水泥爐窯高能效低排放關鍵技術研發及應用進展

姚 遠，魏小林,2，陳立新，李 森,2，譚厚章

(1.中國科學院 力學研究所 高溫氣體動力學國家重點實驗室，北京 100190；2.中國科學院大學 工程科學學院，北京 100049；3.北京漢能清源科技有限公司，北京 100070；4.西安交通大學 能源與動力工程學院，陜西 西安 710049)

0 引 言

工業爐窯是冶金、建材、化工、石化等流程工業中的重要用能裝備，也是化石能源消耗和環境污染的主要源頭。為了打贏污染防治攻堅戰和藍天保衛戰，亟需研發工業爐窯高能效低排放關鍵技術。水泥爐窯是水泥行業核心的燃煤煅燒裝備，2019年我國水泥產量達到23.5億t，年耗煤量2億t左右。水泥爐窯屬于典型的應用廣泛、高能耗高污染的工業爐窯，是工業爐窯節能減排技術革新的重要領域。研發水泥爐窯節能減排的共性關鍵技術并開展工業示范，可以為我國工業爐窯高能效低排放技術應用提供方向、途徑和技術支撐。

經過近40年發展，我國的水泥爐窯技術基本形成了具有自主知識產權的核心關鍵技術。但與國際先進技術相比，仍存在一定差距，不能滿足水泥廠應對日益嚴苛的環保標準以及對整廠節能減排的綜合性需求，為水泥行業的高效清潔燃燒技術和產業裝備升級換代提供了巨大的機會。從水泥生產工藝的技術現狀來看，新型工業爐窯正朝著與成熟的互聯網技術和工業自動化技術相結合的方向發展[1]。實施水泥爐窯物質流與能量流匹配的節能管控平臺可以精準調控煤等燃料、生料以及配合料等的供應量，降低熟料綜合能耗，提高余熱利用率，有效降低成本。采用智能化工廠的思維模式是節能管理平臺的主要技術路線，湖南大學針對回轉窯提出了一種新的集成方法PSR-PCA-HMM，并在中州鋁業公司2號和3號回轉窯上論證了模型性能，有助于實現對燒結溫度的穩定閉環控制[2]。Wurzinger等[3]基于100 t/h水泥回轉窯的測量數據，建立了一個非線性的自回歸NARMAX模型，交叉驗證了其良好的控制設計精度。上述研究主要針對單一回轉窯，鮮見關注于整個水泥生產線，甚至水泥廠的復雜網絡與節能管控緊密結合的節能技術。

鑒于化石燃料現狀，在不降低生產效率的情況下使用高質煤替代燃料是工業爐窯的必然趨勢，水泥爐窯富氧煅燒新工藝及優化控制技術可以提升低質煤使用比例，解決煤種變動性制約工業爐窯節能減排這一共性難題。Tsiliyannis[4]基于質量和焓平衡，量化驗證了水泥生產中富氧能提高熟料產量，減少廢氣量。Puig-Arnavat等[5]研究了富氧程度對分解爐和窯爐的能量和經濟性的影響規律，證實其可以增加熟料產量、使用替代燃料。文獻[6]研究了氧燃料燃燒在水泥生產中的情況。美國Cemex′s Victorville水泥廠、California Portland′s Mojave水泥廠、Hercules水泥廠采用富氧燃燒技術，平均提產8%～10%，燃料消耗降低3%～5%。其中，漢能清源公司變壓吸附制氧與煅燒有機結合的技術是水泥爐窯富氧煅燒技術的主要技術路線[7]。

