水泥生产工艺技术发展及节能降碳前瞻性技术分析

水泥生产工艺技术发展及节能降碳前瞻性技术分析

常生才

新疆圣雄水泥有限公司

摘要：随着社会的发展，人们对物质生活水平要求也越来越高，而水泥作为最主要的建筑材料之一，在实际生产过程中需要大量使用各种能源才能满足日常需求。由于水泥生产过程中造成资源浪费问题严重、环境污染形势严峻，如果不及时加以控制，会造成极大危害社会公众利益的不良影响，因此水泥生产的节能技术得到广泛研究与应用。

关键词：水泥生产工艺技术；节能降碳；前瞻性技术

引言

水泥可以定义为一种水硬性胶凝材料，即是加水混合后可将砂石集料胶结成坚固耐久的建筑材料。水泥生产工艺技术可以追溯到1824年英国人阿斯普丁获得的波特兰水泥专利，而随后的回转窑的发明、立波尓窑的试验、预热器窑的演变以及预分解窑的出现，完成了水泥生产工艺技术现代化的进程。近几十年来，我国水泥行业通过自主创新和引进吸收相结合，实现了生产工艺技术跨越式发展，并正逐步引领世界水泥生产工艺技术的发展。

1水泥行业节能潜力分析

水泥生产制造过程需要消耗大量的资源，目前国内水泥行业使用的能源主要为燃煤。因此，为了最大化提升水泥生产质量与缓解环境污染问题，需要增大对煤炭品质的筛选力度，从而确保煤炭资源可以满足我国对应指标，同时，还要在使用煤炭方面尽可能地选择无烟煤，从而更好地保障空气质量，减少烟气排放。我国人口稠密，不论是将煤炭作为其他供应能源还是用于生产水泥均是供不应求。为了可以更为有效地提升煤炭资源的使用量，国家有关部门应当加大对其他类型清洁能源的研究开发力度，以此替代煤炭资源，这样既能解决煤炭供应不足的问题，还使得节能理念也得以贯彻执行。随着我国科技水平的持续提高，相较以往，水泥行业的资源消耗量有了明显的降低，不过和一些先进国家相比依然存在较大差距。为了更快地追上其发展步伐，便需要加强对水泥生产工艺中节能技术的研究，从而更好地降低水泥生产流程中资源的使用量，减少资源的浪费，使得资源都能获得更加充分的利用，同时还可以降低水泥生产的成本开支，减轻对环境的破坏，促进了经济增长与环境保护之间的平衡发展。

2水泥生产过程中的节能工艺技术

2.1生物质燃料应用技术

当前国家能源管控政策趋紧，为了积极响应国家“30·60”碳达峰碳中和目标，“十四五”是碳达峰的关键期、窗口期，进一步开发可再生碳资源部分替代化石资源用于碳基材料的制备具有重要意义。通过绿色植物光合作用获得的生物质资源是自然界唯一的可再生碳资源。与传统的煤制炭相比，生物质制炭是一种绿色、清洁的“负碳”技术，能够减少温室气体的排放，实现碳封存；通过以竹材、三剩物、杂木以及稻草、麦秆等各种农作物秸秆以原料，在一定温度和压强下将水热反应釜内的生物质、催化剂和水进行加热，实现对生物质炭化的过程。由于水热炭化反应在水溶液环境下进行，省去了原有预干燥过程，而且在反应脱水过程中，生物质将释放出自身1／3的燃烧能，因此水热炭化具有高能效的特点。炭转化率为58%～60%，生物炭热值大于5300kcal/kg，利用生物质清洁能源替代煤炭，是降低碳排放强度，实现碳中和的有效途径之一，市场前景广阔。

2.2变频控制技术

应用变频控制技术时，产生的发动机电流是高频控制电机设备工作的主要原动力，对所使用的电机控制系统有很高的要求。而传统的高频控制是使用电动机串联阻值产生动力与回转窑电流进行配合工作，同时利用回转窑语用晶体管技术提高了输出电流机调速系统应用频率。在这个过程中，由于回转窑工作时会散发出巨大的热能，这将会使得与其配套的直流发电机遭到破坏，从而影响工作稳定性，也同时破坏了直流电机会使得在产品运行的过程中产生了巨大的功率。在节能水泥产品中，我们就必须调节好这个频率，为了防止回转窑在产品工作的过程中发出巨大热能，因此我们就可搭配变频器技术加以管理，代替了直流调节速度系统，进而实现了节能的效果。

