水泥生產工藝節能技術探討

王曉龍

Cement and concrete production 水泥與混凝土生產

水泥生產工藝節能技術探討

王曉龍

（西安建筑科技大學材料科學與工程學院粉體工程研究所 710055）

我國是一個水泥消耗大國，而水泥生產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了較大的成本。本文將在保證水泥質量和提升生產效率為前提的基礎上，討論分析水泥生產工藝的節能技術，總結水泥粉磨生產、水泥生產技術的節能優化建議，有效減少水泥生產環節的能源耗損，達到節能生產的目的。

水泥生產；節能技術；水泥粉磨

0 引言

水泥作為建筑行業中最為常見的原材料，具有諸多優勢目前在生產建設中不可替代。水泥工業已經成為了衡量國家國民經濟社會發展水平和綜合實力的重要標準。目前，隨著我國對基礎建設投入的加大，水泥的需求量呈上升的趨勢，而水泥生產中往往伴隨著高污染和高耗能，因此，在水泥生產中積極實施節能技術，不斷探索水泥的新的生產工藝和技術就顯得尤為重要。

1 水泥生產工藝節能技術介紹

1.1 變頻控制技術

水泥生產回轉窯主動傳會有動力產生，產生動力是頻率控制技術電機設備的驅動力，所采用的電機系統有比較高的要求，啟動扭距高、調速性能穩定，才能夠與回轉窯搭配運行。比較傳統的方式均是利用電機串聯電阻調速達到回轉窯驅動的目的，與此同時，回轉窯運用晶體管技術，提升直流電動機調速系統應用頻率[2]。由于回轉窯會散發大量熱量，所以直流電機可能會導致炭刷、換向器頭破損，影響到低速運行穩定性，還會在運轉過程中產生大量能耗。現如今，為了達到節能生產的目的，轉窯電機驅動系統搭配變頻調速技術，可以組建交流調速驅動系統，替代傳統的直流調速系統，獲得非常顯著的節能生產成效。另外，變頻器交流電機搭配組建交流調速系統，其中需要用應用逆變器，將其作為無源逆變器，實現商用頻率之間的轉換[3]。利用控制變頻器與變頻交流電機驅動，便可以拖動回轉窯，使得回轉窯實現牽引變頻控制，并且達到同步控制的目的?；剞D窯高扭距必須要符合要求，且調速環節具備穩定性才能夠優化水泥生產節能成效?；剞D窯主動傳系統均可以采用變頻控制器技術，已經成為當前水泥生產比較常用的節能工藝。

1.2 燃燒技術

1、雙管煤粉燃燒器

水泥生產中運用燃燒技術，其中會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，不僅具備傳統形式的多通道燃燒器優勢，還能夠解決燃燒區個別部位高溫這一問題，加強分布火焰溫度的合理性，延長窯爐運行時間[4]。除此之外，新型雙管燃燒器能夠將內管道消除，使得旋流器外管道旋流強度得到優化，如果環形射流厚度超出管道燃燒器厚度的3倍，那么燃燒器運行效率顯著降低，此時技術人員延緩空氣與煤粉點火的速度，能夠減小火焰最高溫度，燒結區耐火磚使用期限也可以延長，如此一來便可以節省多風燃燒器。使用的內外空氣調節閥將傳統燃燒器的系統結構加以簡化，經過實踐發現一次風機節約可高達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容，加強火焰控制精準性。利用煤粉螺旋給料機，將其安裝在螺旋泵上方部位，使用螺旋桿，風機可以傳送煤粉進入到雙管式燃燒器中，由高壓離心風機負責提供外部環境的空氣，實現燃燒器的穩定運行。

2、煤粉燃燒技術

采用煤粉燃燒技術，因為充足養區內部煤粉能夠完全燃燒，在這一條件下煤粉化學不完全燃燒損失會在煤粉燃燒技術的作用下不斷降低，提升燃燒效果

3、減少窯熱損失

回轉窯運行期間窯熱損失隨之減少，氣缸空氣內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窯傳輸的熱氣流熱量。如果內襯導熱系數增加，會減小熱阻，并提升熱損失。所以窯襯熱阻提升，絕熱效果得到優化，而減少窯缸熱損失便可以達到提升窯襯熱阻的目的。

