水泥生产工艺节能技术探讨

水泥生产工艺节能技术探讨

丁彦文

新疆圣雄能源股份有限公司水泥厂

摘要：水泥生产中所使用的能源主要为电能与煤炭燃料，其中能源上的成本支出超过了直接成本的60%，且国内水泥行业以燃煤为主要能源供应。回转窑中大多数使用烟煤，而立窑在燃煤的质量上具有较高的性能指标要求。最近几年，伴随着科技的不断革新进步，低挥发分煤与无烟煤都能够用于回转窑的水泥熟料煅烧生产工序中。在国家节能环保政策的逐渐落实背景下，越来越多的节能方式被研发并运用于水泥生产工艺中。

关键词：水泥生产工艺；节能技术；措施

1水泥行业节能潜力分析

水泥是我国重要的基础性原材料，水泥行业随国民经济发展获得了长足的发展，在相当长的时间里，水泥建材的作用仍是不可替代的。通常情况下，水泥的生产过程会消耗一定的煤炭资源，还需要大量的电力能源支持生产作业。而煤炭消耗在水泥行业当中占据了较大的比重，部分水泥生产企业使用质量较差的煤炭，会导致在水泥生产过程中，产生一定的附加污染物排放，主要是二氧化硫和氮氧化物，极易造成环境排放超标等隐患和风险。在节能减排，优化产业结构，淘汰落后产能政策的持续治理下，水泥企业应用包括二代水泥技术在内的先进节能技术及装备，实施节能设备改造，积极推进水泥窑协同处置替代燃料，大力推进能源管理系统和水泥行业智能化生产等措施和手段，对现有的水泥生产工艺技术进行了大幅度的改进和提升，有效降低了水泥行业的能耗水平。2020年我国水泥熟料单位产品综合能耗已逐步降低至108千克标准煤/吨的水平，较2015年下降约4千克标煤/吨。国家工信部发布的2020年度水泥行业能效领跑者企业共计28家企业，通过采用各种节能降耗措施，其水泥可比熟料综合能耗均低于100千克标准煤/吨，已经一定幅度优于标准先进值9%-16%。

2水泥生产过程中的节能工艺技术

2.1水泥粉磨工艺节能技术

部分大型管磨机通过管桩筛分装置、研磨体防串装置、分级衬板等达到节能的目的。为了保障管磨机可以正常运作，确保在长期高速率、稳定性的生产期间，可以把一些质量较佳的材料运用于其中，例如硬质合金材料、高(中)铬合金材料。此外一些较易受到损坏的部件，比如隔仓板或衬板等则应当和研磨体保持一致，进而确保磨具外表光洁，为提高生产质量与产量提供基础。部分中小型管磨机的粉磨系统不管是使用闭路或是开路，在物料处理环节均可使用预处理系统与工艺。在此之中主要涵盖了预粉磨、预粉碎及预破碎等一系列预处理工艺。借助该工艺流程加以处理以后，可通过预粉磨工艺来达成对粉磨的处理，确保长期稳定、高效的运作。物料在通过处理后可以把粒径控制到不超过2毫米的水平。基于对预处理工艺的运用，可以把粗磨工艺内的部分功能加以替代，通过运用细磨工艺，可以将部分长径偏低的中长/短磨系统予以改造，使其产量得以提升3%左右，还可以减少粉磨的耗电量。

