王曉龍

Cement and concrete production 水泥與混凝土生產(chǎn)

水泥生產(chǎn)工藝節(jié)能技術(shù)探討

王曉龍

（西安建筑科技大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院粉體工程研究所 710055）

我國(guó)是一個(gè)水泥消耗大國(guó)，而水泥生產(chǎn)過程中又伴隨著大量電力、水、煤等資源的消耗，這些資源的消耗占據(jù)了較大的成本。本文將在保證水泥質(zhì)量和提升生產(chǎn)效率為前提的基礎(chǔ)上，討論分析水泥生產(chǎn)工藝的節(jié)能技術(shù)，總結(jié)水泥粉磨生產(chǎn)、水泥生產(chǎn)技術(shù)的節(jié)能優(yōu)化建議，有效減少水泥生產(chǎn)環(huán)節(jié)的能源耗損，達(dá)到節(jié)能生產(chǎn)的目的。

水泥生產(chǎn)；節(jié)能技術(shù)；水泥粉磨

0 引言

水泥作為建筑行業(yè)中最為常見的原材料，具有諸多優(yōu)勢(shì)目前在生產(chǎn)建設(shè)中不可替代。水泥工業(yè)已經(jīng)成為了衡量國(guó)家國(guó)民經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展水平和綜合實(shí)力的重要標(biāo)準(zhǔn)。目前，隨著我國(guó)對(duì)基礎(chǔ)建設(shè)投入的加大，水泥的需求量呈上升的趨勢(shì)，而水泥生產(chǎn)中往往伴隨著高污染和高耗能，因此，在水泥生產(chǎn)中積極實(shí)施節(jié)能技術(shù)，不斷探索水泥的新的生產(chǎn)工藝和技術(shù)就顯得尤為重要。

1 水泥生產(chǎn)工藝節(jié)能技術(shù)介紹

1.1 變頻控制技術(shù)

水泥生產(chǎn)回轉(zhuǎn)窯主動(dòng)傳會(huì)有動(dòng)力產(chǎn)生，產(chǎn)生動(dòng)力是頻率控制技術(shù)電機(jī)設(shè)備的驅(qū)動(dòng)力，所采用的電機(jī)系統(tǒng)有比較高的要求，啟動(dòng)扭距高、調(diào)速性能穩(wěn)定，才能夠與回轉(zhuǎn)窯搭配運(yùn)行。比較傳統(tǒng)的方式均是利用電機(jī)串聯(lián)電阻調(diào)速達(dá)到回轉(zhuǎn)窯驅(qū)動(dòng)的目的，與此同時(shí)，回轉(zhuǎn)窯運(yùn)用晶體管技術(shù)，提升直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)應(yīng)用頻率[2]。由于回轉(zhuǎn)窯會(huì)散發(fā)大量熱量，所以直流電機(jī)可能會(huì)導(dǎo)致炭刷、換向器頭破損，影響到低速運(yùn)行穩(wěn)定性，還會(huì)在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生大量能耗。現(xiàn)如今，為了達(dá)到節(jié)能生產(chǎn)的目的，轉(zhuǎn)窯電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)搭配變頻調(diào)速技術(shù)，可以組建交流調(diào)速驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，替代傳統(tǒng)的直流調(diào)速系統(tǒng)，獲得非常顯著的節(jié)能生產(chǎn)成效。另外，變頻器交流電機(jī)搭配組建交流調(diào)速系統(tǒng)，其中需要用應(yīng)用逆變器，將其作為無源逆變器，實(shí)現(xiàn)商用頻率之間的轉(zhuǎn)換[3]。利用控制變頻器與變頻交流電機(jī)驅(qū)動(dòng)，便可以拖動(dòng)回轉(zhuǎn)窯，使得回轉(zhuǎn)窯實(shí)現(xiàn)牽引變頻控制，并且達(dá)到同步控制的目的?；剞D(zhuǎn)窯高扭距必須要符合要求，且調(diào)速環(huán)節(jié)具備穩(wěn)定性才能夠優(yōu)化水泥生產(chǎn)節(jié)能成效?；剞D(zhuǎn)窯主動(dòng)傳系統(tǒng)均可以采用變頻控制器技術(shù)，已經(jīng)成為當(dāng)前水泥生產(chǎn)比較常用的節(jié)能工藝。

