淺析水泥生產(chǎn)工藝的節(jié)能技術

王靜

新疆和靜天山水泥有限責任公司 新疆 和靜 841300

引言

水泥作為建筑行業(yè)所使用的主要建材有很多應用優(yōu)勢，而且現(xiàn)如今我國在建筑行業(yè)的發(fā)展過程中對于水泥的需求量也變得越來越多。水泥生產(chǎn)單位在滿足質量的前提下，還需要走上資源集約型道路，積極探索新型的生產(chǎn)工藝來節(jié)能優(yōu)化水泥的整個生產(chǎn)流程。不僅僅幫助水泥生產(chǎn)企業(yè)的經(jīng)濟效益實現(xiàn)最大化獲取，而且對于外部環(huán)境而言也體現(xiàn)出生態(tài)環(huán)保的相關作用，同樣也加強了我國建材生產(chǎn)行業(yè)節(jié)能化、環(huán)?；陌l(fā)展趨勢，為其在以后的進步過程中提供有效的推動力量。

1 水泥行業(yè)的潛能分析

我國傳統(tǒng)的建筑在建造時多使用磚塊、泥土、木構架等作為建筑加固和結構穩(wěn)定性提升的主要可利用材料，但是由于建筑功能和結構的復雜性越來越顯著，就必須要重視建筑的穩(wěn)定性。因此，水泥成為現(xiàn)階段建筑行業(yè)使用頻率最高的基礎性原材料。而且隨著我國社會主義經(jīng)濟的不斷發(fā)展，水泥也獲得較好的發(fā)展前景。自從我國進入到改革開放階段以來，水泥建材的作用逐漸凸顯出來，而且其他物質不能代替。一般來說，在水泥的生產(chǎn)過程中會需要大量的煤炭資源消耗或電力能源來進行生產(chǎn)作業(yè)的支持，其中煤炭消耗量占據(jù)了較大的比重[1]。但煤炭作為一種不可再生資源，燃燒時會產(chǎn)生大量的污染物，對于環(huán)境所造成的污染性比較嚴重。而且部分生產(chǎn)水泥的企業(yè)為了能夠節(jié)省投資成本，往往會使用質量較差的煤炭或者洗出來的煤渣，這就很容易導致在水泥生產(chǎn)過程時產(chǎn)生的污染物種類和數(shù)量變多，而且污染程度更為嚴重。如果水泥生產(chǎn)企業(yè)并沒有對這些污染物進行合理的處理和排放，大量的二氧化硫、氮氧化物就會排放到大氣環(huán)境中，很容易對環(huán)境造成極大的污染何危害。而且對于人們生存的環(huán)境而言，超標的硫氮元素化合物還會導致吸入者的呼吸性疾病患病風險和隱患增加[2]。

當下，我國倡導的環(huán)保理念應用以節(jié)能減排為主，在各行各業(yè)中實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)結構的優(yōu)化，淘汰一些落后的產(chǎn)能工藝手段。在這樣的政策背景下，我國社會的各行各業(yè)開始資源集約型整治和改革。水泥企業(yè)作為建筑行業(yè)中必然要可持續(xù)性發(fā)展的企業(yè)更應當重視環(huán)保節(jié)能理念的應用，主要包括將二代水泥技術在內的先進節(jié)能技術及裝備進行改革創(chuàng)新，以節(jié)能性為原則做好改造。與此同時，還需要借助一些其他的可再生燃料來協(xié)同代替不可再生燃料，常常會用到水泥窯幫助燃料的燃燒充分，降低污染物的排放量，在根本上有效促進能源管理系統(tǒng)和水泥行業(yè)的節(jié)能化、智能化生產(chǎn)[3]。

