《水泥窯爐富氧（全氧）燃燒技術(shù)規(guī)范》征求意見稿

ICSXXXXXX

CCSXXXX

團體標準

T/CIECCPAXXX—20XX

水泥窯爐富氧（全氧）燃燒技術(shù)規(guī)范

Technicalspecificationforoxygen-enriched（Oxy）combustion

energysavingofcementkiln

XXXX–XX–XX發(fā)布XXXX–XX–XX實施

中國工業(yè)節(jié)能與清潔生產(chǎn)協(xié)會發(fā)布

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水泥窯爐富氧（全氧）燃燒技術(shù)規(guī)范

1范圍

本文件規(guī)定了富氧（全氧）燃燒節(jié)能技術(shù)的術(shù)語和定義、原理與流程、應(yīng)用分類與適用條件、技術(shù)

要求和評價指標。

本文件適用于各種水泥窯爐，其他行業(yè)也可參照執(zhí)行。

2規(guī)范性引用文件

下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成文件必不可少的條款。其中，注日期的引用

文件，僅該日期對應(yīng)的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有修改單）

適用于本文件。

GB4915-2013《水泥工業(yè)大氣污染物排放標準》

T/CCAS022-2022《水泥工業(yè)大氣污染物超低排放標準》

GB/T17159《工業(yè)爐名詞術(shù)語》

GB/T20001.3標準編寫規(guī)則第3部分：分類標準

GB50295-2008《水泥工廠設(shè)計規(guī)范》

GB50443-2016《水泥工廠節(jié)能設(shè)計規(guī)范》

GB50030-2013《氧氣站設(shè)計規(guī)范》

GB/T3863-2008《工業(yè)氧》

JB/T6427-2015《變壓吸附制氧制氮設(shè)備》

HG20519-2009《化工工藝設(shè)計施工圖內(nèi)容和深度統(tǒng)一規(guī)定》

HG20546-2009《化工裝置設(shè)備布置設(shè)計規(guī)定》

HG/T20688-2000《化工工廠初步設(shè)計文件內(nèi)容深度規(guī)定》

HG/T20570-1995《工藝系統(tǒng)工程設(shè)計技術(shù)規(guī)定》

JB/T5902-2015《空氣分離設(shè)備用氧氣管道技術(shù)條件》

JC/T2634-2021《水泥行業(yè)綠色工廠評價要求》

3術(shù)語和定義

GB/T17195界定的以及下列術(shù)語和定義適用于本文件。

3.1

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富氧燃燒oxygen-enrichedcombustion

以大于正常大氣氧濃度（含氧體積百分比，20.95%）作為氧化劑來源的燃燒組織。

3.2

全氧燃燒oxycombustion

以接近純氧組分作為氧化劑來源的燃燒組織。

3.3

富氧率oxygen-enrichedrate

助燃空氣富氧后對比正常大氣（含氧體積百分比，20.95%）增加的氧含量百分比。

3.4

低濃度富氧法lowoxygen-enrichedconcentrationmethod

氧氣濃度不高于30%的富氧方法。

3.5

高濃度富氧法highoxygen-enrichedconcentrationmethod

氧氣濃度大于30%且小于90%的富氧方法。

3.6

全氧法overallOxygenmethod

氧氣濃度為90%且以小于99%的富氧方法。

3.7純氧法pureoxygenmethod

氧氣深度為99%以上的富氧方法

3.8

常規(guī)富氧法conventionaloxygenenrichmentmethod

采用燃燒器作為富氧空氣通道而不外加富氧空氣輸送裝置入窯爐的富氧助燃方法。

3.9

直接富氧法directoxygenenrichmentmethod

采用不經(jīng)燃燒器、額外設(shè)置富氧空氣輸送通道，給燃料提供富氧空氣的方法。

3.10

局部富氧法localoxygenationforcombustion

部分燃燒點位助燃空氣用富氧空氣替代的方法，亦稱局部增氧助燃法。

3.11

全富氧法overlloxygenationforcombustion

全部燃燒點位助燃空氣用富氧空氣替代的方法

3.12

煙氣fluegas

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水泥熟料煅燒過程中因為原料排放、燃料燃燒和空氣漏入后的氣體量，一般以頂部旋風預(yù)熱器（C1）

