某水泥生產(chǎn)企業(yè)工藝流程節(jié)能改造措施分析

（湖南理工職業(yè)技術(shù)學(xué)院， 湖南 湘潭 411000）

1 主要工藝流程簡介

某水泥有限公司采用新型干法水泥生產(chǎn)工藝，工序主要包括生料磨制、熟料煅燒和水泥粉磨三個階段。消耗的能源主要是煤、電以及少量的柴油。

1.1 原料破碎輸送與儲存

石灰石破碎設(shè)在礦山，礦區(qū)位于邵陽縣古洲鎮(zhèn)岳弄村和楊柏村。配置一臺單段錘式破碎機LPC1020R22-1，最大進(jìn)料粒度≤1500×1000×1000mm、出料粒度≤75mm 占90%，最大100mm，生產(chǎn)能力800t/h。破碎后的碎石由皮帶機直接輸送至廠區(qū)石灰石預(yù)均化堆場內(nèi)均化儲存。砂巖運輸進(jìn)場后可堆存于輔助原料堆棚內(nèi)儲存，或者直接由砂巖破碎機經(jīng)破碎后由皮帶機送至輔助原料預(yù)均化堆場內(nèi)儲存均化。汽車運輸進(jìn)廠的硫酸渣卸至輔助原料堆棚內(nèi)儲存，粉煤灰輸送入庫，庫底設(shè)置轉(zhuǎn)子秤，按設(shè)定的配比送至出磨生料的斜槽內(nèi)混合均勻用斗式提升機送入均化庫內(nèi)。礦山生產(chǎn)工藝流程詳見圖1。 本部分主要消耗電力，主要的耗能設(shè)備有潛孔鉆機、破碎機、挖掘機等。

圖1 礦山生產(chǎn)工藝流程

1.2 原料粉磨

原料配料站設(shè)石灰石倉、砂巖倉、硫酸渣倉及備用料四個配料倉。另設(shè)一座粉煤灰?guī)?。原料磨采用一臺輥式立磨 MLS4531A， 磨輥規(guī)格為 Ф3150×1100。烘干熱源來自經(jīng)高溫風(fēng)機引入的窯尾預(yù)熱器廢氣，輥式立磨的粉磨能力為430t/h，出磨水分≤0.5%。原料粉磨與廢氣處理采用三風(fēng)機系統(tǒng)，采用窯尾袋式收塵器 LPM4A-120，總處理風(fēng)量：8900m3/h，進(jìn)口含塵濃度≤200g/Nm3，出口粉塵排放濃度≤30mg/Nm3，并配置在開窯停磨運行狀態(tài)下。 原料粉磨階段的能耗主要集中于粉磨設(shè)備，目前生料粉磨設(shè)備中電耗降低、粉塵收集一直是改善的重點。熟料制備包括窯尾預(yù)熱分解，回轉(zhuǎn)窯煅燒和窯頭熟料冷卻、排出、入庫等幾個工序。該過程消耗大量的煤和電。

1.3 熟料煅燒與冷卻系統(tǒng)

某水泥有限公司采用 Φ4.8×72m 規(guī)格的回轉(zhuǎn)窯，窯尾配套帶在線雙噴騰式分解爐的雙系列五級旋風(fēng)預(yù)熱器，生料從最上一級旋風(fēng)筒進(jìn)入預(yù)熱器，生料自上而下與自下而上的預(yù)熱器內(nèi)的熱氣體在懸浮狀態(tài)下進(jìn)行熱交換，至四級旋風(fēng)筒后進(jìn)入分解爐，在爐內(nèi)進(jìn)一步熱交換，大部分碳酸鹽分解后，再進(jìn)入五級旋風(fēng)筒內(nèi)進(jìn)行氣固分離，然后經(jīng)窯尾煙室進(jìn)入回轉(zhuǎn)窯。 窯頭采用高效推動篦式冷卻機 KC-1077，規(guī)格：4×35 m，篦床有效面積 132.4 m2。冷卻機的廢氣處理采用靜電除塵，其粉塵排放濃度≤50mg/m3。入窯系統(tǒng)的物料經(jīng)過回轉(zhuǎn)窯過渡帶和燒成帶進(jìn)行高溫煅燒，發(fā)生固液相反應(yīng)，形成高溫熟料，出窯高溫熟料經(jīng)篦式冷卻機冷卻。冷卻機的廢氣采用靜電收灰器。此外當(dāng)余熱發(fā)電系統(tǒng)運行時，從冷卻機中部抽取的廢氣先經(jīng)窯頭鍋爐后，再經(jīng)靜電收塵器入排風(fēng)機。出窯熟料冷卻破碎后，由槽式輸送機送入一個直徑為 Φ 45m，儲量為 5000t 的熟料庫，然后經(jīng)庫底扇形閥卸出的熟料由皮帶機分別輸送至水泥配料站或汽車散裝站。散裝外運熟料分別通過設(shè)在各倉底的無塵散裝頭直接裝車。