對于現(xiàn)有階段的水泥生產(chǎn)工藝技術來說科學的改進和質量方面的提升，非常有效地降低了水泥行業(yè)的能耗水平[4]。在2020年時，我國水泥熟料單位的產(chǎn)品綜合能耗降到了每噸水泥的生產(chǎn)僅需要108kg標準的煤來提供燃料的支持。相對于2015年的數(shù)據(jù)來說煤資源的損耗量減少了4kg[5]。我國還會對于各行各業(yè)的公司進行節(jié)能環(huán)保的排名，其中工信部所發(fā)布2020年我國水泥行業(yè)能效領跑者企業(yè)一共有28家，這些企業(yè)都在節(jié)能環(huán)保政策的引導下進行改革創(chuàng)新，采取了各種節(jié)能降耗的工藝和措施，使得水泥熟料單位的產(chǎn)品綜合能耗降到了每噸水泥的生產(chǎn)僅需要100kg標準煤的使用量，相應的優(yōu)化標準達到9%～20%[6]。因此我們可以發(fā)現(xiàn)隨著水泥產(chǎn)量的不斷穩(wěn)定及市場前景開闊性的提升，只有積極加強節(jié)能減排措施的應用才能夠幫助我國水泥生產(chǎn)工藝節(jié)能技術的有效性被加強。在未來的十年中，我國水泥行業(yè)能源的消耗和排放還會出現(xiàn)大幅度的下降，而且現(xiàn)階段我國大多數(shù)行業(yè)的消耗和排放都已經(jīng)呈現(xiàn)出了非常明顯的下降趨勢，在不考慮水泥產(chǎn)量的影響下，將新的節(jié)能減排技術運用到水泥生產(chǎn)過程中使得整個水泥行業(yè)的能耗和排放水平逐漸保持平穩(wěn)的下降趨勢，并且達到行業(yè)的標準值。未來的五年內，我國水泥行業(yè)的能耗節(jié)約潛力可以達到15%左右。從整體的排放水平上進行數(shù)據(jù)預測，其中二氧化碳的排放量可以減12%，二氧化硫的排放量會減少30%，其他氮氧化物的排放量將減少29%左右。相對于其他一些工業(yè)化大國和發(fā)達國家來說，我國水泥行業(yè)進行節(jié)能低碳環(huán)保處理的時間比較晚，起步比較困難，和它們相比存在著一定的差距，但是我國在不斷地進行節(jié)能減排技術應用，以生態(tài)環(huán)保理念作為工業(yè)化發(fā)展的宗旨有效促進我國水泥行業(yè)的性能提升，資源減少，實現(xiàn)可持續(xù)性的發(fā)展。但是與此同時，需要注意到水泥的生產(chǎn)不僅僅要保障性能和產(chǎn)品的質量，還需要在生產(chǎn)的過程中來降低資源損耗，才能夠符合未來可持續(xù)性發(fā)展的相關要求和標準。

2 水泥生產(chǎn)工藝的節(jié)能技術

2.1 智能化節(jié)能技術[7]

我國大部分的水泥生產(chǎn)企業(yè)都是干法企業(yè)，所利用的工藝設備比較先進，但是在能源管理過程中還會依賴于傳統(tǒng)的人工統(tǒng)計分析方法，不僅僅給整個水泥生產(chǎn)的工作效率帶來影響，而且還有一定的滯后性，距離發(fā)達國家生產(chǎn)過程中的精細化能源管理方式相比差距較大。目前，我國有部分地區(qū)和部分水泥生產(chǎn)企業(yè)已經(jīng)開始了水泥智能工廠的數(shù)字化轉型，該工廠的生產(chǎn)以精細化的管理為主，借助基礎性模塊設置能源管理中心，建立起符合自身標準的能源管理體系，做好精細化的水泥生產(chǎn)節(jié)能能源管理。在源管理系統(tǒng)的智能化操作過程通常是在硬件的層面來建立起變量采集系統(tǒng)，包括生產(chǎn)過程中的DCS數(shù)據(jù)、低壓表數(shù)據(jù)、高壓表數(shù)據(jù)、物流數(shù)據(jù)和化驗數(shù)據(jù)，通過專門的網(wǎng)絡將大量的數(shù)據(jù)收集在一起，并進行分類和分析存取，建立一套科學的能源管理系統(tǒng)軟件平臺。該平臺在水泥生產(chǎn)的過程中能夠對節(jié)能化的工藝技術進行智能分析和存儲，也能夠將各種能源的消耗數(shù)據(jù)進行圖示化的展示，并且根據(jù)水泥生產(chǎn)的效果和情況來建立分析圖表，當水泥生產(chǎn)過程中的設備處于峰谷平運行時，空負荷運行情況呈現(xiàn)出來，對于操作員來說能夠更好地進行設備的調控。水泥的生產(chǎn)智能化節(jié)能技術還會利用到生產(chǎn)調度管理模塊，對企業(yè)中各種水泥的庫存、產(chǎn)量和消耗進行數(shù)據(jù)分析，為各級管理人員提供水泥生產(chǎn)產(chǎn)量的決策依據(jù)。

2.2 預熱器分解及先進燒成技術[8]