出口來衡量，成分主要為N2、CO2、O2、CO等。

3.13

煙氣再循環(huán)fluegasrecirculation

煙氣再循環(huán)是指，水泥熟料煅燒過程中產(chǎn)生的部分煙氣又與助燃氣體混合后再次進入水泥熟料煅燒

過程。

4原理與流程

4.1原理

采用含氧體積百分比≧20.95%（v/v）的富氧空氣作為氧化劑來源的燃燒組織。

4.2流程

采用常規(guī)富氧法。典型的富氧燃燒工藝流程如圖1，全氧燃燒的工藝流程見圖2和圖3。

圖1富氧燃燒的工藝流程

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圖2全氧燃燒的煙氣再循環(huán)工藝流程

圖2的工藝流程為：為窯爐提供燃料燃燒需要的O2，并實現(xiàn)煙氣的再循環(huán)，即產(chǎn)生的煙氣再循環(huán)進

入窯爐中，從而不至于影響生料懸浮、原料烘干等，兩級熟料冷卻機（第一級工作在富氧燃燒模式，第

二級為空氣模式）。在這種情況下，煙氣中的組分將會以O(shè)2/CO2為主，即從目前的O2/N2/CO2氣氛變?yōu)?/p>

O2/CO2氣氛。

圖3全氧燃燒的工藝流程

圖3的工藝流程為：只為窯爐提供燃料燃燒需要的O2，那么這部分O2的體積較現(xiàn)有空氣助燃情況

將會大幅度減少，根據(jù)空氣中O2濃度含量計算約為現(xiàn)有體積約1/5，再加上碳酸鹽分解產(chǎn)生的煙氣量，

總煙氣量約為現(xiàn)有煙氣量的40%以下。僅從生料懸浮、原料烘干等角度來看，現(xiàn)有窯爐尺寸等無法滿足

全氧燃燒改造后的要求，需要重新設(shè)計窯爐尺寸結(jié)構(gòu)參數(shù)。

5應(yīng)用分類與適用條件

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5.1應(yīng)用分類

5.1.1依照富氧率的不同，富氧燃燒方法可分為低濃度富氧法、高濃度富氧法和純氧法。

5.1.2按氧氣接入點的不同，富氧燃燒方法可分為常規(guī)富氧法和直接富氧法（直接火焰氧氣法）見

圖4和圖5。

圖4常規(guī)富氧法

圖5直接富氧法（直接火焰富氧法）

5.1.3按與燃料混合方式不同，富氧燃燒方法可分為預(yù)混富氧法和非預(yù)混富氧法見圖6和圖7。

圖6預(yù)混富氧法

圖7非預(yù)混富氧法

5.1.4按照制氧方法不同，可分為深冷空分法、變壓/溫吸附法和膜分離法。

深冷空分法是利用液化后各組分沸點差異來精餾分離的，主要特點是單套裝置產(chǎn)生氧氣量大，適用

于單產(chǎn)純氧10000Nm3/h以上的工況，主要優(yōu)點產(chǎn)生氧氣濃度高，還能產(chǎn)生副產(chǎn)高純度氮氣和其它稀有氣

體，壽命在20年以上，不足之處是設(shè)備投資大、能耗較大、檢修復(fù)雜、操作難等問題。

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變壓/溫吸附法是利用吸附劑對特定氣體的吸附和脫附能力不同來分離的，主要特點是產(chǎn)生氧氣量較