2.2预热器分解及先进烧成技术方面

水泥熟料煅烧工艺中,旋风预热器、分解炉、篦冷机等关系到整个水泥生产工艺的能耗水平，旋风预热器的主要功能是保证生料充分在回转窑和分解炉内排出的炽热气流中处于分散与悬浮状态，并与来自窑尾的高温气流进行热交换，对生料进行充分的预热，保证生料中碳酸钙分解。同时旋风预热器具有气、固分离功能，负责生料粉的层层收集，并输送至分解炉或回转窑。而分解炉是在旋风预热器与回转窑之间增加一个新热源,将生料中碳酸钙分解过程提前到窑外进行，加快生料的分解，并提高生料分解率,承担了原来在水泥回转窑内进行的大量碳酸钙分解任务。大部分燃料从分解炉内加入，改善了水泥回转窑系统内的热力分布，减轻了窑内耐火材料的热负荷。二代水泥技术对旋风预热器提出了明确的要求，在现有技术的基础上，要实现六级旋风预热器的技术突破。目前技术上已经实现了高效六级预热器的开发与应用，水泥旋风预热器出口温度达到了250℃～270℃，六级旋风预热器出口阻力≤5000Pa，技术指标达到了国际领先水平。分解炉研究方面，通过分解炉原理研究及流场模拟试验，已完成了适应不同燃料的多型号炉型设计，有效提高了分解炉的适应性，并改善了分解炉性能。同时针对分解炉的分级燃烧改造，已比较成熟，通过对分解炉喷煤管位置及三次风管位置的改造，达到调整分级炉还原区，降低氮氧化物排放的目的，在当前环保要求标准日益提高的情况下，发挥了重要的作用。

2.3磨内喷水系统的节能方案

磨内喷水技术是目前节能降耗的关键方向，该系统主要由供气与供水模块构成。在进行水泥的生产制造过程中，喷水装置自头部至尾部均具有喷水功能，使用备用泵可以确保喷水系统具有更为可靠、稳定的工作效率。由其工作原理分析可以得知，喷水系统运作期间，电机受到多级离心泵的引导可以输出压力水，在和空气产生作用从而相互混合以后，可以从设备内喷出一种呈现为雾状的压力水。物料若是在进入粉磨流程前温度超过105摄氏度，则水会经过喷水装置自前舱流入；若是超过110摄氏度，便需要启动喷水功能。所以，运用直射喷嘴可以有效改进喷水系统的整体功能，利用雾化技术来实现对设备的冷却处理。基于雾化技术，操作人员能让设备内喷入适量的水从而达成降温目标，以此来减少水资源的使用。

2.4智能化节能技术相关

水泥制造业是一个能源消耗密度较大的行业，由于水泥行业特殊的工艺技术特点，水泥熟料烧成需要燃煤消耗，涉及到的两磨工艺也都是电能消耗，能源消耗大约可占到水泥生产成本的40～70%，故能源消耗也是水泥生产成本中最大的可控成本，通过对节能改造持续投入，可降低能耗成本，另外一个方面，从精细化的能源管理和智能化的控制方面，可极大提高能源使用效率，进而可实现水泥行业的降本增效。我国当前的大部分新型干法企业，所装备的工艺设备均比较先进，但在能源管理方面，大部分仍在采用传统的人工统计分析方法，这种方法不但效率低，同时还存在较大的滞后性，距离精细化的能源管理仍相差较远。目前已实现数字化转型的水泥智能工厂，均以能源管理系统作为智能工厂的基础性模块，并设置有能源管理中心，通过建立相关的能源管理体系，及时精细地进行能源管理。能源管理系统在硬件层面建立变量采集系统，包括生产DCS数据、高压电表数据、低压电表数据、化验数据、物流数据，通过专用网络进行汇集并分类存取。之后，建立能源管理系统软件平台，平台具备工艺参数存储和分析查询功能，将各种能源消耗数据进行分类展示，并根据工艺状况建立分析图表，如峰谷平运行情况、空负荷运行情况分析等，方便操作员、工程技术人员进行分析和查询。具备生产调度管理模块，对各种库存、产量、单耗等数据进行列示分析，为生产调度和各级管理人员决策提供依据。以上的各种功能可帮助各级管理人员掌握能源消耗的即时数据，并消除工艺调整的滞后性，保证最优的运行状态。

3结论

传统的水泥建材作为国民经济的重要材料，生产过程往往带来较大的能源消耗。如何在生产的过程中做到节能减排，是摆在所有水泥工程技术人员面前的永恒课题，只有在水泥生产实践中积极开发研究节能减排技术，积极应用包括二代水泥技术在内的先进节能技术，不断改进水泥生产工艺，提升水泥生产节能化、自动化、智能化、高效化水平，才能促进水泥行业的绿色环保、节能低碳发展。

参考文献：

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