1.2 燃燒技術(shù)

1、雙管煤粉燃燒器

水泥生產(chǎn)中運(yùn)用燃燒技術(shù)，其中會(huì)包括新型雙管燃燒器，這種燃燒器類型比較豐富，常用的有雙管煤粉燃燒器，不僅具備傳統(tǒng)形式的多通道燃燒器優(yōu)勢(shì)，還能夠解決燃燒區(qū)個(gè)別部位高溫這一問題，加強(qiáng)分布火焰溫度的合理性，延長(zhǎng)窯爐運(yùn)行時(shí)間[4]。除此之外，新型雙管燃燒器能夠?qū)?nèi)管道消除，使得旋流器外管道旋流強(qiáng)度得到優(yōu)化，如果環(huán)形射流厚度超出管道燃燒器厚度的3倍，那么燃燒器運(yùn)行效率顯著降低，此時(shí)技術(shù)人員延緩空氣與煤粉點(diǎn)火的速度，能夠減小火焰最高溫度，燒結(jié)區(qū)耐火磚使用期限也可以延長(zhǎng)，如此一來便可以節(jié)省多風(fēng)燃燒器。使用的內(nèi)外空氣調(diào)節(jié)閥將傳統(tǒng)燃燒器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)加以簡(jiǎn)化，經(jīng)過實(shí)踐發(fā)現(xiàn)一次風(fēng)機(jī)節(jié)約可高達(dá)30%。變速箱手輪可以更改火焰形狀，觀察變速箱顯示器的提示內(nèi)容，加強(qiáng)火焰控制精準(zhǔn)性。利用煤粉螺旋給料機(jī)，將其安裝在螺旋泵上方部位，使用螺旋桿，風(fēng)機(jī)可以傳送煤粉進(jìn)入到雙管式燃燒器中，由高壓離心風(fēng)機(jī)負(fù)責(zé)提供外部環(huán)境的空氣，實(shí)現(xiàn)燃燒器的穩(wěn)定運(yùn)行。

2、煤粉燃燒技術(shù)

采用煤粉燃燒技術(shù)，因?yàn)槌渥沭B(yǎng)區(qū)內(nèi)部煤粉能夠完全燃燒，在這一條件下煤粉化學(xué)不完全燃燒損失會(huì)在煤粉燃燒技術(shù)的作用下不斷降低，提升燃燒效果

3、減少窯熱損失

回轉(zhuǎn)窯運(yùn)行期間窯熱損失隨之減少，氣缸空氣內(nèi)部損失熱量在總熱量中占比約為20%，附近空氣利用襯套、汽缸可以接收到回轉(zhuǎn)窯傳輸?shù)臒釟饬鳠崃?。如果?nèi)襯導(dǎo)熱系數(shù)增加，會(huì)減小熱阻，并提升熱損失。所以窯襯熱阻提升，絕熱效果得到優(yōu)化，而減少窯缸熱損失便可以達(dá)到提升窯襯熱阻的目的。

1.3 預(yù)粉磨技術(shù)

水泥進(jìn)入到球磨處理這一階段之前，需要進(jìn)行預(yù)粉磨處理，增加料床粉磨裝置，確保原本運(yùn)行的球磨系統(tǒng)能夠增加節(jié)能生產(chǎn)效率。料床粉磨與單顆粒破碎對(duì)比存在差別，比較經(jīng)典的料床粉磨設(shè)備包括輥式磨、輥壓機(jī)、筒輥磨，三種不同的料床粉磨設(shè)備都可以進(jìn)行預(yù)粉磨，其中輥壓機(jī)用預(yù)粉磨相對(duì)較多。分析輥壓機(jī)預(yù)粉磨大致可以劃分成循環(huán)預(yù)粉磨、部分終粉磨、混合粉磨、聯(lián)合粉磨等環(huán)節(jié)，其中循環(huán)預(yù)粉磨、聯(lián)合粉磨比較常見[5]。運(yùn)用預(yù)粉磨技術(shù)可以簡(jiǎn)化循環(huán)預(yù)粉磨操作流程，電能節(jié)省效果明顯。經(jīng)過實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，單耗能降低可達(dá)到11%，但聯(lián)合粉磨操作環(huán)節(jié)比較復(fù)雜，與水泥膜對(duì)比能夠節(jié)省系統(tǒng)電耗在19%左右。

