水泥行業(yè)節(jié)能減排的技術(shù)途徑

周 琨 吳偉偉

(河南省豫鶴同力水泥有限公司，458000)

水泥行業(yè)節(jié)能減排的技術(shù)途徑

周 琨1吳偉偉2

(河南省豫鶴同力水泥有限公司，458000)

隨著節(jié)能減排理念的不斷深入，要求水泥行業(yè)在發(fā)展過(guò)程中注重采用相應(yīng)的節(jié)能減排技術(shù)與相關(guān)措施。盡管當(dāng)前水泥行業(yè)實(shí)際開(kāi)采或加工過(guò)程中逐漸利用一定的技術(shù)措施實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的目標(biāo)，但其自身高消耗的問(wèn)題仍較為突出，難以適應(yīng)我國(guó)現(xiàn)階段的可持續(xù)發(fā)展理念。對(duì)此，本文將從生產(chǎn)工藝改進(jìn)、產(chǎn)品原料改進(jìn)、廢料的利用以及設(shè)備能耗降低等方面對(duì)實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排目標(biāo)的技術(shù)途徑進(jìn)行探析。

水泥行業(yè)；節(jié)能減排；技術(shù)途徑

前言：據(jù)數(shù)據(jù)研究表明，我國(guó)目前能源消耗的行業(yè)主要集中在建材工業(yè)、冶金工業(yè)以及化工行業(yè)。其中在能源總消耗中建材工業(yè)占7%左右，而建材工業(yè)中的水泥行業(yè)在能源消耗方面高達(dá) 75%，生產(chǎn)過(guò)程中排放大量的 CO2，不利于節(jié)能環(huán)保理念的落實(shí)。這就要求引入一定的節(jié)能減排技術(shù)途徑，促進(jìn)水泥行業(yè)的持續(xù)發(fā)展。

一、水泥行業(yè)中生產(chǎn)工藝的改進(jìn)

（一）變頻調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用

水泥行業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中應(yīng)用變頻技術(shù)的目標(biāo)在于節(jié)能調(diào)節(jié)，比較典型的是利用變頻技術(shù)控制風(fēng)機(jī)的耗電。根據(jù)長(zhǎng)期實(shí)踐研究中發(fā)現(xiàn)，對(duì)于1t水泥在生產(chǎn)過(guò)程中的耗電將達(dá)到100kWh/t，而其中約有30%的耗電量用于風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)中。通過(guò)變頻調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)一步控制風(fēng)機(jī)，在標(biāo)準(zhǔn)煤的使用方面能夠節(jié)約1kg，技術(shù)使用兩年便可收回投資。

（二）粉磨技術(shù)的應(yīng)用及助磨劑的添加

水泥行業(yè)為實(shí)現(xiàn)減少能耗的目標(biāo)，常用到輥壓機(jī)終粉磨技術(shù)，其在應(yīng)用過(guò)程中對(duì)于產(chǎn)品電耗平均可降 40%左右，但一般應(yīng)用效果會(huì)因水泥成分不同而有所差異。同時(shí)，粉磨技術(shù)中的立磨系統(tǒng)也具有一定的節(jié)能作用，如墨西哥許多水泥廠(chǎng)商應(yīng)用的立磨系統(tǒng)，在水泥產(chǎn)量為113t/h且表面積為385m2/kg的情況下，立磨單位的耗電量?jī)H為18.7kWh/t。這種方式在目前國(guó)內(nèi)部分水泥廠(chǎng)商中也都有涉及，如亞太公司水泥廠(chǎng)，與以往應(yīng)用的圈流磨相比，利用該技術(shù)能夠在水泥方面節(jié)約10kWh/t。另外，在助磨劑使用方面，根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表明，其在粉磨電耗方面可節(jié)約4kWh/t左右，即使難以在成本上節(jié)約，但在水泥粉磨電耗方面能夠起到明顯的降低作用[1]。

二、注重產(chǎn)品與原料的改進(jìn)

為實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排目標(biāo)，水泥企業(yè)在粉磨孰料過(guò)程中往往添加一定的混合材料，可使水泥性能得以改進(jìn)，適用于實(shí)際施工項(xiàng)目中。通常對(duì)混合材料可選擇鋼鐵生產(chǎn)中形成的固體廢渣或開(kāi)采礦石中存在的石屑與山體剝離物等，具有較大的節(jié)能潛力。另外，在原料使用方面也可將水泥生產(chǎn)中的石灰石利用工業(yè)廢渣代替，能夠獲得一定的節(jié)能減排效果。其原因在于許多如鋼渣、礦渣等含有CaO的廢渣往往經(jīng)過(guò)高溫處理，使CaO在形式上轉(zhuǎn)化呈鐵酸鹽或硅酸鹽等，二氧化碳含量較小，無(wú)需再次加熱分解。根據(jù)以往實(shí)踐研究發(fā)現(xiàn)，在熟料燒成熱耗中，對(duì)石灰石內(nèi)CaCO3處理時(shí)耗能量至少為其50%，需要引入鈣質(zhì)替代原料以實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排目標(biāo)[2]。