針對典型的工業爐窯-水泥爐窯低NOx排放技術，結合水泥分解爐工藝特點，采用分級燃燒與SNCR相結合的方法降低NOx排放，可以實現煙氣潔凈排放。清華大學開展了水泥窯SNCR脫硝工藝中的表面吸附及反應機理研究，探討了CaCO3對脫硝過程的影響[8-9]。Baleta等[10]模擬了SNCR過程中相關現象的物理過程，研究了同一工況下主要運行參數對NOx還原效率的影響。同時，美國Suwannee American Cement、Hercules Cement、Drake Cement，意大利Barbetti，丹麥Alboarg Portland，以色列Nescher水泥廠，以及多家中國水泥廠等也推廣了該技術，如棗莊中聯水泥有限公司2號5 000 t/d生產線采用ERD高效再燃脫硝技術結合SNCR脫硝技術，脫硝效率達80%以上，氨水用量小，節煤效果顯著，脫硝技術運行成本低[11]。

鑒于水泥工業顆粒物污染控制對環境保護的重要性，關于水泥廠顆粒物的特性和影響已經有一些研究。Hua等[12]基于動態排放因子和窯爐運行參數數據，建立了1980—2012年中國水泥行業大氣污染物綜合排放清單。Rovira等[13]測定并整理了2013—2016年水泥廠的PM10水平及各種顆粒物信息。Yang等[14]研究了北京具有危險廢物綜合處理設施的某水泥廠周圍的PM10特性。但鮮見關注于從煙囪排放和從窯爐產生的顆粒物的粒徑分布研究。因此，準確獲得PM排放因子和粒度分布規律，研發顆粒物減排新技術，對減少微細顆粒物排放，提高顆粒物資源化利用率有積極影響。

中國科學院力學研究所牽頭的“水泥爐窯的高能效低排放關鍵技術研發與工業示范”項目針對水泥爐窯提煉出4項核心共性關鍵技術，主要集中在工業爐窯多工藝目標物質流與能量流匹配節能、富氧燃燒及燃燒優化調控、分級燃燒與SNCR優化控制技術以及微細顆粒物排放與資源化利用等方面，目標是有效提高水泥爐窯的用能效率，并顯著降低NOx、顆粒物等污染物排放。

1 水泥爐窯節能管控技術

1.1 水泥分解爐的物質流與能量流分析

基于節點計算法開展了水泥熟料生產工藝過程中物質流與能量流相匹配的節能分析。以一臺3 200 t/d(實際產量達3 800 t/d)的水泥分解爐為例，采用Aspen Plus軟件建立了水泥熟料生產工藝的計算模型，模擬了該分解爐中煤粉燃燒和生料分解，分解爐流程如圖1所示。B1為非常規物質(煤)的轉化反應器；B2為煤燃燒反應器；B3為生料分解反應器；B4為氣固分離器；B5為一次風、三次風和回轉窯煙氣的混合器。

圖1 分解爐模擬流程Fig.1 Simulation flow chart of decomposition furnace

3 800 t/d產量水泥爐窯工業示范現場采集的分解爐分解率、出口煙氣成分和溫度見表1～3。由表1模擬結果可知，水泥生料分解達到預期要求，總分解率為97%，模擬結果與實測結果偏差不足1.4%，其他各種組分與實際分解爐運行工況基本相符。

表1 分解后生料組分結果對比Table 1 Comparison of raw material components after decomposition

由表2可知，分解爐出口煙氣主要包括H2、O2、N2、CO、CO2和H2O等氣體。其中，模擬結果中CO2體積分數達到28.97%，實測分解爐中CO2體積分數為29.7%，偏差不足2.5%；模擬結果中O2為2.81%，實測煙氣中O2為3.30%，可知模擬結果符合實際運行。由表3可知，在不考慮分解爐散熱損失的條件下，模擬中分解爐出口溫度為1 191 K，在考慮分解爐爐體散熱后，分解爐出口溫度為1 175 K；而分解爐現場運行時，出口溫度為1 172 K，在考慮散熱時，分解爐出口模擬溫度與現場溫度偏差不足0.4%，表明模擬結果可靠。該模型適用于預測水泥分解爐煤粉燃燒和生料分解情況。

表2 分解爐出口煙氣成分對比Table 2 Comparison of flue gas components at the outlet of the decomposition furnace