1.4 排氣系統(tǒng)熱管技術(shù)

水泥生產(chǎn)需要用到不同類型的熱管，為了能夠達(dá)到節(jié)能的目的，同時(shí)減少投資，重力型熱管最為常見。該熱管具有較好的密封性與潔凈性，是抽成真空金屬管。在管內(nèi)填充工作介質(zhì)，例如純水、丙酮或者有機(jī)化合物等，可以在-200~2000℃這一溫度區(qū)間內(nèi)使用。如果下方高溫?zé)嵩磦鬏敓崃康焦芮?，考慮到加熱管腔下方為液態(tài)工質(zhì)，可以快速蒸發(fā)上升至熱管的上方。上方殼外低溫冷源具有吸熱的效果，蒸汽冷凝成液滴之后可以釋放汽化潛熱。此時(shí)液滴憑借自身重力順沿管壁回流到下方，重新受熱氣化，反復(fù)循環(huán)這一流程，期間效率不斷提高，便可以結(jié)束熱回收處理。

1.5 煤粉噴騰燃燒技術(shù)

水泥熟料生產(chǎn)環(huán)節(jié)采用煤粉噴騰燃燒技術(shù)，需要用到煤粉燃燒器，在技術(shù)不斷創(chuàng)新與改進(jìn)之后，風(fēng)煤混合處理得到的效果也更加優(yōu)化，有效提高了煤粉燃燒效率。因?yàn)槊悍廴紵Ч鼮槌渥?，水泥熟料生產(chǎn)環(huán)節(jié)火焰溫度不斷提升，通過煤粉燃燒技術(shù)使得綜合煤、劣質(zhì)煤生產(chǎn)燃燒效率得到提高。因?yàn)橐淮物L(fēng)量降低，煤粉噴騰燃燒過程中二次風(fēng)量提高，煤粉燃燒效果更加理想，可以規(guī)避一次風(fēng)量過大導(dǎo)致煤粉向低溫區(qū)域飄落，引發(fā)的無法充分燃燒而浪費(fèi)的現(xiàn)象。當(dāng)二次風(fēng)量加強(qiáng)之后，煤粉燃燒環(huán)節(jié)供養(yǎng)更為充足，能夠提升煤粉燃燒效率。

2 水泥生產(chǎn)節(jié)能優(yōu)化建議

2.1 水泥粉磨生產(chǎn)節(jié)能優(yōu)化

水泥粉磨是水泥生產(chǎn)的關(guān)鍵性環(huán)節(jié)，采用球磨機(jī)開路粉磨系統(tǒng)，通過球磨機(jī)這一設(shè)備，如果水泥熟料或者混合料的硬度不同，便可以同時(shí)放入到球磨機(jī)內(nèi)展開粉末處理，最終獲得粉末成品[1]。總結(jié)該工藝的優(yōu)勢(shì)在于操作過程簡(jiǎn)單，對(duì)技術(shù)人員專業(yè)性要求不高，同時(shí)也不需要投入大量資金。但缺點(diǎn)是如果操作過程控制不到位，有可能會(huì)出現(xiàn)過粉磨這一現(xiàn)象。

采用球磨機(jī)進(jìn)行閉路粉磨生產(chǎn)，這里提到的閉路粉磨同樣是運(yùn)用球磨機(jī)設(shè)備，針對(duì)水泥熟料展開加工處理，隨后再采用選粉機(jī)將加工得到的成品劃分類別，即成品和粗粉，得到的粗粉需要重新放入球磨機(jī)展開粉磨生產(chǎn)。通過該工藝能夠解決過粉磨現(xiàn)象，并且不會(huì)導(dǎo)致大量能耗，最終成品產(chǎn)量較大，可以保證成品質(zhì)量。然而操作過程中具有一定復(fù)雜性，對(duì)技術(shù)人員的要求相對(duì)較高。

