水泥生產(chǎn)工藝的節(jié)能技術(shù)

咸玉波

摘要：水泥生產(chǎn)中所使用的能源主要為電能與煤炭燃料，其中能源上的成本支出超過了直接成本的60%，且國(guó)內(nèi)水泥行業(yè)以燃煤為主要能源供應(yīng)?；剞D(zhuǎn)窯中大多數(shù)使用煙煤，而立窯在燃煤的質(zhì)量上具有較高的性能指標(biāo)要求。最近幾年，伴隨著科技的不斷革新進(jìn)步，低揮發(fā)分煤與無(wú)煙煤都能夠用于回轉(zhuǎn)窯的水泥熟料煅燒生產(chǎn)工序中。在國(guó)家節(jié)能環(huán)保政策的逐漸落實(shí)背景下，越來(lái)越多的節(jié)能方式被研發(fā)并運(yùn)用于水泥生產(chǎn)工藝中。

關(guān)鍵詞：水泥;生產(chǎn)工藝;節(jié)能技術(shù)

一、水泥行業(yè)節(jié)能潛力分析

水泥是我國(guó)重要的基礎(chǔ)性原材料，水泥行業(yè)隨國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展獲得了長(zhǎng)足的發(fā)展，在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間里，水泥建材的作用仍是不可替代的。通常情況下，水泥的生產(chǎn)過程會(huì)消耗一定的煤炭資源，還需要大量的電力能源支持生產(chǎn)作業(yè)。而煤炭消耗在水泥行業(yè)當(dāng)中占據(jù)了較大的比重，部分水泥生產(chǎn)企業(yè)使用質(zhì)量較差的煤炭，會(huì)導(dǎo)致在水泥生產(chǎn)過程中，產(chǎn)生一定的附加污染物排放，主要是二氧化硫和氮氧化物，極易造成環(huán)境排放超標(biāo)等隱患和風(fēng)險(xiǎn)。

在節(jié)能減排，優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，淘汰落后產(chǎn)能政策的持續(xù)治理下，水泥企業(yè)應(yīng)用包括二代水泥技術(shù)在內(nèi)的先進(jìn)節(jié)能技術(shù)及裝備，實(shí)施節(jié)能設(shè)備改造，積極推進(jìn)水泥窯協(xié)同處置替代燃料，大力推進(jìn)能源管理系統(tǒng)和水泥行業(yè)智能化生產(chǎn)等措施和手段，對(duì)現(xiàn)有的水泥生產(chǎn)工藝技術(shù)進(jìn)行了大幅度的改進(jìn)和提升，有效降低了水泥行業(yè)的能耗水平。2020年我國(guó)水泥熟料單位產(chǎn)品綜合能耗已逐步降低至108千克標(biāo)準(zhǔn)煤/噸的水平，較2015年下降約4千克標(biāo)煤/噸。國(guó)家工信部發(fā)布的2020年度水泥行業(yè)能效領(lǐng)跑者企業(yè)共計(jì)28家企業(yè)，通過采用各種節(jié)能降耗措施，其水泥可比熟料綜合能耗均低于100千克標(biāo)準(zhǔn)煤/噸，已經(jīng)一定幅度優(yōu)于標(biāo)準(zhǔn)先進(jìn)值9%-16%。

在水泥產(chǎn)量逐步穩(wěn)定的情況下，通過采取有效的節(jié)能減排措施，預(yù)計(jì)未來(lái)十年，我國(guó)水泥行業(yè)能源消耗和排放會(huì)顯著下降，2030年至2040年，能耗消耗和排放呈現(xiàn)緩步下降趨勢(shì)。除去水泥產(chǎn)量影響，在新技術(shù)的加持下，總體水泥行業(yè)能耗和排放水平呈下降趨勢(shì)，有研究表明，未來(lái)我國(guó)水泥行業(yè)能耗節(jié)約潛力可達(dá)11.73%-12.68%，整體的排放水平上，二氧化碳的排放水平減排潛力可達(dá)12%-13.3%，二氧化硫減排潛力約31%-35%，氮氧化物減排潛力約29%-33%。相比于其他國(guó)家，我國(guó)水泥行業(yè)節(jié)能低碳環(huán)保工作開展起步較晚，仍存在一定的差距，但在節(jié)能減排技術(shù)進(jìn)步的推動(dòng)下，我國(guó)水泥行業(yè)節(jié)能減排的潛力仍是巨大的，水泥生產(chǎn)不但要保障水泥產(chǎn)品的性能和質(zhì)量，還要在生產(chǎn)的過程中盡最大可能降低資源消耗，減少污染物的排放。