表3 分解爐出口溫度對比Table 3 Comparison of outlet temperature of the decomposition furnace

1.2 篦冷機內氣固流動及換熱研究

以3 800 t/d水泥熟料生產線為例，針對新型干法水泥生產工藝中的關鍵設備——篦冷機，采用Fluent軟件開展了篦冷機內水泥熟料和空氣的流動與換熱的三維數值模擬，得到了篦冷機內部熟料相和空氣相的流場、溫度場分布規律，研究了篦冷機內水泥熟料和空氣的流動、換熱特性。對比數值模擬結果與3 800 t/d水泥熟料生產線現場實際監測得到的溫度(表4)發現：偏差為0.40%～13.10%，驗證了模型的可靠性。該模型適用于預測篦冷機內氣固流動及換熱情況。

表4 篦冷機各出口煙氣溫度對比Table 4 Comparison of temperatures at each outlet of the grate cooler

給定篦冷機進料量，研究了粒徑變化對熟料-空氣換熱的影響規律[15]，研究表明：10 mm熟料粒徑的換熱效果最好，可達到72%熱回收效率。進一步采用余風再循環技術，即將100 ℃廢氣處理后通過循環風管引入后篦冷機冷卻區段風室，可提升熱回收效率至74.9%。

1.3 汽電雙驅技術成功應用于水泥行業

在一臺5 000 t/d熟料生產線上建設了3 MW汽輪機驅動窯尾高溫風機節能項目，電耗下降9.32 kWh/t(以熟料計)，這是國內首創在熟料生產線上實現電機/汽輪機雙驅動窯尾高溫風機的應用案例。該項目于2017年2月開工建設，5月投入運行，建成了一套與水泥企業余熱電站富余蒸汽相匹配的3 MW凝汽式汽輪機驅動系統，替代電動機驅動窯尾高溫風機(圖2)。當汽輪機出現故障、大修或余熱鍋爐未產生足夠蒸汽時，系統自動切換到電動機驅動風機；當汽輪機組故障排除后，系統自動切換到汽輪機驅動，充分保證了窯尾高溫風機的安全穩定運行。

圖2 汽電雙驅窯尾高溫風機系統Fig.2 High-temperature fan system of steam-electric double-driven in cement kiln

1.4 水泥爐窯節能管控平臺研究與開發

研究了面向企業能源計量信息的數據采集、實時控制的標準化建模方法及雙向數據通訊規范。水泥爐窯節能管控系統采用“集中決策層+分布控制層+設備層”的三層架構(圖3)。

集中決策層包括節能管控系統平臺和信息交互總線。其中節能管控系統平臺是實現整個水泥工藝高能效低排放統一協調控制的核心，可以完成水泥工藝模型建模、多能流信息采集建模、多能流水泥產量-能效-排放最佳匹配優化控制模型等功能。信息交互總線主要負責與處于分布式控制層的可調控資源管理系統或裝置的信息互聯。

分布控制層主要負責對多能流水泥產量-能效-排放最佳匹配優化控制模型中的單個可調控資源的監控管理，包括對供配電、余熱利用、富氧燃燒、分解爐分級燃燒與SNCR脫硝等水泥DCS系統的協調管控，各子系統與主站系統進行信息交互，以及下發控制指令到設備層。

設備層主要負責對供配電設備、水泥多能流工藝設備的數據采集和控制。

能源管控系統軟件架構采用組件化設計，包含能源綜合監控、基礎能源管理、高級能源管理、綜合信息發布四大應用。通過全業務優化整合及全流程高效貫通，發現企業生產過程中的能耗異常點和節能潛力點，合理安排用能計劃，實現企業能耗精細化管控目標，從技術和管理2條主線進行節能管控。