水泥生產(chǎn)過程中比較重要的工藝環(huán)節(jié)就是水泥熟料的煅燒工藝，其中旋風預熱器的主要功能是為了保證水泥生料在進入到回轉窯之后能夠充分分解，并且將爐內排出的炙熱氣流分散于懸浮的狀態(tài)，將窯尾的高溫氣流和外部空氣進行冷熱交換，對生料做好充分預熱，保證其內部所含有的碳酸鈣有機物能夠及時分解。旋風預熱器能夠將生料粉層層收集進行分解，屬于旋風預熱器和回轉窯之間的新能源轉化系統(tǒng)，幫助生料分解率的提升。當大部分的燃料從分解爐進入到生產(chǎn)系統(tǒng)，水泥回轉窯系統(tǒng)的熱力分布就會被改善，相應的耐火材料熱負荷被有效減輕。在現(xiàn)有基礎上還需要進行六級旋風預熱器的技術突破，使其出口溫度達到270℃左右，趨于國際領先水平。在分解爐的研究中，要做好分解爐原理的模擬性試驗，幫助其及時適應不同燃料的不同特質，增強分解爐適應性，幫助燃料充分燃燒，進而達到降低氮氧化物和硫化物的排放目的。水泥回轉窯技術升級的時候，兩檔短窯指的是長徑比小于或等于12.5的回轉窯，這種方法是我國水泥生產(chǎn)工藝中最普遍的方法，也就是干型水泥生產(chǎn)法。借助旋風預熱器為回轉窯內的物料煅燒提供充分的燃燒條件，降低能源的消耗，提升熟料的質量。

2.3 計算機節(jié)能技術

以發(fā)展的眼光來看待水泥的生產(chǎn)和制造行業(yè)，該行業(yè)屬于一種能源消耗密度較大的行業(yè)，這是因為特殊的工藝技術特點和生產(chǎn)過程中所需要大量的燃料消耗，后續(xù)的兩磨工藝也需要依賴電能的消耗。水泥生產(chǎn)時能源消耗所產(chǎn)生的成本占據(jù)了整體成本的40%，最高可以達到70%，因此對于水泥的生產(chǎn)來說能源消耗產(chǎn)生的成本就是最大的成本。這項成本已是可控的，只有利用好相應的節(jié)能技術就能夠進行能耗成本的降低。與此同時，做好水泥生產(chǎn)過程中精細化的能源管理和智能化控制系統(tǒng)，還有助于水泥生產(chǎn)的效率提升、產(chǎn)品質量變高。對于水泥行業(yè)來說達到一個“降本增效”的優(yōu)良結果。隨著互聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)、人工智能等科學技術的發(fā)展和帶動，水泥行業(yè)還進行了智能技術升級?，F(xiàn)在大多數(shù)水泥企業(yè)都已經(jīng)裝備有先進的新型干法水泥生產(chǎn)線，借助計算機DCS控制系統(tǒng)采取針對性的控制方案，幫助水泥的生產(chǎn)實現(xiàn)即時化、平穩(wěn)化和精細化，做好水泥生產(chǎn)設備的智能和優(yōu)化調控，建立起水泥計算機智能專家管控系統(tǒng)，幫助建設水泥智能生產(chǎn)工廠，是促進我國水泥生產(chǎn)行業(yè)實現(xiàn)綠色、環(huán)保、可持續(xù)發(fā)展的重要抓手。水泥生產(chǎn)系統(tǒng)具有典型的滯后性，而且多變量之間還存在著耦合的工藝系統(tǒng)，經(jīng)常會基于單入單出的PID回路系統(tǒng)而無法操控，通過依靠水泥生產(chǎn)設備操作員的經(jīng)驗來進行調節(jié)，受到人為因素的限制導致生產(chǎn)過程出現(xiàn)意想不到的問題。而現(xiàn)有的計算機節(jié)能水泥生產(chǎn)系統(tǒng)專家能夠借助水泥窯磨和相關的工序模型來預測水泥生產(chǎn)過程中可能會出現(xiàn)的問題，提出相應的解決方案，在穩(wěn)定的基礎上對物料成分、煤的能耗進行數(shù)據(jù)分析，挖掘大數(shù)據(jù)和人工智能算法測算得到基于每小時入窯生料成分的最優(yōu)最經(jīng)濟操作，幫助實現(xiàn)水泥窯磨運行的最高效率。

3 結束語

綜上所述，由于水泥在社會建設過程中所發(fā)揮的重要性不言而喻，加強水泥生產(chǎn)不僅僅需要重視其質量提升，還應當從節(jié)能的角度來優(yōu)化工作流程和生產(chǎn)工藝，盡可能提升建材生產(chǎn)的能源利用率，減少資源的浪費。將水泥生產(chǎn)工藝的節(jié)能技術運用其中，一方面能夠對整個水泥的生產(chǎn)過程作出結構優(yōu)化和技術調整，另一方面在科學力量的支持下，水泥的生產(chǎn)也逐漸呈現(xiàn)出科學化、自動化、專業(yè)化、節(jié)能化等多種優(yōu)勢并行的場面，為我國建筑行業(yè)的發(fā)展提供了更為高質量的原材料，也有效促進了我國建筑行業(yè)的環(huán)保性。因此，文章中將水泥生產(chǎn)工藝和節(jié)能技術融合在一起也是對資源的節(jié)約，為節(jié)能技術本身探討了更多在未來發(fā)展過程中所應用的可能性，幫助我國環(huán)保技術取得更多的進步和發(fā)展。