证水泥生产线设计指标的前提下，废气余热应首先用于发电。但本地区其他负荷比较稳定并且有连续热负荷时也可采用其他的利用方式，如供热等。314系统热风管路均应敷设保温层，减少热风管道的散热损失，提高废气余热的利用率。315窑尾废气为15NM3/KG熟料，温度为320,进磨时为300,料耗为15KG生料/KG熟料，可烘干与窑用生料相当的原料水分约8。另外还有冷却机废气余热可以利用。因此，在设计干法预热分解窑水泥厂时，生料制备、煤粉制备以及水泥混和材的烘干必须尽量利用窑尾预热器废气或冷却机废气的余热作为烘干热源。当采用单独烘干机时，为了节约，烘干机的热源应尽量利用预热器废气，或熟料冷却机的废气余热。32余热发电321本条主要是考虑国内的装备水平及操作工人的操作水平，余热发电是一个系统，涉及到电站及水泥烧成的操作配合，对操作人员的技术水平要求较高，因此系统尽量简化。另外从控制站用电的角度也要求尽量减少使系统简化，减少装机容量。因闪蒸系统的循环量较大，泵容量一般均大于正常循环量的10倍左右，本规范不推荐采用闪蒸系统，一定要双压或多压系统时尽量采用双压锅炉的系统。322余热系统利用主要的换热设备余热锅炉及其他装置的散热量所占比例较高，通过测定，各类设备的散热损失均在25之间，为了更好的利用余热资源，要求设备的保热系数应大于98。323按国内余热锅炉制造水平及国内各锅炉厂对水泥窑余热锅炉的不断研发，技术不断改进，目前实测余热锅炉的漏风率一般均可达到5以内，有些甚至低于2，本规范规定各类余热锅炉的漏风率均应小于5，减少锅炉的漏风率，提高余热利用效率。324普通凝汽电站的汽水损失率为23，考虑到水泥窑余热系统的特殊性，本规范确定汽水系统的损失率应控制在5以下。主要是考虑系统参数较低，水处理系统一般均采用软化方式，如采用全除盐处理时，系统汽水损失率应控制在3以下。325国内已经建成的余热电站其吨熟料发电量一般在2235KWH之间，但对其水泥生产热耗的统计来看，吨熟料发电量与水泥生产热耗有较大的关系，因此经过理论计算，在保证水泥烧成热耗的前提下，5级预热器的窑外分解生产线的吨熟料余热发电量应大于25KWH。326从国内纯低温余热发电的运行统计，不同规模的电站其站用电率略有不同，单台机组相对较低，多台机组相对较高一些，但一般均在78之间。327在一般情况下，汽轮机的冷却水系统采用循环冷却系统，为了减少水的损失，要求循环水间接循环利用率不低于97。33余热的其他利用方式331本条是指受水源、气候、投资条件等诸多因素影响不具备发电条件的（如原燃料水分小，烘干需要的出窑尾预热器和冷却机废气余热少），而热、冷负荷相对稳定，宜利用余热资源进行供热或制冷。332当条件具备时，可考虑利用余热拖动如风机、水泵等设备。目前我国拖动汽轮机、螺杆膨胀机等设备逐步进入成熟阶段，尤其是拖动汽轮机在其他行业应用较广，取得了较好的效果，其功率从100KW至1000KW各功率段均有相应产品。4电能的节约41电耗指标与计量要求412不同的海拔高度对电气设备和机械设备的性能产生不同的影响，这里取大部分设备能够达到其给出的性能指标的海拔高度。生产不同的水泥及水泥熟料品种，电耗也不相同，这里取目前阶段国内的普通品种。413目前，国际上水泥综合电耗为8595KWH/T，相应地熟料单位电耗为5256KWH/T。我国的水泥工业水泥和熟料的单位电耗（全国平均值）分别为105KWH/T、62KWH/T。新投产的5000T/D和10000T/D生产线与国际水平相当。为此提出“新建及改造的水泥熟料生产线综合电耗应控制在60KWH/T（熟料）及以下。新建及改造的水泥生产线综合电耗应控制在100KWH/T（水泥）及以下。”这个指标有利于贯彻国家产业政策。这个指标不与具体水泥生产工艺相联系，有利于实现节约能源，淘汰落后生产工艺。414（1）石灰石破碎2KWH/T（石灰石）约为25KWH/T（熟料）。（2）原料粉磨1722KWH/T（生料）约为24832KWH/T（熟料）。（4）煤粉制备2535KWH/T（煤粉）约为3244KWH/T（熟料）。要实现水泥熟料生产线综合电耗控制在60KWH/T（熟料）及以下，粉磨系统尤其要采用低能耗技术。42电气设备选型421目前阶段一些节能电器投资太高，使用寿命太短，采用技术及经济比较是为了确保在节能的同时实现经济效果。