水泥粉磨系統(tǒng)能源消耗及節(jié)能分析

□□ 張 文 (興旺集團(tuán)，山西 大同 037003)

引言

近年來，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)與工業(yè)的快速發(fā)展和城鎮(zhèn)化建設(shè)的不斷推進(jìn)，我國(guó)水泥年總產(chǎn)量仍然居高不下，如2018年水泥產(chǎn)量為21.8億t，同比增長(zhǎng)3%；2019年為23.3億t，同比增長(zhǎng)6.1%。如此巨大的水泥產(chǎn)量勢(shì)必會(huì)造成巨大的資源和能源消耗，雖然近年來各種工業(yè)固體廢棄物被大量應(yīng)用于水泥生產(chǎn)，但石灰石和煤炭仍被大量使用。同時(shí)，當(dāng)前不少水泥企業(yè)仍將熟料燒成系統(tǒng)的熱耗和電耗作為企業(yè)生產(chǎn)節(jié)能的重點(diǎn)，而生料制備、水泥制成及煤粉制備等粉磨系統(tǒng)的能耗仍未引起足夠的重視。因此，本文將以某企業(yè)的水泥粉磨系統(tǒng)為例，對(duì)水泥粉磨系統(tǒng)的能源消耗及其節(jié)能途徑進(jìn)行分析。

1 水泥粉磨系統(tǒng)概況

某企業(yè)擁有1條4 500 t/d的水泥熟料生產(chǎn)線，其水泥粉磨系統(tǒng)年生產(chǎn)能力為60萬t。結(jié)合該系統(tǒng)2018、2019年度的運(yùn)行情況及其所用原材料情況，該系統(tǒng)所生產(chǎn)的水泥平均配比見表1。

表1 水泥平均配比

該水泥粉磨系統(tǒng)年產(chǎn)水泥量為60萬t，其中，P·C 32.5R水泥約為35萬t，P·O 42.5水泥約為20萬t，P·O 52.5水泥約為5萬t，水泥袋裝與散裝比例為3∶7。結(jié)合表1計(jì)算可知，各種原材料需求量如下：

(1)熟料：年需求量為39.5萬t，由熟料生產(chǎn)線供給。

(2)礦渣：年消化量為11.04萬t，干基的礦渣約為9.6萬t，由周邊鋼鐵廠提供，由汽車運(yùn)輸進(jìn)廠。

(3)石膏：年需求量約為2.5萬t，就近購買，由汽車運(yùn)輸進(jìn)廠。

(4)石灰石：年需求量約為5萬t，來自于采石場(chǎng)，由汽車運(yùn)輸進(jìn)廠。

(5)粉煤灰：年消化量為6.3萬t，來自于當(dāng)?shù)仉姀S，由汽車運(yùn)輸進(jìn)廠。

2 水泥粉磨系統(tǒng)能耗及節(jié)能分析

2.1 水泥粉磨工藝流程

該企業(yè)的水泥粉磨系統(tǒng)工藝流程如圖1所示。

圖1 水泥粉磨系統(tǒng)工藝流程

2.2 主要工序電力消耗情況

由圖1可知，該企業(yè)的水泥粉磨系統(tǒng)主要用能工序?yàn)椋旱V渣烘干、破碎及配料、粉磨、水泥儲(chǔ)存、水泥包裝及散裝。其中，各種物料的輸送也分段于各相關(guān)工序當(dāng)中，以準(zhǔn)確計(jì)算各工序的能耗情況。由于該系統(tǒng)運(yùn)行過程中主要能源消耗為電力，故先對(duì)其電力消耗情況進(jìn)行計(jì)算。

2.2.1 礦渣烘干

礦渣烘干工序的主要用電設(shè)備為烘干機(jī)、沸騰爐、排風(fēng)機(jī)，其他耗電設(shè)備為皮帶機(jī)及提升機(jī)。該工序總裝機(jī)容量約為421.8 kW，年耗電量為78.59萬kW·h。則其單位礦渣烘干電耗為：78.59×104÷(9.6×104)=8.19 kW·h/t。