針對互聯網+能源管控系統的跨安全區數據接入問題，提出在該能源管控系統與電力調度數據網安全一區之間，增加數據采集和轉發安全區，數據采集與轉發安全區內無線通信服務器與內網通信服務器通過正反向隔離相連，實現了互聯網+能源管控系統的上行數據采集與下行遙控遙調下發，符合《電力監控系統安全防護規定》“安全分區、網絡專用、橫向隔離、縱向認證”的安全規范，可適用于不同行業互聯網+系統數據的跨安全區接入[16]。

針對電表易動問題，研發了一種適用于電表易動的電量數據采集處理方法，可以消除電表原因導致的數據差異，提高電量數據分析的可靠性，進一步提出綜合能源系統電表易動的處理方案。以綜合能源系統為基礎，在主站系統數據庫中增加電表設備用于存儲采集電度值，增設歷史電度值作為電表更換的標識，消除電表更換后帶來的數據差異，為電量數據分析統計奠定數據基礎，提高電量相關業務的準確性[17]。

2 工業爐窯富氧燃燒技術

2.1 水泥窯煤粉富氧燃燒研究

為了研究氧-煤燃燒技術在水泥回轉窯中應用的可能性，采用計算流體動力學方法開展了水泥回轉窯富氧煅燒的數值模擬研究[18]，探討了燒結區一次風的氧氣/氮氣比在21%～31%時，回轉窯的溫度分布(圖4)、煤的燃盡率、火焰形狀以及NOx的生成情況。

圖4 不同氧濃度下窯燒區最高溫度和平均溫度變化[18]Fig.4 Changes ofthe maximum and average temperature in the kiln firing zone for various oxygen concenreation[18]

工業示范現場采用FLIR A615熱像儀通過回轉窯爐頭觀察孔采集到的平均最高火焰溫度和平均內壁溫度見表5。可知模擬結果與現場測試結果吻合良好，證明水泥窯內煤粉富氧燃燒可以明顯提高窯內火焰溫度及窯內整體溫度。由于火焰核心區縮短，導致燒成段長度縮短，因此需要適當降低直流風和旋流風調節火焰長度。富氧導致煤粉燃燒更加劇烈，燃盡率提高，達到節約燃料的目的。

表5 回轉窯觀察孔點溫數據對比Table 5 Comparison of temperature data from looking-fire-hole in rotary kiln

將水泥窯煤粉富氧燃燒數值模擬結果用于指導試驗過程，建立了高溫水泥煅燒試驗系統，通過試驗探究燒成溫度對水泥煅燒成球以及熟料質量的影響。結果表明：煅燒溫度影響熟料顆粒成球過程，提高燒成溫度有利于提高水泥熟料質量。該結論也得到了工業示范現場的驗證。空氣/富氧助燃下水泥爐窯生產指標對比見表6，采用富氧助燃后，水泥窯爐負荷(即稱顯熟料臺時產量)明顯增加，熟料品質(包括熟料3 d的強度和f-CaO合格率)明顯提高。

表6 空氣/富氧助燃下生產指標對比Table 6 Comparison of production indicatorsunder air and oxygen-enriched combustion

2.2 水泥爐窯富氧燃燒新技術應用

基于以上研究，完成了一套水泥爐窯富氧煅燒新技術設備(圖5)的安裝以及調試運行工作。通過分析運行記錄和能效測試結果，結合示范應用情況發現：將富氧助燃系統應用于水泥生產線，實現了穩定爐窯工況、提高熟料產量和質量等多項目標。

圖5 水泥廠窯頭燃燒器Fig.5 Kiln head burner in cement plant

開展了建材行業富氧燃燒系統的推廣工作，完成了一套玻纖制氧系統及液氧后備項目(圖6)的調試，實現了連續穩定運行。該系統采用高效分子篩變壓吸附方式制備富氧，主要運行指標達到：連續運行時間72 h，氧氣平均純度為93.66%，氧氣平均流量為3 287 m3/h，電耗為0.37 kWh/m3，氧氣平均純度和流量均超過了預期指標。