三、廢料的再次利用

（一）充分發(fā)揮廢料處理中水泥窖輔助作用

為使水泥廢料無(wú)害，常利用高溫處理方式進(jìn)行水泥廢料的處理，其中的溫度要求達(dá)到1000℃。這種情況下便可應(yīng)用水泥窖爐，其能夠在一定時(shí)間內(nèi)使溫度控制在1000℃以上，通過(guò)對(duì)有害廢料的煅燒使水泥廢料滿(mǎn)足無(wú)害處理的要求。同時(shí)，水泥窖爐自身在結(jié)構(gòu)上也具有一定的堿性，能夠利用中和作用避免有害物質(zhì)的頻繁流動(dòng)，使二惡英不具備形成條件。一般氣體中有害物質(zhì)在高溫作用下會(huì)大幅度降低，且水泥生產(chǎn)中要求鹽類(lèi)結(jié)晶，能夠減少CO2的產(chǎn)生，以3000t/a水泥孰料的生產(chǎn)為例，其利用水泥窖后所處理的廢物大約為10×104t，使水泥廢料無(wú)害的同時(shí)也實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目標(biāo)。

（二）低溫余熱發(fā)電技術(shù)的應(yīng)用

當(dāng)前工業(yè)生產(chǎn)中的節(jié)能更注重資源的再利用，而水泥行業(yè)中能夠利用的便為余熱。通過(guò)余熱發(fā)電的形式能夠減少電能消耗也滿(mǎn)足水泥節(jié)能生產(chǎn)的要求，如發(fā)電系統(tǒng)中涉及的閃蒸余熱技術(shù)便應(yīng)用到閃蒸理論，使水加熱過(guò)程中利用余熱形成熱水以及蒸汽并完成分流過(guò)程，閃蒸裝置中有熱水流入后會(huì)形成低壓蒸汽，而高壓汽口出將吸收所有蒸汽，使低壓蒸汽以及高壓汽口處的主蒸汽共同作用成為汽輪機(jī)進(jìn)行發(fā)電的動(dòng)力。而且其中的低壓蒸汽在經(jīng)過(guò)作用后也會(huì)不斷凝聚形成鍋爐供水。因此，低溫余熱技術(shù)的應(yīng)用是產(chǎn)生熱水以及電能的重要途徑，符合水泥行業(yè)生產(chǎn)節(jié)能減排要求[3]。

四、生產(chǎn)設(shè)備降低能耗的措施

（一）對(duì)生產(chǎn)中應(yīng)用的主要設(shè)備節(jié)能

1 三相異步電動(dòng)機(jī)的節(jié)能措施

現(xiàn)階段，我國(guó)對(duì)水泥行業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中應(yīng)用的三相異步電動(dòng)機(jī)已提出相關(guān)的規(guī)定，要求應(yīng)用過(guò)程中使其運(yùn)行負(fù)載率控制為 80%左右，穩(wěn)定運(yùn)行的同時(shí)能夠提高生產(chǎn)效率。根據(jù)水泥行業(yè)生產(chǎn)中破碎機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，可在電機(jī)節(jié)能設(shè)備方面選用當(dāng)前WDJ6系列的節(jié)電器，能夠?qū)θ冯p向可控硅進(jìn)行控制，保證其為導(dǎo)通狀態(tài)，并調(diào)節(jié)運(yùn)行時(shí)輸出的功率以及設(shè)備啟動(dòng)電流等，具有一定的智能化與自動(dòng)化優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，也能及時(shí)發(fā)現(xiàn)線(xiàn)路中存在的有害脈沖波，保證穩(wěn)壓的同時(shí)實(shí)現(xiàn)節(jié)電的目標(biāo)。