二、水泥粉磨生產(chǎn)工藝流程

首先進(jìn)行生料制備和分解，利用球磨機(jī)將不同硬度的水泥熟料和其他混合料進(jìn)行磨粉。然后對(duì)熟料進(jìn)行燒制。采用選粉設(shè)備將磨耗的粉料進(jìn)行篩分，分為細(xì)粉和粗粉兩類。細(xì)粉可以直接進(jìn)行后續(xù)生產(chǎn)，粗粉需要再一次磨粉直到達(dá)到粉末細(xì)度要求。磨粉是水泥生產(chǎn)工藝中能耗較多的環(huán)節(jié)，要在控制磨粉質(zhì)量的前提下盡可能降低能耗。之后是對(duì)熟料進(jìn)行粉磨[水泥熟料進(jìn)入到輥壓機(jī)后進(jìn)行粉磨，其目的在于能夠進(jìn)一步提升水泥物料的粘合性。隨著水泥粉磨技術(shù)的發(fā)展，近年來(lái)出現(xiàn)了水泥模塊，即將水泥原料先混合制成模塊，然后使用輥壓機(jī)粉磨，再進(jìn)入到球磨機(jī)進(jìn)行二次磨粉。這種模塊在預(yù)處理過程中已經(jīng)對(duì)原料中的大顆粒物質(zhì)進(jìn)行了碎花處理，因此可以減小粉磨生產(chǎn)負(fù)荷，節(jié)約能耗。

三、傳統(tǒng)工藝與新型工藝的技術(shù)創(chuàng)新對(duì)比

傳統(tǒng)工藝技術(shù)已經(jīng)很成熟，但是在煤炭資源消耗和污染物排放方面無(wú)法符合環(huán)保新政策和新要求。企業(yè)在節(jié)能環(huán)保方面面臨較大的壓強(qiáng)，在新情況下，節(jié)能環(huán)保的生產(chǎn)工藝技術(shù)是水泥企業(yè)發(fā)展的內(nèi)在需求。新型水泥生產(chǎn)工藝在很大程度上解決了傳統(tǒng)工藝技術(shù)存在的問題。依靠科技創(chuàng)新的力量，水泥企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)效益得到保障，同時(shí)在資源和能源消耗上得到降低，推動(dòng)水泥行業(yè)向著新型節(jié)能環(huán)保、綠色可持續(xù)化的方向發(fā)展。水泥生產(chǎn)工藝中的節(jié)能技術(shù)并不是單一的，而是集合了多種技術(shù)的系統(tǒng)方案，通過多種節(jié)能技術(shù)的聯(lián)合應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)技術(shù)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合的綜合優(yōu)勢(shì)，推動(dòng)水泥生產(chǎn)企業(yè)節(jié)能降耗目標(biāo)實(shí)現(xiàn)。

四、水泥生產(chǎn)工藝中的節(jié)能技術(shù)

1.水泥粉磨工藝節(jié)能技術(shù)

部分大型管磨機(jī)通過管樁篩分裝置、研磨體防串裝置、分級(jí)襯板等達(dá)到節(jié)能的目的。為了保障管磨機(jī)可以正常運(yùn)作，確保在長(zhǎng)期高速率、穩(wěn)定性的生產(chǎn)期間，可以把一些質(zhì)量較佳的材料運(yùn)用于其中，例如硬質(zhì)合金材料、高（中）鉻合金材料。此外一些較易受到損壞的部件，比如隔倉(cāng)板或襯板等則應(yīng)當(dāng)和研磨體保持一致，進(jìn)而確保磨具外表光潔，為提高生產(chǎn)質(zhì)量與產(chǎn)量提供基礎(chǔ)。