圖6 玻纖制氧系統吸附塔Fig.6 Adsorption tower in glass fiber oxygen system

3 水泥分解爐脫硝技術優化

3.1 CO還原NO及CaO催化還原機制

目前，水泥分解爐脫硝主要采用分級燃燒(空氣分級/燃料分級)和爐內噴氨SNCR兩類技術。為了實現深度脫硝，必須針對分解爐高濃度高氧化鈣復雜環境，開展分級燃燒和SNCR噴氨脫硝機制研究。

1)CO還原NO機制

在水泥分解爐中，分級燃燒在爐內形成貧氧環境，產生大量還原性物質(主要為CHi和CO)，使得NOx被還原為N2。CO對NOx具有較強的還原能力。為了獲得CO還原NO關鍵反應機制和反應路徑，利用Chemkin軟件模擬了CO還原NOx的反應路徑。采用一維柱塞流反應器(plug-flow reactor,PFR)模型和詳細化學反應機理GRI 3.0。

CO脫硝過程中N轉化主要反應路徑如圖7所示，結果表明：NH和H對NO還原具有重要作用，H來源于H2O，高溫下H2O分解為OH和H，CO與OH反應生成CO2和H，因此煙氣中H2O和CO濃度對NOx脫除具有重要影響。Li等[19]研究表明：當H2O<1%，控制因素為H2O含量，提高H2O可激發更多自由基H；當H2O>1%，控制因素為CO含量，提高CO濃度，可使H達到更高濃度平衡態；OH促進NO生成，H促進NO還原，可以實現H2O和CO耦合調控深度燃燒降氮。

圖7 CO脫硝過程中N轉化主要反應路徑[20]Fig.7 Main reaction path of N conversion during CO denitrification[20]

2)CaO對CO還原NOx的催化機制

水泥分解爐處于高濃度CaO環境中，為了探尋CaO對CO還原NOx影響機制，基于分子動力學廣義梯度密度泛函理論，利用分子動力學軟件Materials Stuidio針對CaO催化CO還原NO反應過程進行了分子動力學模擬。該模擬在Dam-Johansen等[21]基于試驗現象推測出的Langmuir-Hinshelwood反應機理的基礎上開展研究。

(1)

(2)

(3)

(4)

式中，*為CaO表面活性吸附位；下標ads為吸附態。

基于CaO催化CO還原NO的反應機理，發現CaO催化使得COads還原NOads的反應能壘為2.06 eV，無CaO催化時CO還原NO的反應能壘為10.84 eV[22-23]。CO在CaO表面氧化產生活性空位，高效催化NO還原，反應能壘降低了80.5%。CaO表面催化CO還原NO反應機制，效率提高了30%～42%[24]。CO還原NO各步反應勢能如圖8所示。

圖8 CO還原NO各步反應勢能[23]Fig.8 Potential energy diagram of each step of CO reduction to NO[23]

3.2 CaO對SNCR脫硝的影響機制

針對水泥爐窯分解窯工藝特點，分解爐工藝要求60%左右的煤粉進入分解爐燃燒，爐內溫度在850～1 100 ℃，在燃燒區上方采用SNCR噴入還原劑氨，可實現水泥生產過程中的NOx減排。然而，由于分解爐內含有高濃度CaO，對SNCR脫硝具有一定影響[8,25]。為此，通過原位紅外試驗對NH3和NO在CaO表面的反應過程進行了紅外在線監測分析，結合表征檢測和紅外監測結果，進行了NH3和NO在CaO表面反應的微觀反應機理研究。

高鈣環境中，NH3與O2和NO反應路徑如圖9所示。在高CaO氣氛中，NH3吸附于CaO表面發生脫氫反應，CaO表面的NH3與吸附的O2反應產生NH2，O2可以加速NH3轉化為NH2。NH2在CaO表面既可以與O2反應生成NO，又可以與NO反應生成N2，而NH2與O2反應速率比NH2與NO反應速率快。NH3容易吸附在CaO表面氧化為NO，消耗大量NH3，并且抑制NO還原，CaO抑制NH3還原NO[20]。