2.3双管煤粉燃烧器

水泥生产中运用燃烧技术，其中会包括新型双管燃烧器，这种燃烧器类型比较丰富，常用的有双管煤粉燃烧器，不仅具备传统形式的多通道燃烧器优势，还能够解决燃烧区个别部位高温这一问题，加强分布火焰温度的合理性，延长窑炉运行时间。除此之外，新型双管燃烧器能够将内管道消除，使得旋流器外管道旋流强度得到优化，如果环形射流厚度超出管道燃烧器厚度的3倍，那么燃烧器运行效率显著降低，此时技术人员延缓空气与煤粉点火的速度，能够减小火焰最高温度，烧结区耐火砖使用期限也可以延长，如此一来便可以节省多风燃烧器。使用的内外空气调节阀将传统燃烧器的系统结构加以简化，经过实践发现一次风机节约可高达30%。变速箱手轮可以更改火焰形状，观察变速箱显示器的提示内容，加强火焰控制精准性。利用煤粉螺旋给料机，将其安装在螺旋泵上方部位，使用螺旋杆，风机可以传送煤粉进入到双管式燃烧器中，由高压离心风机负责提供外部环境的空气，实现燃烧器的稳定运行。煤粉燃烧技术采用煤粉燃烧技术，因为充足养区内部煤粉能够完全燃烧，在这一条件下煤粉化学不完全燃烧损失会在煤粉燃烧技术的作用下不断降低，提升燃烧效果减少窑热损失回转窑运行期间窑热损失随之减少，气缸空气内部损失热量在总热量中占比约为20%，附近空气利用衬套、汽缸可以接收到回转窑传输的热气流热量。如果内衬导热系数增加，会减小热阻，并提升热损失。所以窑衬热阻提升，绝热效果得到优化，而减少窑缸热损失便可以达到提升窑衬热阻的目的。

2.4粉磨设备相关节能技术

二代水泥技术提出了高效节能料床粉磨技术的开发，主要针对水泥立磨终粉磨技术和辊压机终粉磨技术提出了优化要求，目前技术已完成开发，形成了针对现有料床粉磨技术的优化提升技术。但在实际的水泥生产中，除非是新建生产线，或是进行大规模的设备更换升级改造，改变生产工艺改造等，一般仍是在原有水泥粉磨工艺不变的情况下，进行节能的相关改造。这就需要广大粉磨工艺技术人员深入研究现有工艺线技术特点，研究节能改造方法。以下简单举例：水泥生产中经常采用回转下料器作为立磨入磨锁风设备，利用回转下料器的叶轮阻隔立磨与外部空气，受限于自身结构设计影响以及间隙控制精度问题，下料器内套、叶轮等极易磨损，造成间隙加大，进而造成漏风，漏入的空气将直接增加生料粉磨系统循环风机和窑尾废气系统排风机的负荷，导致磨机电耗提高。同时，入磨物料如果比较湿，极易造成下料器内粘结，冬季时受天气寒冷影响，冻结粘料情况更为严重，造成立磨喂料困难，锁风阀频繁卡跳停机，严重影响立磨的连续稳定运行，进一步推高了磨机电耗。近些年随着锁风技术的创新发展，出现了新式密封转子喂料机，利用料封原理，在密封喂料机称重仓内保证稳定的料位，并通过稳定的料位实现料封，减少系统漏风。进而降低现有立磨系统循环风机及窑尾排风机负荷降低系统电耗约0.2千瓦时/吨，窑尾氧含量可降低约1.5%以上，节能效果显著。

结语

现阶段水泥生产需要朝着节能的目标前进，结合现有水泥生产方案，需要优化生产工艺与技术，采用新型生产设备，减少生产过程中的能耗，同时提高生产效率与设备运转效率，减少资金投入。今后在水泥节能生产的过程中，还需要加强对新技术研发的重视，能够发挥现有节能技术作用，搭配全新的节能工艺，替代传统能耗高的设备和技术，推动水泥生产朝着绿色环保的方向发展。

参考文献

[1]陈忆红,郭瑞广,李伟洋.基于水泥联合粉磨系统节能降耗途径的分析[J].散装水泥,2020(05):5-7.