李憲標(biāo)

水泥生產(chǎn)工藝中的節(jié)能技術(shù)探究

李憲標(biāo)

（無錫天山水泥有限公司，江蘇 無錫 214161）

基礎(chǔ)建設(shè)材料中，水泥是十分重要的一種。而水泥生產(chǎn)能耗高，污染重，是制約水泥產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的重要瓶頸。在國家發(fā)展的新階段，水泥生產(chǎn)企業(yè)及從業(yè)人員必須以節(jié)能環(huán)保的理念作為發(fā)展的核心理念，研究和創(chuàng)新水泥生產(chǎn)節(jié)能技術(shù)，加快走上高質(zhì)量發(fā)展的道路。本文圍繞水泥生產(chǎn)工藝中的節(jié)能技術(shù)進(jìn)行了探討，文章闡述了水泥行業(yè)節(jié)能潛力，概述了水泥磨粉生產(chǎn)工藝流程，對傳統(tǒng)工藝和現(xiàn)代工藝的創(chuàng)新技術(shù)進(jìn)行了對比，并對水泥生產(chǎn)工藝節(jié)能技術(shù)進(jìn)行了論述，供相關(guān)人士參考。

水泥；磨粉工藝；節(jié)能技術(shù)；設(shè)備能耗

0 引言

水泥行業(yè)是耗能很高的行業(yè)，同時(shí)也是污染物排放量較大的行業(yè)。我國正在邁入到第二個百年奮斗發(fā)展階段，高質(zhì)量發(fā)展是這一發(fā)展階段的主要目標(biāo)。對于水泥企業(yè)來說，只有依靠科技創(chuàng)新，走節(jié)能環(huán)保的道路才能實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展的目標(biāo)。

1 水泥行業(yè)節(jié)能潛力分析

水泥行業(yè)在資源消耗方面主要是以煤炭為主，同時(shí)還包含一部分電力能源。煤炭資源在水泥行業(yè)能耗中占據(jù)了很大的比重，而生產(chǎn)中因煤炭質(zhì)量較低，產(chǎn)生的污染物排放量也較大。為了減少污染物排放，提高生產(chǎn)效率，可采用加強(qiáng)煤炭質(zhì)量管控的策略，通過對煤炭品質(zhì)進(jìn)行嚴(yán)格篩選，保證煤炭資源符合環(huán)保節(jié)能的生產(chǎn)要求。近年來，清潔型能源在能源市場中占比越來越多，成為水泥企業(yè)煤炭燃料的重要替代物。加強(qiáng)清潔型能源的使用率，減少煤炭用量是水泥行業(yè)節(jié)能減排的有效途徑。相對于國外先進(jìn)國家，我國水泥行業(yè)節(jié)能發(fā)展起步晚，仍舊與先進(jìn)國家有差距。在保證水泥產(chǎn)品質(zhì)量的同時(shí)，進(jìn)一步降低資源消耗，減少污染物排放量仍舊有很大的進(jìn)步空間。

2 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[1]。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。

3 傳統(tǒng)工藝與新型工藝的技術(shù)創(chuàng)新對比

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)勢互補(bǔ)，強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合的綜合優(yōu)勢，推動水泥生產(chǎn)企業(yè)節(jié)能降耗目標(biāo)實(shí)現(xiàn)。

4 水泥生產(chǎn)工藝中的節(jié)能技術(shù)

通過添加混合材料降低能耗。水泥生產(chǎn)工藝中在原材料中加入添加劑，改善原材料的整體性能，提高熟料研磨效率，起到節(jié)約能耗的效果。如在水泥原材料中加入冶煉生產(chǎn)的固體廢渣，以較低的成本來起到改善原材料性能的目標(biāo)[2]。煉鐵或煉鋼生產(chǎn)中的固體廢渣本身是廢棄物，將這些固體廢棄物作為混合添加劑材料加入到水泥生產(chǎn)原料中，是一種資源高效利用的方式，實(shí)現(xiàn)了變廢為寶，是一種節(jié)能環(huán)保的有效方式。

在水泥生產(chǎn)工藝中采用變頻技術(shù)。設(shè)備功率能耗是重要的節(jié)能管理部分。設(shè)備運(yùn)行時(shí)間長，生產(chǎn)設(shè)備功率部分空耗造成的能源浪費(fèi)是很大的。水泥生產(chǎn)中用到的提升設(shè)備、風(fēng)機(jī)等可進(jìn)行變頻改造，通過在設(shè)備中應(yīng)用變頻技術(shù)，降低設(shè)備使用中的能耗，利用自動化控制技術(shù)來提高水泥生產(chǎn)設(shè)備運(yùn)行精準(zhǔn)度[3]，節(jié)約能源。