在生產(chǎn)過程中同時(shí)結(jié)合輥壓機(jī)、預(yù)磨粉和球磨機(jī)，技術(shù)人員將水泥熟料放入到輥壓機(jī)中展開粉磨預(yù)處理。這一環(huán)節(jié)有利于加強(qiáng)水泥物料易磨性，隨后玉磨物料放到球磨機(jī)內(nèi)部展開粉磨操作，可以提升粉磨生產(chǎn)的效率，降低生產(chǎn)環(huán)節(jié)能耗，有利于推動(dòng)當(dāng)前水泥生產(chǎn)工藝的創(chuàng)新。

將輥壓機(jī)、球磨機(jī)和選粉機(jī)融合，實(shí)現(xiàn)水泥粉磨工藝統(tǒng)一集成。按照實(shí)際水泥生產(chǎn)要求方面的差異，將水泥熟料和其他成分調(diào)配獲得水泥調(diào)配模塊。采用給料機(jī)進(jìn)行稱重，隨后在輥壓機(jī)內(nèi)部放入原料實(shí)施預(yù)粉磨處理，最后采用球磨機(jī)深入粉磨。因?yàn)橹邦A(yù)處理階段原料內(nèi)部巖性結(jié)構(gòu)已經(jīng)碎化，所以進(jìn)行到球磨機(jī)生產(chǎn)這一階段便可以進(jìn)一步提升生產(chǎn)效率，達(dá)到水泥生產(chǎn)節(jié)能化的這一目的。

2.2 水泥生產(chǎn)技術(shù)的節(jié)能優(yōu)化

為了達(dá)到良好的分解節(jié)能效果，在水泥節(jié)能生產(chǎn)過程中運(yùn)用新型干法水泥生產(chǎn)線，能夠促進(jìn)水泥生產(chǎn)，并且達(dá)到減少熱消耗的效果。采用該技術(shù)，包括選材、加工處理、粉磨生料等工序，在水泥節(jié)能生產(chǎn)這一方面有非常好的效果。在生料制備環(huán)節(jié)駕駛運(yùn)輸車輛將石灰石運(yùn)輸?shù)狡扑槲沽蟼}(cāng)，由破碎系統(tǒng)對(duì)石灰石進(jìn)行破碎處理，最后再運(yùn)輸?shù)筋A(yù)配料預(yù)均化堆場(chǎng)當(dāng)中，所采用的輔助原料輸送到相應(yīng)的配料庫(kù)。操作雙輥破碎機(jī)處理。當(dāng)土顆粒破碎程度超過85%，且粒徑不足25mm便可以轉(zhuǎn)入到預(yù)配料預(yù)均化堆場(chǎng)。所有原材料經(jīng)過破碎處理之后輸送至配料庫(kù)，經(jīng)過皮帶運(yùn)輸機(jī)、入磨鎖風(fēng)閥等運(yùn)輸裝置傳送到原料立式磨中展開烘干、粉磨加工。完成粉磨這一環(huán)節(jié)，如果依然有粗粉存在需要重新返工，確定不存在粗粉即可將其放入至旋風(fēng)收塵器進(jìn)行最后的處理。