2.2.2 破碎及配料

破碎及配料工序的主要任務(wù)是石膏和石灰石的破碎及各種物料的輸送。該工序主要能源消耗為電力和柴油。其電力消耗為石膏、石灰石的破碎與入庫，熟料、粉煤灰、礦渣入庫等過程的電量消耗。其主要用電設(shè)備為破碎機(jī)，其他耗電設(shè)備為皮帶機(jī)及提升機(jī)。該工序總裝機(jī)容量約為120.85 kW，年耗電量為24.05萬kW·h。則該工序的單位水泥電耗為：24.05×104÷(60×104)=0.40 kW·h/t。

2.2.3 物料粉磨

粉磨工序是對(duì)來自配料皮帶的混合料進(jìn)行粉磨，是粉磨系統(tǒng)最為重要的工序。該工序包括水泥熟料、石膏、礦渣、石灰石自配料庫庫底到水泥出球磨機(jī)的過程中所消耗的電量。該工序主要用電設(shè)備為輥壓機(jī)、球磨機(jī)、V型選粉機(jī)、循環(huán)風(fēng)機(jī)及尾排風(fēng)機(jī)，其他耗電設(shè)備為氣力輸送斜槽及提升機(jī)。該工序總裝機(jī)容量為3 524.8 kW，年耗電量為1 711.66萬kW·h。則粉磨過程的單位水泥電耗為：1 711.66×104÷(60×104)=28.53 kW·h/t。

2.2.4 水泥儲(chǔ)存

水泥儲(chǔ)存工序是從水泥出磨機(jī)被輸送至水泥庫。該工序的主要用電設(shè)備為羅茨風(fēng)機(jī)、空壓風(fēng)機(jī)、收塵設(shè)備及其他輸送設(shè)備。該工序總裝機(jī)容量為405 kW，年耗電量為99.23萬kW·h。則該工序的單位水泥電耗為：99.23×104÷(60×104)=1.65 kW·h/t。

2.2.5 水泥包裝與散裝

水泥包裝與散裝工序主要是水泥的包裝及袋裝、散裝水泥的輸送與出廠。該工序?yàn)樽运喑善烦鰩熘了喑鰪S過程中消耗的電量，包括水泥庫底用電量。主要用電設(shè)備為包裝機(jī)、散裝機(jī)、收塵設(shè)備及其他輸送設(shè)備，設(shè)備總裝機(jī)容量為210.7 kW，年耗電量為26.78萬kW·h。則該工序單位水泥電耗為：26.78×104÷(60×104)=0.45 kW·h/t。其中，散裝系統(tǒng)年耗電量為6.91萬kW·h，包裝系統(tǒng)年耗電量為19.87萬kW·h，則包裝系統(tǒng)的單位水泥電耗為26.78×104÷(60×104×30%)=1.10 kW·h/t。

2.2.6 電力消耗分析

由以上數(shù)據(jù)計(jì)算可知，該企業(yè)水泥粉磨系統(tǒng)的主要生產(chǎn)工序總耗電量為1 940.30萬kW·h，其中物料粉磨工序的總耗電量為1 711.66萬kW·h，占主要生產(chǎn)工序耗電量的88.2%，是水泥粉磨系統(tǒng)電力節(jié)約的關(guān)鍵工序。在今后的生產(chǎn)中，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)物料粉磨工序的耗電管理。

該企業(yè)水泥粉磨系統(tǒng)主要用能工序的電力消耗情況與GB 50443—2016《水泥工廠節(jié)能設(shè)計(jì)規(guī)范》中“新建、擴(kuò)建水泥生產(chǎn)線主要生產(chǎn)工段電耗設(shè)計(jì)指標(biāo)”對(duì)比情況見表2。

由表2可以看出，該企業(yè)水泥粉磨系統(tǒng)的水泥粉磨和水泥包裝工序的電力消耗值均低于GB 50443—2016的設(shè)計(jì)指標(biāo)。

2.3 燃料消耗情況

礦渣烘干由烘干機(jī)完成，烘干機(jī)采用煤矸石作為烘干燃料，其發(fā)熱量約為2 000 kcal，烘干1 t礦渣約需消耗標(biāo)煤16 kg，則礦渣烘干工序年需煤矸石量為：16×10-3×9.6×104×7 000÷2 000=5 376 t。這也是該水泥粉磨系統(tǒng)的煤矸石(燃料)消耗情況。