在水泥生產(chǎn)中采用預(yù)磨粉技術(shù)。傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝最初的流程是球磨機(jī)磨粉，由于進(jìn)入到球磨機(jī)的原料顆粒細(xì)度不同，因此磨粉效率較低，粗粉重新進(jìn)入到球磨機(jī)進(jìn)行二次磨粉，導(dǎo)致整體磨粉的效率低，能耗高。針對這種情況，在球磨機(jī)磨粉之前增加預(yù)磨粉步驟，增設(shè)料床粉磨設(shè)備，包括立磨、輥壓機(jī)、桶輥磨等多種設(shè)備，對原料中的大顆粒進(jìn)行預(yù)磨。通過增加預(yù)磨粉步驟使磨粉環(huán)節(jié)更好地區(qū)分了粗磨和細(xì)磨，為進(jìn)入到球磨機(jī)磨粉減輕了運(yùn)行負(fù)荷，有效降低能耗[4]，而且在增加預(yù)磨粉步驟后能夠更好地控制磨粉指標(biāo)，為保障水泥產(chǎn)品質(zhì)量奠定了前提條件。

采用熱管技術(shù)。水泥生產(chǎn)工藝中的排氣系統(tǒng)中采用熱管技術(shù)實(shí)現(xiàn)熱量回收，節(jié)約能耗損失。應(yīng)用較多的是重力型熱管，外部是密封型的金屬管，內(nèi)部填充有水、丙酮、乙醇等介質(zhì)。重力型熱管下部熱量經(jīng)過外部的金屬管進(jìn)入到內(nèi)部填充介質(zhì)，熱管下部的液態(tài)介質(zhì)吸熱后溫度升高，當(dāng)達(dá)到揮發(fā)臨界溫度時(shí)蒸發(fā)沿著管上升。重力型熱管上部金屬管的外部有低溫冷源，用于吸收揮發(fā)介質(zhì)的熱量，使揮發(fā)介質(zhì)溫度降低，由蒸氣變成液滴，在重力作用下回到熱管下部，進(jìn)入到下一個循環(huán)過程。在管內(nèi)介質(zhì)的狀態(tài)轉(zhuǎn)變過程中，熱量被回收到低溫冷源中，有效減少了熱能損失。

水泥生產(chǎn)中燃燒技術(shù)優(yōu)化。燃燒技術(shù)的優(yōu)劣直接影響到燃燒效率，而且對能耗高低也密切相關(guān)。采用新型的燃燒技術(shù)是提高燃燒效率，減少能耗的重要途徑。如采用雙風(fēng)道燃燒裝置，內(nèi)部不再有傳統(tǒng)燃燒裝置的內(nèi)風(fēng)道，而是以旋流裝置取代傳統(tǒng)風(fēng)道，這樣就實(shí)現(xiàn)了更好地風(fēng)向和氧量調(diào)節(jié)，工作人員可以根據(jù)窯爐內(nèi)的燃燒情況對供風(fēng)情況進(jìn)行更高效率的調(diào)整。而且雙風(fēng)道燃燒裝置中采用了環(huán)形射流的方式，這樣的方式比傳統(tǒng)射流方式大大增加了射流厚度，能夠使磨粉和風(fēng)二次風(fēng)的混合速度更均勻，對于降低火焰峰值，提高水泥產(chǎn)品質(zhì)量帶來積極影響。雙風(fēng)道燃燒裝置中不再有傳統(tǒng)多風(fēng)道燃燒裝置中的內(nèi)外風(fēng)調(diào)節(jié)閥門，可以減少閥門數(shù)量，節(jié)約風(fēng)機(jī)用電能耗。火焰形狀的調(diào)節(jié)可聽過齒輪箱上的指示裝置來獲取信息，工作人員可以通過傳動箱手輪進(jìn)行合理調(diào)整，更直觀方便地對火焰形狀進(jìn)行調(diào)控，保證了燃燒效率。采用雙風(fēng)道燃燒裝置可以消除傳統(tǒng)多風(fēng)道燃燒裝置運(yùn)行過程中局部溫度過高的問題，雙風(fēng)道的風(fēng)量氧量更容易實(shí)現(xiàn)合理調(diào)節(jié)，火焰分布區(qū)域更加合理，在窯爐長時(shí)間運(yùn)行過程中不僅實(shí)現(xiàn)了較好的燃燒效率，而且避免了溫度過高導(dǎo)致的能耗損失。在水泥生產(chǎn)燃燒技術(shù)中，還可以采用煤粉噴騰技術(shù)。該技術(shù)是對煤粉燃燒裝置進(jìn)行改進(jìn)，在燃燒器上安裝調(diào)節(jié)氣流裝置，促進(jìn)風(fēng)和煤粉的混合均勻度，提高風(fēng)和煤粉的混合效率，促進(jìn)煤粉燃燒更加充分。通過減少一次風(fēng)量，提高二次風(fēng)量，避免了傳統(tǒng)方式中煤粉混合不均勻，一次風(fēng)過大導(dǎo)致的煤粉落到低溫燃燒區(qū)域內(nèi)的情況。在不同煤種或煤質(zhì)混合燃燒的情況下，該技術(shù)可以使煤的燃燒效果得到有效改善。避免了煤粉不完全燃燒造成的能量損失，節(jié)約了能耗。