2 主要用能環(huán)節(jié)分析

某水泥有限公司購入的能源主要有無煙煤、煙煤、電，其中無煙煤 147613.66t、煙煤 70570.82t、電 11668.23 萬 kWh。 煤主要是煅燒用的無煙煤和煙煤，全部為外購。電主要是用于整個工藝流程中的電力設(shè)備運轉(zhuǎn)，為各種介質(zhì)提供動力。電主要為外購，小部分為余熱回收利用發(fā)電。柴油主要用于水泥生產(chǎn)線啟動點火。

某水泥有限公司下設(shè)有生料制備、煤粉磨、熟料燒成、水泥粉磨制成、水泥包裝等生產(chǎn)工段，主要用能工段為生料制備、煤粉磨、熟料燒成與水泥粉磨制成。主要用能種類是電、煙煤和無煙煤，購入貯存過程中與輸送過程中煙煤和無煙煤的損失也應(yīng)視為用能環(huán)節(jié)消耗能源，因而某水泥有限公司在年內(nèi)共耗電15503.59 萬 kWh，消耗煙煤 68372.51t，消耗無煙煤 144461.89t，各種能源按當(dāng)量值折標(biāo)準(zhǔn)煤 189979.27t。

某水泥有限公司生料制備總量為 208.35 萬噸，生料制備工段耗能以耗電能為主，主要是石灰石等原料的破碎、立磨耗電，破碎耗電量約為 224.58 萬 kWh，原料立磨耗電量約為 3617.01萬 kWh，生料制備總耗電 3841.59 萬 kWh，用電量占總用電量的24.78%，耗電能按當(dāng)量值折標(biāo)準(zhǔn)煤為 4721.31t，用能量占總用能量（按當(dāng)量值計）的 2.5%。因此可計算得：原料破碎單位電耗為 1.08kWh/t，原料粉磨單位電耗為 17.4 kWh/t。

某水泥有限公司煤的粉磨量為 212834.4t，煤的粉磨耗電總量為 817.79 萬 kWh，用電量占總用電量的 5.3%，耗電能按當(dāng)量值折標(biāo)準(zhǔn)煤為 1005.06t，用能量占總用能量（按當(dāng)量值計）的0.53%。因此可計算得：煤粉制備單位電耗為 24.19 kWh/t。

某水泥有限公司 2012 年熟料燒成量為 146.55 萬噸，熟料燒成系統(tǒng)（回轉(zhuǎn)窯系統(tǒng)）耗電總量為 3924.14 萬 kWh，用電量占總用電量的 25.3%，耗電能按當(dāng)量值折標(biāo)準(zhǔn)煤為 4822.77t，用能量占總用能量（按當(dāng)量值計）的 2.54%。因此可計算得：熟料燒成單位電耗為26.93kWh/t。

某水泥有限公司年生產(chǎn) P.C32.5 水泥 101.36 萬噸，粉磨P.C32.5水泥耗電總量為3300.61萬kWh，生產(chǎn)P.O42.5水泥58.20萬噸，粉磨 P.O42.5 水泥耗電總量為 2118.4 萬 kWh，生產(chǎn) P.O52.5 水泥 2.93 萬噸，粉磨 P.O52.5 水泥耗電總量為 125.51 萬 kWh，水泥粉磨耗電總量為 5544.52 萬 kWh，占總用電量的 35.76%，耗電能按當(dāng)量值折標(biāo)準(zhǔn)煤為 6814.22t，用能量占總用能量（按當(dāng)量值計）的 3.59%。因此可計算得：P.C32.5 水泥粉磨單位電耗為 32.6 kWh/t，P.O42.5 水泥粉磨單位電耗為 34.1 kWh/t，P.O52.5 水泥粉磨單位電耗為38.5kWh/t。