圖9 高鈣環境中NH3與O2和NO反應路徑Fig.9 Reaction path of NH3 with O2 and NO in high calcium environment

3.3 工程應用

針對目前水泥分解爐高氧化鈣濃度區間噴氨脫硝傳統方式存在的問題，結合氧化鈣抑制噴氨脫硝前期研究成果，考慮到分解爐預分解器C5出口(圖10)大量CaO被分離，可滿足避開高濃CaO區對SNCR脫硝抑制的要求。為此，提出了水泥分解爐C5出口爐外噴氨脫硝方案以及分解爐下錐體噴氨脫硝方案，在某水泥廠3 200 t/d的新型干法水泥分解爐預分解器C5出口安裝2層SNCR噴氨口，每層3支噴氨槍。爐外噴氨脫硝方案實施后，脫硝效率提高了25%，噴氨量降低了40%，NOx排放由改造前400 mg/m3降低到295 mg/m3。

圖10 水泥分解爐預分解器C5出口噴氨脫硝Fig.10 Ammonia spraydenitration at the C5 outlet of the precalciner of the cement decomposition furnace

4 水泥爐窯顆粒物減排技術

4.1 顆粒物高效分離和潔凈排放研究

水泥爐窯作為典型的燃煤工業爐窯，普遍存在高能耗高排放等問題，亟需研發煙氣微細顆粒物高效分離潔凈排放以及節能利用的關鍵技術。

在理論模型和試驗研究方面，建立了考慮布朗團聚、湍流團聚以及臨界碰撞速度的離散元數值模型，并針對擾流元件前后微細顆粒發生的團聚過程進行了數值模擬研究(圖11)[26]，探尋了擾流元件結構參數對微細顆粒物團聚效率的影響，主要參數包括幾何尺寸、排數、縱向節距、橫向節距、布置方式等。研究表明，4.8 m/s進口流速下湍流團聚的最佳團聚效率約為16.42%[26-27]。

圖11 對比給定工況下團聚效率的試驗和模擬結果[26]Fig.11 Comparison of the agglomeration efficiency of experimental and simulation results under given conditions[26]

選取以水泥廠為代表的燃煤工業進行微細顆粒物排放測試，結果表明：傳統燃煤工業除塵設備靜電除塵器、布袋除塵器等在粒徑0.1～1.0 μm具有脫除效率低的工業問題[28-30]。

針對該工業實際問題，研發了濕式相變凝聚裝置并進行中試研究(圖12)。結果表明：濕式靜電除塵器結合濕式相變凝聚系統后，對高濕燃煤煙氣環境下PM1及PM2.5脫除效率可達83.6%～95.3%以及87.7%～95.0%，且具有Hg、Mn和As等痕量金屬元素的多污染物脫除效果[31-33]。

圖12 濕式除塵系統[32]Fig.12 Wet dust removal system[32]

考慮到荷電霧滴對微細顆粒物脫除具有較優效果，采用電壓10～30 kV和頻率10～15 kHz的介質阻擋放電方式對超聲波噴霧進行荷電團聚微細顆粒物的試驗研究，結果表明：水霧荷質比在mC/kg量級，同時在1 m/s進口流速條件下，荷電噴霧對亞微米顆粒的團聚效率約為39%。

4.2 顆粒物減排技術應用于水泥爐窯

基于多場耦合凝聚微細顆粒物的思路，提出超聲波霧化預荷電湍流凝聚技術，該技術通過濕式相變凝聚、霧化荷電凝聚以及湍流凝聚，結合傳統除塵設備實現燃煤工業爐窯煙氣微細顆粒物的高效團聚與脫除。同時，提出系列凝聚效率高、簡單可行且具有推廣價值的顆粒物減排技術，主要包括超聲波霧化荷電湍流團聚顆粒物系統及方法[34-35]、顆粒濃淡電湍凝聚裝置[36]、低溫等離子體荷電超聲波霧化液滴的顆粒凝聚裝置[37-38]等。基于上述顆粒物減排技術的積累，將研發的超聲波霧化預荷電湍流凝聚裝置在某水泥爐窯上進行應用，并完成了示范裝置的現場安裝。該裝置由超聲波霧化荷電電極以及湍流團聚擾流元件2部分組成，并創新性地將低溫等離子體應用于霧化液滴荷電，通過霧化荷電電極與超聲波噴霧流道的巧妙設計，有效解決沿面閃絡、電極固定、絕緣保護以及積液引流等問題。