1.3 預粉磨技術

水泥進入到球磨處理這一階段之前，需要進行預粉磨處理，增加料床粉磨裝置，確保原本運行的球磨系統能夠增加節能生產效率。料床粉磨與單顆粒破碎對比存在差別，比較經典的料床粉磨設備包括輥式磨、輥壓機、筒輥磨，三種不同的料床粉磨設備都可以進行預粉磨，其中輥壓機用預粉磨相對較多。分析輥壓機預粉磨大致可以劃分成循環預粉磨、部分終粉磨、混合粉磨、聯合粉磨等環節，其中循環預粉磨、聯合粉磨比較常見[5]。運用預粉磨技術可以簡化循環預粉磨操作流程，電能節省效果明顯。經過實踐發現，單耗能降低可達到11%，但聯合粉磨操作環節比較復雜，與水泥膜對比能夠節省系統電耗在19%左右。

1.4 排氣系統熱管技術

水泥生產需要用到不同類型的熱管，為了能夠達到節能的目的，同時減少投資，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。在管內填充工作介質，例如純水、丙酮或者有機化合物等，可以在-200~2000℃這一溫度區間內使用。如果下方高溫熱源傳輸熱量到管腔，考慮到加熱管腔下方為液態工質，可以快速蒸發上升至熱管的上方。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，反復循環這一流程，期間效率不斷提高，便可以結束熱回收處理。

1.5 煤粉噴騰燃燒技術

水泥熟料生產環節采用煤粉噴騰燃燒技術，需要用到煤粉燃燒器，在技術不斷創新與改進之后，風煤混合處理得到的效果也更加優化，有效提高了煤粉燃燒效率。因為煤粉燃燒效果更為充足，水泥熟料生產環節火焰溫度不斷提升，通過煤粉燃燒技術使得綜合煤、劣質煤生產燃燒效率得到提高。因為一次風量降低，煤粉噴騰燃燒過程中二次風量提高，煤粉燃燒效果更加理想，可以規避一次風量過大導致煤粉向低溫區域飄落，引發的無法充分燃燒而浪費的現象。當二次風量加強之后，煤粉燃燒環節供養更為充足，能夠提升煤粉燃燒效率。

2 水泥生產節能優化建議

2.1 水泥粉磨生產節能優化

水泥粉磨是水泥生產的關鍵性環節，采用球磨機開路粉磨系統，通過球磨機這一設備，如果水泥熟料或者混合料的硬度不同，便可以同時放入到球磨機內展開粉末處理，最終獲得粉末成品[1]。總結該工藝的優勢在于操作過程簡單，對技術人員專業性要求不高，同時也不需要投入大量資金。但缺點是如果操作過程控制不到位，有可能會出現過粉磨這一現象。

采用球磨機進行閉路粉磨生產，這里提到的閉路粉磨同樣是運用球磨機設備，針對水泥熟料展開加工處理，隨后再采用選粉機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展開粉磨生產。通過該工藝能夠解決過粉磨現象，并且不會導致大量能耗，最終成品產量較大，可以保證成品質量。然而操作過程中具有一定復雜性，對技術人員的要求相對較高。

在生產過程中同時結合輥壓機、預磨粉和球磨機，技術人員將水泥熟料放入到輥壓機中展開粉磨預處理。這一環節有利于加強水泥物料易磨性，隨后玉磨物料放到球磨機內部展開粉磨操作，可以提升粉磨生產的效率，降低生產環節能耗，有利于推動當前水泥生產工藝的創新。

將輥壓機、球磨機和選粉機融合，實現水泥粉磨工藝統一集成。按照實際水泥生產要求方面的差異，將水泥熟料和其他成分調配獲得水泥調配模塊。采用給料機進行稱重，隨后在輥壓機內部放入原料實施預粉磨處理，最后采用球磨機深入粉磨。因為之前預處理階段原料內部巖性結構已經碎化，所以進行到球磨機生產這一階段便可以進一步提升生產效率，達到水泥生產節能化的這一目的。