大，適用于單產(chǎn)純氧500-7500Nm3/h的工況，隨著近年來鋰基分子篩技術(shù)的成功研發(fā)與應(yīng)用，壽命在10

年以上，主要優(yōu)點是投資較少，設(shè)備占地面積小，工藝流程簡單、自動化水平高、能耗較低。

膜分離法是利用膜對特定氣體的選擇透過性能不同來分離的，主要特點是產(chǎn)生氧氣量較小，適用于

500Nm3/h以下的工況，主要優(yōu)點是投資小，運行維護簡單，不足之處是對環(huán)境較敏感、產(chǎn)品氧氣需要脫

濕、膜組件壽命較短等問題。

5.1.5依據(jù)工藝要求選擇不同富氧燃燒方法。

5.2適用條件

5.2.1富氧燃燒技術(shù)適用于不同燃料的水泥爐窯，特別適用于空氣中氧含量較低或使用低質(zhì)煤或水

泥窯協(xié)同處理固廢的生產(chǎn)工藝情況。

6技術(shù)要求

6.1一般要求

6.1.1無論采用何種技術(shù)制取富氧、全氧、純氧，與正常大氣或煙氣混合為富氧之前的富氧、全氧、

純氧狀態(tài)，均應(yīng)為氣態(tài)為宜。

6.2燃燒器、富氧噴管要求

6.2.1入窯氧濃度（體積百分比、富氧率）應(yīng)滿足富氧、全氧、純氧燃燒節(jié)能改造的工藝設(shè)計要求。

6.2.2以富氧、全氧、純氧作為氧化劑來源的燃燒組織過程中，傳統(tǒng)燃燒器、富氧燃燒器或富氧、

全氧、純氧噴管，應(yīng)能滿足富氧、全氧、純氧燃燒的要求。

6.2.3富氧、全氧、純氧與燃料（燃煤、燃氣）預(yù)混輸送時，應(yīng)滿足輸送的安全性要求，并應(yīng)設(shè)有

必要的安全裝置，以確保防制災(zāi)害擴大的要求。

6.3管道要求

氧氣輸送管道應(yīng)符合GB50030和GB50316規(guī)定，管道及附件的脫脂應(yīng)符合現(xiàn)行標準《脫脂工程

施工及驗收規(guī)范》HG20202的規(guī)定。

燃料（燃煤、燃氣）應(yīng)遵循相應(yīng)國標的規(guī)定。

6.4控制要求

6.4.1富氧燃燒技改后，氧氣的供給應(yīng)具有自動、手動切斷回路，并能與原空氣助燃系統(tǒng)自由切入、

切出，滿足無損工藝切換的要求。

6.4.2氧氣供應(yīng)系統(tǒng)富氧、全氧、純氧出口以及富氧、全氧、純氧摻混空氣、煙氣之后，均應(yīng)具有

流量、壓力、溫度監(jiān)測設(shè)施。

6.5環(huán)保要求

6.5.1富氧燃燒的水泥窯爐的煙氣污染物排放應(yīng)符合GB4915-2013《水泥工業(yè)大氣污染物排放標

準》或T/CCAS022-2022《水泥工業(yè)大氣污染物超低排放標準》。

6.5.2噪音應(yīng)符合《GB12348-2008工業(yè)企業(yè)廠界噪聲排放標準》。

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7評價指標

可采用富氧率、富氧節(jié)能率、提升熟料質(zhì)量、提升熟料產(chǎn)量。對應(yīng)用富氧燃燒技術(shù)的窯爐進行節(jié)能

效果評價，定期完成熱平衡測定，測定與評價方法應(yīng)符合GB/T262822-2021規(guī)定。

7.1富氧提升百分數(shù)

富氧提升百分數(shù)按式（1）計算。

n（12）100%

式中：n-富氧提升百分數(shù)，以%表示；

-使用富氧后氧氣含量，以%表示；

1

-使用富氧前氧氣含量，以%表示，一般為空氣（其體積百分比為20.95%）；

2

7.2富氧節(jié)能率

富氧節(jié)能率按式（2）計算。

BqBh

f100%

Bq

式中：-富氧節(jié)能率，以%表示；

f

-富氧前窯爐的標準煤耗；

Bq

-富氧后窯爐的標準煤耗；

Bh

7.3提升熟料質(zhì)量

使用富氧后，調(diào)整配料方案，熟料KH控制值能夠提高，并相應(yīng)調(diào)整N和P，能夠提高熟料28天

強（參考值為1-3MPa）。

提升熟料質(zhì)量不僅受富氧影響，還受調(diào)整配料方案的影響，因此該參數(shù)不做為評價富氧燃燒技術(shù)的

量化指標。

7.4提升熟料產(chǎn)量

使用富氧后，窯系統(tǒng)工況會出現(xiàn)新的變化，通過調(diào)整優(yōu)化工藝參數(shù)，可使回轉(zhuǎn)窯工況得到改善并更

加穩(wěn)定，能夠提高平均臺時產(chǎn)量，（參考值為3%-10%）。

提升熟料產(chǎn)量不僅受富氧影響，還受調(diào)整優(yōu)化工藝參數(shù)的影響，因此該參數(shù)不做為評價富氧燃燒技

術(shù)的量化指標。

7.5降低煤耗

使用富氧后，提高煤的燃盡率、降低煤的著火點、提高火焰溫度，通過調(diào)整優(yōu)化工藝參數(shù)，可使回

轉(zhuǎn)窯工況得到改善并更加穩(wěn)定，降低煤耗（參考值為3%-10%）。

降低煤耗不僅受富氧影響，還受調(diào)整優(yōu)化工藝參數(shù)的影響，因此該參數(shù)不做為評價富氧燃燒技術(shù)的

量化指標。

7.6煙氣量

使用富氧燃燒或全氧燃燒后，助燃氣體量會相應(yīng)減少，產(chǎn)生的煙氣量也會相應(yīng)減少，在進一步優(yōu)化

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工藝參數(shù)的情況下，可望降低煙氣量3%以上，為降低煤耗奠定基礎(chǔ)。

7.7煙氣中CO2濃度

使用富氧燃燒或全氧燃燒后，尤其使用全氧燃燒技術(shù)后，產(chǎn)生的煙氣量中CO2濃度會增加，在進一

步優(yōu)化工藝參數(shù)的情況下，可望增加煙氣中CO2濃度3%以上，