422工厂总体设计中，应充分到考虑节能，利用地形高差，使总体布局紧凑，缩短各种管线及物料输送距离。423适当地提高电压，减少线路及设备损耗。425高次谐波危害电气设备的安全运行，增加损耗。随着国家出台有关抑制高次谐波的措施，电气设备运行需满足国家有关规定。426窑尾高温风机、窑尾收尘排风机等设备采用变频调速系统预计二年左右可收回投资。窑尾高温风机、窑尾收尘排风机等设备采用变频调速系统确能起到降低电耗，提高收益的效果。但是，由于中压变频调速系统主要还是靠进口，一次投资较高。而且后期维护费用较高，在实际使用中很容易形成省电不省钱的情况。为此，“提倡逐渐采用。”43工艺设备选型431石灰石破碎应尽量采用以简化流程、节省能耗。辅助原料的破碎可根据物料的物料性能选择流程。还可采用筛分措施，将开采中的细物料剔除，减少破碎机的工作量，从而降低物料破碎电耗。432随着技术的发展，根据原料的易磨性、含水量以及能力的不同，出现了不同型式的原料粉磨系统。传统的原料粉磨系统是烘干兼粉磨的球磨系统。辊式磨系统是当今原料粉磨的主要系统。一般认为，它尤其适宜于与大型化预分解窑匹配。因为它可以吸收全部出预热器废气，并且集中碎、粉磨、烘干、选粉等工序于一体，流程简单；烘干能力大，可以适应水分高达15的原料；由于粉磨机理有别于球磨，能量消耗少，与球磨相比，粉磨电耗较低。生料粉磨系统的选型必须从原料条件出发，因此，对原料粉磨系统的主机选型应根据原料水分、易磨性和易烧性试验确定磨机适宜的型式、规格及适宜的粉磨细度。对于磨琢性良好的原料，以采用立式辊磨为宜。简化中卸球磨系统是中卸烘干球磨配高效组合式选粉机的系统，综合了风扫磨和传统中卸磨的优点，流程较简单，电耗省，也球磨系统中最好的烘干兼粉磨系统。433漏风将降低允许烘干物料的水分，增加系统通风量，电耗增加。因此，为减少漏风，在烘干或烘干兼粉磨系统管路中，磨机本身应采用较好的密封结构，喂料及卸料处应设置良好的锁风装置；除必须设置法兰连接外，尽可能采用焊接。434本条规定了排风机的储备系数。特别是通风量变化较小，排风机不进行调速，可节省投资。但排风机的储备系数不能过大，否则浪费电能。435对于风机风量的调节，有阀门和风机调速两种。阀门调节将增加电耗。由于开停窑和正常操作时，高温风机的工况工作点变化较大，用阀门调节困难，且增加电耗，窑尾高温风机传动必须采用调速装置。对有条件的工厂，所有工艺生产系统风机均应采用调速装置替代阀门调节风量。电动机常用调速方法有变极调速、变频调速、串级调速、液力耦合器调速、调压调速、电磁调速等，应根据技术经济比较确定。436生料连续式均化库已经成熟，应广泛采用。据统计，用于搅拌和卸料的气体压力小于007MPA，满足生产要求。其每吨生料均化电耗在035KWH范围以内。437根据现有工厂带五级或六级预热器的预分解系统的资料和实际生产数据，出预热器正常阻力损失不大于55KPA。438避免煤磨时开时停，浪费能源，故本条规定煤磨系统对窑的储备能力应在1520范围内。但煤质变化大或烧劣质煤的情况时，可适当加大储备能力，以满足生产要求。439水泥球磨电耗和产品品种、细度、混合材品种和掺量、有无助磨剂、熟料的易磨性有关，其中影响最大的是水泥细度（比表面积）。以辊压机料床预粉磨和球磨机组合的系统大大降低了粉磨电耗。联合粉磨系统中辊压机和粗选粉机组成圈流，生产出的中间半成品再进入后续球磨机进行最终粉磨，由于辊压机吸收功率大，因此节能效果更大，是当前大型化水泥粉磨系统广泛采用的系统之一。4310主要生产车间总体布置紧凑，输送缩短、管道长度和电缆长度小，物料从高到低输送，可以节约电耗。4311以往在生料入库和入窑、水泥入库等输送系统的设计时，常常采用气力输送，其电耗较高。本条强制采用机械输送，以节省电能。气力输送电耗高，因此，长距离输送应采用机械输送，尽可能避免气力输送。因煤粉采用机械输送较困难，因此煤粉入窑输送可采用气力输送。4312为了加强计量工作，以利于节省能源，水泥工厂设计中有关能源计量器具的配备和精度，计量机构的设置等应达到三级计量合格所必须具备与设计有关的要求。5水泥原料矿山的节能51矿山开采与开拓运输512横向采掘开采法，就是当出入沟达到开采水平标高后，在出入沟端部挖掘横向矿层的开段沟，垂直矿岩走向布置采掘带。由于采掘带的方向垂直于矿岩走