2.2 水泥生產技術的節能優化

為了達到良好的分解節能效果，在水泥節能生產過程中運用新型干法水泥生產線，能夠促進水泥生產，并且達到減少熱消耗的效果。采用該技術，包括選材、加工處理、粉磨生料等工序，在水泥節能生產這一方面有非常好的效果。在生料制備環節駕駛運輸車輛將石灰石運輸到破碎喂料倉，由破碎系統對石灰石進行破碎處理，最后再運輸到預配料預均化堆場當中，所采用的輔助原料輸送到相應的配料庫。操作雙輥破碎機處理。當土顆粒破碎程度超過85%，且粒徑不足25mm便可以轉入到預配料預均化堆場。所有原材料經過破碎處理之后輸送至配料庫，經過皮帶運輸機、入磨鎖風閥等運輸裝置傳送到原料立式磨中展開烘干、粉磨加工。完成粉磨這一環節，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收塵器進行最后的處理。

利用預熱器分解爐展開生料的預熱與分解，可以替代傳統的回轉窯，并且將回窯長度縮短。當窯內處于堆積狀態進行氣料換熱，轉移到預熱器且處于懸浮狀態，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。立足于水泥節能生產這一角度，采用預熱分解技術對比傳統工藝增加了分解爐，回轉窯與預熱器中間增設上升煙道，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。其中移動碳酸鹽分解也是在分解爐中實施，在分解爐內加入部分燃料，可以降低窯內煅燒帶產生的熱負荷。因為生料燃料均在均勻混合狀態下，所以物料能夠將燃料燃燒產生熱量快速吸收，使得燃燒、換熱、碳酸鹽分解這一系列流程有效實施，真正體現出新型干法水泥這一工藝的節能降耗優勢。

進行到煤磨環節通常會操作輥式磨系統，將其放置在窯頭部位，窯頭冷卻機排放廢氣，為水泥烘干提供最為基礎的熱量。工作人員計量經原煤倉所有原煤進行烘干、粉磨、選粉加工，最終獲得的成品煤粉在出磨之后，受到氣流作用會轉移到收塵器內。采集煤粉利用鏈式輸送機運輸到煤粉倉中，此時氣體經過凈化處理后順利排入至大氣。計量之后的煤粉受氣力作用，運輸到窯與分解爐當中，所采用的計量設備會選擇燃燒器，通過定量的方式獲取煤粉，保證窯內溫度。煤粉經過計量設備最上方一側進入轉子，而另外一側的底部位置有壓縮空氣，進入，同樣經過轉子，隨后煤粉便會在雙重作用下轉移到窯內。當熟料與石膏通過定量喂料機，便會被傳輸到水泥磨展開粉磨處理與加工，操作選粉機、水泥磨便會組合成為圈流水泥磨。按照水泥產品生產規定，在粉磨期間適量摻加熟料、混合材料。完成粉磨加工后，提升機輸送環節，內部水泥經過累積便會轉變為水泥庫，作為成品運輸得到使用。

3 結束語

綜上所述，現階段水泥生產需要朝著節能的目標前進，結合現有水泥生產方案，需要優化生產工藝與技術，采用新型生產設備，減少生產過程中的能耗，同時提高生產效率與設備運轉效率，減少資金投入。今后在水泥節能生產的過程中，還需要加強對新技術研發的重視，能夠發揮現有節能技術作用，搭配全新的節能工藝，替代傳統能耗高的設備和技術，推動水泥生產朝著綠色環保的方向發展。

[1]陳憶紅,郭瑞廣,李偉洋.基于水泥聯合粉磨系統節能降耗途徑的分析[J].散裝水泥,2020(05):5-7.

[2]聶紀強.用正確的技改目標推進我國水泥工業綠色發展[J].中國水泥,2020(06):75-77.

[3]李興.水泥低溫余熱發電廠幾種電氣節能降耗方法微探[J].內蒙古科技與經濟,2019(18):80+83.

[4]閆鵬,趙震,彭磊.水泥廠電氣設計節能措施分析[J].四川水泥,2019(06):1.

[5]甘茜.水泥生產污染控制及低碳環保發展思路探索[J].科技經濟導刊,2018,26(35):106+108.

[6]周小勇.淺析白水泥生產工藝節能措施[J].散裝水泥,2018(04):38-40.

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

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