表2 主要用能工序電耗與GB 50443的對(duì)比

2.4 成品油核算

成品油消耗是在該水泥粉磨系統(tǒng)的破碎工序，主要是裝載機(jī)運(yùn)輸過程耗油，該工序一般使用2臺(tái)裝載機(jī)，年工作時(shí)間約為2 160 h，裝載機(jī)耗油量為12 L/h，按照柴油密度908 kg/m3計(jì)算，則年耗油量約為47 t/a。

2.5 新鮮水

該水泥粉磨系統(tǒng)的用水主要為生產(chǎn)、員工生活及其他用水。在正常運(yùn)行過程中，日最大用水量為16 m3。其中，生產(chǎn)用水均為熟料生產(chǎn)線的冷卻水循環(huán)使用，員工生活用水為新鮮水，是來自于熟料系統(tǒng)的井水。

3 水泥粉磨系統(tǒng)節(jié)能分析

在水泥制成過程中，為了降低水泥中的熟料摻量，提高了礦渣、粉煤灰、低品位石灰石等工業(yè)固體廢棄物的配料比例，使得這些工業(yè)固廢得到合理利用。同時(shí)，輥壓機(jī)聯(lián)合粉磨系統(tǒng)是當(dāng)前粉磨工藝中優(yōu)先選用的粉磨系統(tǒng)。該企業(yè)的水泥粉磨系統(tǒng)是以輥壓機(jī)、V型選粉機(jī)及開流高細(xì)磨為主機(jī)設(shè)備組成的粉磨系統(tǒng)。物料經(jīng)過擠壓后，內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生了破壞，與破碎機(jī)破碎的物料相比，其易磨性好，產(chǎn)量高，球磨機(jī)基本上不擔(dān)任破碎物料的任務(wù)，從而提高了磨機(jī)的臺(tái)時(shí)產(chǎn)量。

雖然該企業(yè)水泥制成系統(tǒng)為輥壓機(jī)聯(lián)合粉磨系統(tǒng)，為了進(jìn)一步提升系統(tǒng)的節(jié)能效果，還應(yīng)從以下方面著手：

(1)控制熟料及混合材料的質(zhì)量，優(yōu)化運(yùn)行過程中的工藝參數(shù)，提高水泥粉磨質(zhì)量，提升系統(tǒng)粉磨效率，加強(qiáng)系統(tǒng)能耗管理，如采用合理的喂料方式，提高喂料設(shè)備精度進(jìn)一步降低系統(tǒng)的能耗。

(2)在水泥制成過程中加入助磨劑。適當(dāng)?shù)暮瓦m量的助磨劑加入可使得磨機(jī)的臺(tái)時(shí)產(chǎn)量提高10%～25%，粉磨電耗降低約25%，同時(shí)可減少過粉磨現(xiàn)象，優(yōu)化水泥顆粒級(jí)配，提高水泥顆粒的圓度系數(shù)，進(jìn)而將水泥強(qiáng)度提高3～5 MPa。

(3)在配料中以脫硫石膏代替天然石膏，可降低石膏破碎的電力消耗。

(4)提升崗位員工的節(jié)能意識(shí)，加強(qiáng)粉磨系統(tǒng)的能源消耗管理，建立相應(yīng)的能源管理體系。

4 結(jié)語

結(jié)合某企業(yè)的水泥粉磨系統(tǒng)分析可知，電力消耗是水泥粉磨系統(tǒng)的主要能源消耗，而電力消耗中又以粉磨工序消耗量最大，因而對(duì)粉磨工序的輥壓機(jī)、球磨機(jī)電耗管理，是今后該系統(tǒng)節(jié)能的關(guān)鍵部位。雖然輥壓機(jī)聯(lián)合粉磨系統(tǒng)為當(dāng)前粉磨工藝中的優(yōu)先選用系統(tǒng)，但在生產(chǎn)或系統(tǒng)運(yùn)行過程中，仍需要通過原材料質(zhì)量控制、工藝參數(shù)優(yōu)化、合理加入助磨劑、使用脫硫石膏配料等多種措施來進(jìn)一步降低系統(tǒng)的能源消耗。同時(shí)，還應(yīng)加強(qiáng)系統(tǒng)的能源管理，盡快實(shí)現(xiàn)企業(yè)的節(jié)能降耗，從而提升企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。