5 展 望

水泥爐窯高能效低排放關鍵技術的研發及應用已成為一個必然的發展趨勢，而節能管控與余熱利用、富氧煅燒、分級燃燒以及顆粒物分離與資源化利用是水泥爐窯節能減排關鍵技術發展的重要方向。基于此，針對工業爐窯節能減排技術的發展提出5個方面的建議：

1)探索適用于工業爐窯節能管控的人工智能系統，如爐窯電力需求側管理系統等。將水泥爐窯噸熟料最低電耗作為優化目標，應用神經網絡理論，分析水泥燒成系統過程變量數據，獲得水泥熟料燒成系統電力消耗過程的最優調節參數。

2)研究水泥爐窯O2/CO2煅燒等變革性技術，大幅提高爐窯產量，實現CO2近零排放。用O2/CO2替代O2/N2燃燒，可以避免N2參與燃燒產生NOx，CO2分子的強輻射也有利于爐內溫度分布均勻，同時，窯尾出口煙氣中的高純度CO2可以被直接捕獲后進行資源化利用。

3)研發先進的分級燃燒、SNCR以及顆粒物分離與資源化利用等污染物減排技術。針對煤種適應性和超低排放的要求，研發適用于工業爐窯的新型燃燒、NOx減排和顆粒物脫除技術，通過理論和技術的原始創新，最終實現NOx濃度≤50 mg/Nm3，SO2濃度≤30 mg，氨逃逸≤8 mg/Nm3，PM濃度≤10 mg/Nm3等超低排放的目標。

4)開發工業爐窯余熱余能利用升級換代技術。以ORC低溫余熱發電技術為例，利用有機工質沸點低，在低品質熱源條件(80～300 ℃)下也可獲得較高的蒸汽壓力進入透平膨脹做功的特性，將工業余熱的低品位熱能轉換為高品位電能。

5)加強關鍵技術和裝備在工業爐窯的推廣。全面提升整個產業鏈的水平，包括爐窯保溫、耐火材料、工業物聯網等關鍵技術、制造工業及設備開發等。另外，需要建立和完善質量體系和標準，助推我國工業爐窯產業綠色可持續發展。

6 結 語

本文綜述了節能管控與余熱利用、富氧煅燒、分級燃燒以及顆粒物分離與資源化利用等工業爐窯節能減排共性關鍵技術的研發及其在大型水泥爐窯上的集成應用，主要結果包括：建立了一種工業爐窯物質流與能量流匹配的數學模型，獲得了典型工業爐窯不同部位的能量收支情況，安裝了工業爐窯節能管控平臺；研究了富氧燃燒對窯內溫度、水泥煅燒成球以及熟料質量的影響，制氧量可達1 100 Nm3/h(氧氣體積分數80%)，制氧設備單位電耗為0.38 kWh/Nm3(按純氧計)，富氧燃燒氧體積分數達到30%～35%；開展了0.6 t/d水泥分解爐分級燃燒和CaCO3分解試驗研究，實施了水泥分解爐C5出口以及下錐體噴氨脫硝方案的現場改造，脫硝效率提高了25%，噴氨量降低了40%，NOx排放降低到295 mg/m3；建立了亞微米顆粒湍流凝聚以及霧化荷電電極試驗平臺，確定了示范工程的擾流元件參數及流動參數，改造后窯頭顆粒物排放濃度≤15 mg/m3，煙道內增加阻力≤100 Pa。