利用預(yù)熱器分解爐展開生料的預(yù)熱與分解，可以替代傳統(tǒng)的回轉(zhuǎn)窯，并且將回窯長(zhǎng)度縮短。當(dāng)窯內(nèi)處于堆積狀態(tài)進(jìn)行氣料換熱，轉(zhuǎn)移到預(yù)熱器且處于懸浮狀態(tài)，將混合生料與所排出熾熱氣體混合，可以提升傳熱速度以及熱交換效率，減少熟料燒成熱耗。立足于水泥節(jié)能生產(chǎn)這一角度，采用預(yù)熱分解技術(shù)對(duì)比傳統(tǒng)工藝增加了分解爐，回轉(zhuǎn)窯與預(yù)熱器中間增設(shè)上升煙道，再利用燃料噴入裝置，確保分解爐中的燃料燃燒放熱、生料碳酸鹽分解吸熱更加高效的完成，使得入窖生料分解率顯著提升。其中移動(dòng)碳酸鹽分解也是在分解爐中實(shí)施，在分解爐內(nèi)加入部分燃料，可以降低窯內(nèi)煅燒帶產(chǎn)生的熱負(fù)荷。因?yàn)樯先剂暇诰鶆蚧旌蠣顟B(tài)下，所以物料能夠?qū)⑷剂先紵a(chǎn)生熱量快速吸收，使得燃燒、換熱、碳酸鹽分解這一系列流程有效實(shí)施，真正體現(xiàn)出新型干法水泥這一工藝的節(jié)能降耗優(yōu)勢(shì)。

進(jìn)行到煤磨環(huán)節(jié)通常會(huì)操作輥式磨系統(tǒng)，將其放置在窯頭部位，窯頭冷卻機(jī)排放廢氣，為水泥烘干提供最為基礎(chǔ)的熱量。工作人員計(jì)量經(jīng)原煤倉(cāng)所有原煤進(jìn)行烘干、粉磨、選粉加工，最終獲得的成品煤粉在出磨之后，受到氣流作用會(huì)轉(zhuǎn)移到收塵器內(nèi)。采集煤粉利用鏈?zhǔn)捷斔蜋C(jī)運(yùn)輸?shù)矫悍蹅}(cāng)中，此時(shí)氣體經(jīng)過凈化處理后順利排入至大氣。計(jì)量之后的煤粉受氣力作用，運(yùn)輸?shù)礁G與分解爐當(dāng)中，所采用的計(jì)量設(shè)備會(huì)選擇燃燒器，通過定量的方式獲取煤粉，保證窯內(nèi)溫度。煤粉經(jīng)過計(jì)量設(shè)備最上方一側(cè)進(jìn)入轉(zhuǎn)子，而另外一側(cè)的底部位置有壓縮空氣，進(jìn)入，同樣經(jīng)過轉(zhuǎn)子，隨后煤粉便會(huì)在雙重作用下轉(zhuǎn)移到窯內(nèi)。當(dāng)熟料與石膏通過定量喂料機(jī)，便會(huì)被傳輸?shù)剿嗄フ归_粉磨處理與加工，操作選粉機(jī)、水泥磨便會(huì)組合成為圈流水泥磨。按照水泥產(chǎn)品生產(chǎn)規(guī)定，在粉磨期間適量摻加熟料、混合材料。完成粉磨加工后，提升機(jī)輸送環(huán)節(jié)，內(nèi)部水泥經(jīng)過累積便會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)樗鄮?kù)，作為成品運(yùn)輸?shù)玫绞褂谩?/p>

3 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，現(xiàn)階段水泥生產(chǎn)需要朝著節(jié)能的目標(biāo)前進(jìn)，結(jié)合現(xiàn)有水泥生產(chǎn)方案，需要優(yōu)化生產(chǎn)工藝與技術(shù)，采用新型生產(chǎn)設(shè)備，減少生產(chǎn)過程中的能耗，同時(shí)提高生產(chǎn)效率與設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)效率，減少資金投入。今后在水泥節(jié)能生產(chǎn)的過程中，還需要加強(qiáng)對(duì)新技術(shù)研發(fā)的重視，能夠發(fā)揮現(xiàn)有節(jié)能技術(shù)作用，搭配全新的節(jié)能工藝，替代傳統(tǒng)能耗高的設(shè)備和技術(shù)，推動(dòng)水泥生產(chǎn)朝著綠色環(huán)保的方向發(fā)展。

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王曉龍（1979.11- ），男，陜西省寶雞市岐山縣，現(xiàn)職稱：中級(jí)工程師。學(xué)歷：碩士研究生；研究方向：建筑材料，材料工程，單位：西安建筑科技大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院粉體工程研究所。

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1007-6344（2021）01-0003-02