5 降低主要生產(chǎn)設(shè)備的能耗

球磨機(jī)的電動機(jī)能耗降低技術(shù)。在異步電動機(jī)的頻繁啟動環(huán)節(jié)會導(dǎo)致較多的能耗損失。采用液體電阻啟動器可實(shí)現(xiàn)比異步電動機(jī)能耗更低的效果。液體電阻啟動器與異步電動機(jī)的最大區(qū)別在于，異步電動機(jī)是采用繞線方式，而且液體電阻啟動器是采用了液體電阻的方式。將兩極之間的距離縮短，液體電阻變小，此時(shí)電機(jī)就可以在不受到?jīng)_擊的情況下進(jìn)行啟動。由于液體電阻啟動器的啟動方式采用的是縮短兩極之間距離利用液體電阻變化的方式進(jìn)行啟動，因此設(shè)備啟動只需要很小部分的電流就可以實(shí)現(xiàn)，因此對電網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性有益，不容易發(fā)生供電故障，即使是在連續(xù)啟動的模式下，電網(wǎng)也不會受到較大的影響，是一種運(yùn)行安全穩(wěn)定，且節(jié)約能耗的技術(shù)。該節(jié)能技術(shù)操作和維護(hù)管理較為方便，應(yīng)用率較高。在繞線式電動機(jī)的節(jié)能技術(shù)方面，主要是圍繞電機(jī)定子電流和定子電壓進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)。通過靜止進(jìn)相器可作為補(bǔ)償設(shè)備來節(jié)約能耗。使T頻電源電流和繞線式電動機(jī)轉(zhuǎn)子電流保持相同的頻率，對電機(jī)定子電流和定子電壓進(jìn)行調(diào)整。通過采用補(bǔ)償設(shè)備，能夠?qū)Χㄗ与娏骱投ㄗ与妷哼M(jìn)行改變，使電機(jī)運(yùn)行中的電流減小，實(shí)現(xiàn)節(jié)能目標(biāo)。同時(shí)在電機(jī)運(yùn)行的過程中，銅芯的磨損情況較為嚴(yán)重，對設(shè)備運(yùn)行成本帶來不利影響。采用補(bǔ)償設(shè)備后可以降低銅芯的磨損率，延長部件壽命，降低運(yùn)維成本。在水泥生產(chǎn)中，電動機(jī)的運(yùn)行參數(shù)調(diào)整對于設(shè)備耗能多少密切相關(guān)。為了保證電動機(jī)運(yùn)行效率提升，在設(shè)備運(yùn)行負(fù)荷參數(shù)上進(jìn)行嚴(yán)格控制，避免超負(fù)荷運(yùn)行和低負(fù)荷運(yùn)行，通過對設(shè)備裕興負(fù)荷參數(shù)的控制來確保水泥生產(chǎn)目標(biāo)實(shí)現(xiàn)，同時(shí)減少設(shè)備低負(fù)荷運(yùn)行造成的能耗損失[5]。