某水泥有限公司 2012 年熟料燒成量為 146.55 萬噸，生料在回轉(zhuǎn)窯系統(tǒng)中焙燒成熟料共消耗煙煤 68372.51t，消耗無煙煤144461.89t，耗煤量按當(dāng)量值折標(biāo)煤為 170670.21t，用能量占總用能量（按當(dāng)量值計）的 89.84%。因此可計算得：熟料綜合煤耗為110.19kgce/t。 綜合上述各環(huán)節(jié)的能源消耗水平，某水泥有限公司水泥生產(chǎn)線主要用能環(huán)節(jié)能耗指標(biāo)如表 1所示。

表1 某水泥有限公司水泥生產(chǎn)線主要用能環(huán)節(jié)能耗指標(biāo)

從上表可以看出，該公司原料破碎、粉磨與煤粉制備單位產(chǎn)品電耗均優(yōu)于國內(nèi)平均水平，但與國內(nèi)先進(jìn)水平和國際先進(jìn)水平相比，還存在差距，可進(jìn)一步挖掘節(jié)能潛力；熟料燒成平均電耗均高于國內(nèi)同類水泥企業(yè)平均水平，與國內(nèi)先進(jìn)水平和國際先進(jìn)水平相比，還存在較大差距，可挖掘節(jié)能潛力較大。 對于水泥粉磨，P.C32.5 水泥平均電耗為 32.6kWh/t，接近國內(nèi)先進(jìn)水平，可挖節(jié)能潛力不是很大；但 P.O42.5 水泥平均電耗為 34.1 kWh/t，與國內(nèi)先進(jìn)水平存在一定差距，和國際先進(jìn)水平還存在較大差距，可進(jìn)一步挖掘節(jié)能潛力；P.O52.5 水泥平均電耗為 38.5 kWh/t，優(yōu)于國內(nèi)同類水泥企業(yè)平均水平，但與國內(nèi)先進(jìn)水平和國際先進(jìn)水平存在很大差距，可挖掘節(jié)能潛力較大。該公司熟料燒成平均煤耗為 110.19kgce/t，優(yōu)于國內(nèi)平均水平，但與國內(nèi)先進(jìn)水平和國際先進(jìn)水平相比，還存在較大差距，節(jié)能潛力較大。

3 主要用能設(shè)備運行效率監(jiān)測

回轉(zhuǎn)窯系統(tǒng)包括冷卻機、回轉(zhuǎn)窯、分解爐和預(yù)熱器，這些設(shè)備是水泥生產(chǎn)中的關(guān)鍵設(shè)備，產(chǎn)品產(chǎn)量的高低、質(zhì)量的好壞主要取決于這些設(shè)備的性能。又由于生料在回轉(zhuǎn)窯內(nèi)煅燒時需要消耗大量的熱量（回轉(zhuǎn)窯系統(tǒng)耗能量約占整個水泥生產(chǎn)耗能量的90%）。 因此，水泥產(chǎn)品的能耗高低也主要取決于回轉(zhuǎn)窯系統(tǒng)運行的正常與否；原料立磨系統(tǒng)與水泥粉磨系統(tǒng)是是水泥生產(chǎn)主要耗電環(huán)節(jié)，這兩個系統(tǒng)耗電量約占總用電量的60%，原料立磨系統(tǒng)包括烘干機、立式輥磨機與選粉機等主要設(shè)備，水泥粉磨系統(tǒng)包括水泥磨與選粉機等主要設(shè)備，原料立磨的質(zhì)量對熟料的燒成質(zhì)量和能耗影響很大，這兩個系統(tǒng)設(shè)備性能、是否正常運行、是否屬國家規(guī)定淘汰的高能耗機電產(chǎn)品、企業(yè)用能設(shè) 備管理情況對能耗影響很大。