部分中小型管磨機(jī)的粉磨系統(tǒng)不管是使用閉路或是開路，在物料處理環(huán)節(jié)均可使用預(yù)處理系統(tǒng)與工藝。在此之中主要涵蓋了預(yù)粉磨、預(yù)粉碎及預(yù)破碎等一系列預(yù)處理工藝。借助該工藝流程加以處理以后，可通過預(yù)粉磨工藝來(lái)達(dá)成對(duì)粉磨的處理，確保長(zhǎng)期穩(wěn)定、高效的運(yùn)作。物料在通過處理后可以把粒徑控制到不超過2毫米的水平。基于對(duì)預(yù)處理工藝的運(yùn)用，可以把粗磨工藝內(nèi)的部分功能加以替代，通過運(yùn)用細(xì)磨工藝，可以將部分長(zhǎng)徑偏低的中長(zhǎng)/短磨系統(tǒng)予以改造，使其產(chǎn)量得以提升3%左右，還可以減少粉磨的耗電量。

2.磨內(nèi)噴水系統(tǒng)的節(jié)能方案

磨內(nèi)噴水技術(shù)是目前節(jié)能降耗的關(guān)鍵方向，該系統(tǒng)主要由供氣與供水模塊構(gòu)成。在進(jìn)行水泥的生產(chǎn)制造過程中，噴水裝置自頭部至尾部均具有噴水功能，使用備用泵可以確保噴水系統(tǒng)具有更為可靠、穩(wěn)定的工作效率。由其工作原理分析可以得知，噴水系統(tǒng)運(yùn)作期間，電機(jī)受到多級(jí)離心泵的引導(dǎo)可以輸出壓力水，在和空氣產(chǎn)生作用從而相互混合以后，可以從設(shè)備內(nèi)噴出一種呈現(xiàn)為霧狀的壓力水。物料若是在進(jìn)入粉磨流程前溫度超過105攝氏度，則水會(huì)經(jīng)過噴水裝置自前艙流入;若是超過110攝氏度，便需要啟動(dòng)噴水功能。所以，運(yùn)用直射噴嘴可以有效改進(jìn)噴水系統(tǒng)的整體功能，利用霧化技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的冷卻處理?；陟F化技術(shù)，操作人員能讓設(shè)備內(nèi)噴入適量的水從而達(dá)成降溫目標(biāo)，以此來(lái)減少水資源的使用。

3.使用熱管技術(shù)的排氣系統(tǒng)

煙氣的外在特征便是溫度高、體積大，而且會(huì)帶走大概三分之一的熱量，這屬于水泥生產(chǎn)工藝中最大的熱損失途徑。通過對(duì)余熱的利用，能夠提升爐膛熱效率，把能源消耗量降至更低水準(zhǔn)。廢氣所帶走的熱量和廢氣溫度與廢氣量的乘積之間成正相關(guān)。最近幾年，熱管技術(shù)在煙氣余熱回收工藝中已經(jīng)逐漸普及使用，其在提高熱效率方面的效果也十分突出。熱管技術(shù)能夠用來(lái)降低廢氣溫度，從而直接減少了由于廢氣排放而導(dǎo)致的熱量損失。熱管是基于傳熱技術(shù)原理而研發(fā)的高效傳染配件。目前，市場(chǎng)上具有較多種類的熱管，其中為了降低投資成本，重力熱管備受市場(chǎng)青睞。

結(jié)束語(yǔ)：

傳統(tǒng)的水泥建材作為國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重要材料，生產(chǎn)過程往往帶來(lái)較大的能源消耗。如何在生產(chǎn)的過程中做到節(jié)能減排，是擺在所有水泥工程技術(shù)人員面前的永恒課題，只有在水泥生產(chǎn)實(shí)踐中積極開發(fā)研究節(jié)能減排技術(shù)，積極應(yīng)用包括二代水泥技術(shù)在內(nèi)的先進(jìn)節(jié)能技術(shù)，不斷改進(jìn)水泥生產(chǎn)工藝，提升水泥生產(chǎn)節(jié)能化、自動(dòng)化、智能化、高效化水平，才能促進(jìn)水泥行業(yè)的綠色環(huán)保、節(jié)能低碳發(fā)展。

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