智能型電動機(jī)節(jié)電技術(shù)。在電動機(jī)節(jié)能措施中，采用智能型的節(jié)電裝置是現(xiàn)代節(jié)能技術(shù)應(yīng)用的重要方向。近年來在水泥生產(chǎn)工藝匯總，越來越多的生產(chǎn)企業(yè)采用智能型電動機(jī)節(jié)電裝置，幫助水泥企業(yè)更好地實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗目標(biāo)。如在水泥生產(chǎn)工藝中在一些輕負(fù)荷和負(fù)荷波動性較大的電機(jī)設(shè)備中采用節(jié)電裝置。節(jié)電裝置中采用了控制電流導(dǎo)通狀態(tài)的方式，同時(shí)利用自動化控制技術(shù)對電動機(jī)的啟動電流以及電動機(jī)的運(yùn)行輸出功率進(jìn)行調(diào)控，使帶動及能夠?qū)崿F(xiàn)軟啟動，能夠更加靈活地使用電動機(jī)負(fù)荷波動情況。智能型節(jié)點(diǎn)裝置中具有自動調(diào)節(jié)功能，可以對電機(jī)運(yùn)行的輸出功率進(jìn)行自動跟蹤，能夠?qū)€路中的脈沖諧波進(jìn)行過濾，使電機(jī)設(shè)備的電壓更加平穩(wěn)，減少了電壓大范圍波動，使電源得到保護(hù)。

風(fēng)機(jī)設(shè)備的能耗降低技術(shù)。在風(fēng)機(jī)啟動環(huán)節(jié)，采用液態(tài)電阻啟動器可以避免風(fēng)機(jī)啟動過程中電流超出額定范圍，通過控制電流在合理的范圍內(nèi)減少功率過大的情況，節(jié)約電能。采用液體電阻器或者頻率調(diào)節(jié)裝置對風(fēng)機(jī)風(fēng)量進(jìn)行合理控制。液體電阻啟動器可采用具有手動調(diào)節(jié)功能的類型，而不是只有自動調(diào)節(jié)的功能，通過自動調(diào)節(jié)和手動調(diào)節(jié)相結(jié)合的方式實(shí)現(xiàn)對風(fēng)機(jī)速度的靈活調(diào)整，滿足實(shí)際風(fēng)量調(diào)節(jié)需求。在實(shí)際的應(yīng)用中，常用的方式是兩種方式相結(jié)合的調(diào)節(jié)方式，在滿足生產(chǎn)需求的同時(shí)也能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)能降耗的目標(biāo)。對風(fēng)機(jī)電機(jī)運(yùn)行速度進(jìn)行調(diào)節(jié)來降低設(shè)備能耗也是一種途徑。在電機(jī)運(yùn)行過程中，不同區(qū)域有不同的感應(yīng)溫度，對溫度進(jìn)行感應(yīng)得到溫度的變化情況，然后根據(jù)溫度變化信息來對送風(fēng)量和進(jìn)風(fēng)量進(jìn)行適應(yīng)性調(diào)整，使風(fēng)機(jī)的輸出風(fēng)量和風(fēng)力達(dá)到優(yōu)化區(qū)間，提高設(shè)備運(yùn)行效率。傳統(tǒng)的風(fēng)量調(diào)節(jié)主要是靠擋風(fēng)板以及防風(fēng)閥門來實(shí)現(xiàn)，而采用液體電阻器或頻率調(diào)節(jié)裝置來實(shí)現(xiàn)風(fēng)量調(diào)節(jié)具有很明顯的優(yōu)勢。通過準(zhǔn)確地調(diào)節(jié)和控制風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，在保證風(fēng)機(jī)風(fēng)量的基礎(chǔ)上，減少電機(jī)運(yùn)行消耗功率，使能耗進(jìn)一步降低。

6 結(jié)語

綜上所述，水泥生產(chǎn)過程中無論在生產(chǎn)工藝方面，還是在生產(chǎn)設(shè)備方面都存在能耗損失的地方。節(jié)約能耗的技術(shù)策略需要從生產(chǎn)工藝和生產(chǎn)設(shè)備方面入手來進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)和策略優(yōu)化。同時(shí)積極了解新的設(shè)備，并結(jié)合水泥生產(chǎn)工藝的實(shí)際情況靈活應(yīng)用到生產(chǎn)工藝中，使水泥生產(chǎn)向著更加自動化、節(jié)能化、高效化的方向上發(fā)展。通過添加混合材料降低能耗、采用變頻技術(shù)、預(yù)磨粉技術(shù)、熱管技術(shù)、優(yōu)化燃燒技術(shù)以及降低主要生產(chǎn)設(shè)備的能耗，實(shí)行多管齊下，發(fā)揮出多種節(jié)能技術(shù)的綜合優(yōu)勢，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗目標(biāo)。

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