綜上考慮，此次選擇了水泥生產(chǎn)線中的回轉(zhuǎn)窯系統(tǒng)、水泥原料立磨系統(tǒng)與水泥磨系統(tǒng)作為重點耗能設(shè)備進(jìn)行了運行效率的監(jiān)測。通過運行效率的檢測可以找出生產(chǎn)中的薄弱環(huán)節(jié)，從而為實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低能耗提出有效的技術(shù)改進(jìn)措施。依據(jù)水泥回轉(zhuǎn)窯系統(tǒng)能效測試報告我們可以得知：熱效率偏低，回轉(zhuǎn)窯系統(tǒng)表面溫度偏高，造成的散熱損失嚴(yán)重，占總的熱量支出的7.29%，對系統(tǒng)熱效率影響較大。其中，回轉(zhuǎn)窯表面散熱損失占總的但散熱損失的47.87%，因此應(yīng)選擇適宜的耐火材料和保溫材料，降低窯體表面散熱損失，則可提高回轉(zhuǎn)窯的熱效率。在監(jiān)測期間，立磨系統(tǒng)運轉(zhuǎn)率只有53.21%，這和立磨系統(tǒng)全年運轉(zhuǎn)率相當(dāng)，運轉(zhuǎn)率偏低；運行效率只有89.77%；立磨單位產(chǎn)品能耗為17.4kWh/t，比18 kWh/t的全國平均水平略低，而離16kWh/t國的內(nèi)先進(jìn)水平存在一定的差距，仍需繼續(xù)挖掘節(jié)能潛力；原料的烘干采用發(fā)電系統(tǒng)的鍋爐余氣進(jìn)行烘干，原料烘干的余熱利用率只有32.81%，余熱利用率偏低。因此通過加強運行管理和連續(xù)生產(chǎn)，對于降低原料立磨單位產(chǎn)品能耗有著重要作用。

水泥粉磨系統(tǒng)有兩臺水泥粉磨機，1#水泥粉磨機粉磨P.C32.5水泥，在監(jiān)測期內(nèi)，運轉(zhuǎn)率只有了55.64%，和全年運轉(zhuǎn)率相當(dāng)，運轉(zhuǎn)效率96.8%，運轉(zhuǎn)效率高，P.C32.5水泥粉磨單位產(chǎn)品電耗為32.64kWh/t，接近國內(nèi)先進(jìn)水平；2#水泥粉磨機粉磨P.O42.5水泥，在監(jiān)測期內(nèi)，運轉(zhuǎn)率只有45.86%，和全年運轉(zhuǎn)率相當(dāng)，運轉(zhuǎn)效率79.76%，運轉(zhuǎn)效率偏低，P.O42.5水泥粉磨單位產(chǎn)品電耗為34.1kWh/t，優(yōu)于國內(nèi)平均水平，還需要繼續(xù)挖掘節(jié)能潛力，由于兩臺水泥粉磨機運轉(zhuǎn)率都處于一個比較低的水平，建議采用連續(xù)化作業(yè)生產(chǎn)，以達(dá)到節(jié)能目的。

4 建議及預(yù)期節(jié)能量

4.1 加強生料配料控制管理，優(yōu)化配料方案

從原材料進(jìn)廠抓起，保證工序和各環(huán)節(jié)的質(zhì)量控制，提高生料配料的可預(yù)見性，優(yōu)化煤、料的配合，減少生料率值得調(diào)整與煤灰變化之間的滯后性。同時進(jìn)行質(zhì)量指標(biāo)和配料方案的制定和修改，嚴(yán)格遵循預(yù)分解爐的客觀規(guī)律，此項技術(shù)預(yù)計可節(jié)約煤 0.1%，既可節(jié)能量折標(biāo)煤 212.83t，可年節(jié)約購煤費用約為 15.1 萬元。此項措施預(yù)計要投資 20 萬元，預(yù)計回收期為 16 個月。

4.2 加強設(shè)備管理

加強對設(shè)備的巡檢管理及潤滑管理，堅持預(yù)防為主、維修為輔的原則，采取動態(tài)維修的設(shè)備維護(hù)維修模式，及時發(fā)現(xiàn)和排除設(shè)備故障隱患。確保設(shè)備經(jīng)常處于良好的技術(shù)狀態(tài)；配置必要的檢測儀器，對重點用能設(shè)備進(jìn)行能源利用效率的實際監(jiān)控，并與同類型的機臺設(shè)備先進(jìn)的能耗指標(biāo)進(jìn)行對比，以便查找是設(shè)備管理的問題還是設(shè)備自身工藝參數(shù)的控制問題，挖掘節(jié)能潛力。