2 球磨機(jī)的節(jié)能措施

對(duì)于球磨機(jī)在節(jié)能方面可引入液體電阻啟動(dòng)器，能夠?qū)Ξ惒诫妱?dòng)機(jī)啟動(dòng)性能起到明顯的改善作用。其應(yīng)用的原理在于機(jī)械傳動(dòng)裝置在液體電阻的應(yīng)用下使極板距離逐漸縮小直至電阻為0，平滑啟動(dòng)電機(jī)。應(yīng)用時(shí)不會(huì)對(duì)電網(wǎng)造成沖擊影響，啟動(dòng)次數(shù)可連續(xù)達(dá)到 8次左右，運(yùn)行較為可靠且易于維護(hù)。而在繞線(xiàn)式電動(dòng)機(jī)節(jié)能方面可引入相關(guān)的補(bǔ)償設(shè)備如靜止式進(jìn)相器，通過(guò)對(duì)轉(zhuǎn)子電壓與電流相位關(guān)系的改變實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償電機(jī)的目標(biāo)。由于補(bǔ)償設(shè)備應(yīng)用后電機(jī)運(yùn)行中的電流將被減少，會(huì)降低電機(jī)銅損程度，節(jié)能效果較為明顯。

3 風(fēng)機(jī)的節(jié)能措施

水泥行業(yè)中風(fēng)機(jī)的節(jié)能措施首先在可啟動(dòng)設(shè)備方面選擇液體電阻啟動(dòng)器，而在補(bǔ)償設(shè)備方面選擇靜止式進(jìn)相器，可使啟動(dòng)風(fēng)機(jī)中過(guò)大的電流問(wèn)題以及運(yùn)行中較低的功率因數(shù)等得以解決。其次，為使電機(jī)調(diào)速更為合理，可利用能夠進(jìn)行手動(dòng)調(diào)節(jié)或自動(dòng)調(diào)節(jié)的液體電阻調(diào)速器，有效地控制液阻大小。最后，引入電機(jī)調(diào)速技術(shù)使外圍信號(hào)得以檢測(cè)的同時(shí)，能夠自動(dòng)完成排風(fēng)與送風(fēng)的過(guò)程并自動(dòng)控制輸出風(fēng)量。傳統(tǒng)控制風(fēng)量過(guò)程中通常利用放風(fēng)閥或擋風(fēng)板，極易浪費(fèi)過(guò)多的電能，所以可采用后兩種方式有效解決傳統(tǒng)風(fēng)量控制方式存在的問(wèn)題[4]。

（二）生產(chǎn)中輔助設(shè)備的節(jié)能措施

水泥行業(yè)生產(chǎn)中利用低壓配電系統(tǒng)的情況下，在電容補(bǔ)償方面大多無(wú)法獲得理想的效果且三相負(fù)載存在不穩(wěn)定的情況。對(duì)此可引入WBJ電容精確補(bǔ)償技術(shù)，處理過(guò)程中互相共補(bǔ)的同時(shí)，也可與分補(bǔ)結(jié)合，精確補(bǔ)償系統(tǒng)負(fù)載。相比電容集中補(bǔ)償技術(shù)，這種補(bǔ)償技術(shù)的應(yīng)用大幅度提高功率因數(shù)，也使線(xiàn)路無(wú)功損耗得以降低。另外，該補(bǔ)償技術(shù)的應(yīng)用更注重就地補(bǔ)償，可在線(xiàn)路末端負(fù)載處提供相應(yīng)的無(wú)功功率，低壓配電網(wǎng)系統(tǒng)蹲在的無(wú)功流量問(wèn)題得到解決，并降低線(xiàn)損[5]。

結(jié)論：節(jié)能減排技術(shù)的應(yīng)用是促進(jìn)水泥行業(yè)持續(xù)發(fā)展的重要途徑。實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中要求企業(yè)正視當(dāng)前生產(chǎn)過(guò)程中存在的不利于節(jié)能減排目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的問(wèn)題，注重生產(chǎn)工藝的改進(jìn)、替代原料的應(yīng)用、廢料的再次利用以及生產(chǎn)設(shè)備能耗的降低等，促進(jìn)水泥企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益與生態(tài)效益的共同提高。

[1]王善拔,劉運(yùn)江,羅云峰. 水泥行業(yè)節(jié)能減排的技術(shù)途徑[J]. 水泥技術(shù),2010,10（02）:21-23.

[2]王俊杰,魏麗穎,汪瀾. 水泥行業(yè)節(jié)能減排技術(shù)評(píng)價(jià)體系研究[J]. 硅酸鹽通報(bào),2014,11（05）:1268-1274.

[3]王俊杰,魏麗穎,汪瀾. 水泥行業(yè)節(jié)能減排技術(shù)評(píng)價(jià)實(shí)例分析[J]. 水泥,2013,12（09）:1-5.

[4]關(guān)于水泥工業(yè)節(jié)能減排的指導(dǎo)意見(jiàn)[J]. 建材發(fā)展導(dǎo)向,2011,10（02）:1-3.

[5]方紅. 淺談水泥行業(yè)節(jié)能減排的技術(shù)措施[J]. 能源與節(jié)能,2011,12（06）:32-33.

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1007-6344（2015）09-0002-01