水泥生產工藝中的節能技術探究

李憲標

水泥生產工藝中的節能技術探究

李憲標

（無錫天山水泥有限公司，江蘇 無錫 214161）

基礎建設材料中，水泥是十分重要的一種。而水泥生產能耗高，污染重，是制約水泥產業高質量發展的重要瓶頸。在國家發展的新階段，水泥生產企業及從業人員必須以節能環保的理念作為發展的核心理念，研究和創新水泥生產節能技術，加快走上高質量發展的道路。本文圍繞水泥生產工藝中的節能技術進行了探討，文章闡述了水泥行業節能潛力，概述了水泥磨粉生產工藝流程，對傳統工藝和現代工藝的創新技術進行了對比，并對水泥生產工藝節能技術進行了論述，供相關人士參考。

水泥；磨粉工藝；節能技術；設備能耗

0 引言

水泥行業是耗能很高的行業，同時也是污染物排放量較大的行業。我國正在邁入到第二個百年奮斗發展階段，高質量發展是這一發展階段的主要目標。對于水泥企業來說，只有依靠科技創新，走節能環保的道路才能實現高質量發展的目標。

1 水泥行業節能潛力分析

水泥行業在資源消耗方面主要是以煤炭為主，同時還包含一部分電力能源。煤炭資源在水泥行業能耗中占據了很大的比重，而生產中因煤炭質量較低，產生的污染物排放量也較大。為了減少污染物排放，提高生產效率，可采用加強煤炭質量管控的策略，通過對煤炭品質進行嚴格篩選，保證煤炭資源符合環保節能的生產要求。近年來，清潔型能源在能源市場中占比越來越多，成為水泥企業煤炭燃料的重要替代物。加強清潔型能源的使用率，減少煤炭用量是水泥行業節能減排的有效途徑。相對于國外先進國家，我國水泥行業節能發展起步晚，仍舊與先進國家有差距。在保證水泥產品質量的同時，進一步降低資源消耗，減少污染物排放量仍舊有很大的進步空間。

2 水泥粉磨生產工藝流程

首先進行生料制備和分解，利用球磨機將不同硬度的水泥熟料和其他混合料進行磨粉。然后對熟料進行燒制。采用選粉設備將磨耗的粉料進行篩分，分為細粉和粗粉兩類[1]。細粉可以直接進行后續生產，粗粉需要再一次磨粉直到達到粉末細度要求。磨粉是水泥生產工藝中能耗較多的環節，要在控制磨粉質量的前提下盡可能降低能耗。之后是對熟料進行粉磨[水泥熟料進入到輥壓機后進行粉磨，其目的在于能夠進一步提升水泥物料的粘合性。隨著水泥粉磨技術的發展，近年來出現了水泥模塊，即將水泥原料先混合制成模塊，然后使用輥壓機粉磨，再進入到球磨機進行二次磨粉。這種模塊在預處理過程中已經對原料中的大顆粒物質進行了碎花處理，因此可以減小粉磨生產負荷，節約能耗。

3 傳統工藝與新型工藝的技術創新對比

傳統工藝技術已經很成熟，但是在煤炭資源消耗和污染物排放方面無法符合環保新政策和新要求。企業在節能環保方面面臨較大的壓強，在新情況下，節能環保的生產工藝技術是水泥企業發展的內在需求。新型水泥生產工藝在很大程度上解決了傳統工藝技術存在的問題。依靠科技創新的力量，水泥企業生產經濟效益得到保障，同時在資源和能源消耗上得到降低，推動水泥行業向著新型節能環保、綠色可持續化的方向發展。水泥生產工藝中的節能技術并不是單一的，而是集合了多種技術的系統方案，通過多種節能技術的聯合應用，實現技術優勢互補，強強聯合的綜合優勢，推動水泥生產企業節能降耗目標實現。

4 水泥生產工藝中的節能技術

通過添加混合材料降低能耗。水泥生產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，起到節約能耗的效果。如在水泥原材料中加入冶煉生產的固體廢渣，以較低的成本來起到改善原材料性能的目標[2]。煉鐵或煉鋼生產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原料中，是一種資源高效利用的方式，實現了變廢為寶，是一種節能環保的有效方式。

在水泥生產工藝中采用變頻技術。設備功率能耗是重要的節能管理部分。設備運行時間長，生產設備功率部分空耗造成的能源浪費是很大的。水泥生產中用到的提升設備、風機等可進行變頻改造，通過在設備中應用變頻技術，降低設備使用中的能耗，利用自動化控制技術來提高水泥生產設備運行精準度[3]，節約能源。

在水泥生產中采用預磨粉技術。傳統生產工藝最初的流程是球磨機磨粉，由于進入到球磨機的原料顆粒細度不同，因此磨粉效率較低，粗粉重新進入到球磨機進行二次磨粉，導致整體磨粉的效率低，能耗高。針對這種情況，在球磨機磨粉之前增加預磨粉步驟，增設料床粉磨設備，包括立磨、輥壓機、桶輥磨等多種設備，對原料中的大顆粒進行預磨。通過增加預磨粉步驟使磨粉環節更好地區分了粗磨和細磨，為進入到球磨機磨粉減輕了運行負荷，有效降低能耗[4]，而且在增加預磨粉步驟后能夠更好地控制磨粉指標，為保障水泥產品質量奠定了前提條件。

采用熱管技術。水泥生產工藝中的排氣系統中采用熱管技術實現熱量回收，節約能耗損失。應用較多的是重力型熱管，外部是密封型的金屬管，內部填充有水、丙酮、乙醇等介質。重力型熱管下部熱量經過外部的金屬管進入到內部填充介質，熱管下部的液態介質吸熱后溫度升高，當達到揮發臨界溫度時蒸發沿著管上升。重力型熱管上部金屬管的外部有低溫冷源，用于吸收揮發介質的熱量，使揮發介質溫度降低，由蒸氣變成液滴，在重力作用下回到熱管下部，進入到下一個循環過程。在管內介質的狀態轉變過程中，熱量被回收到低溫冷源中，有效減少了熱能損失。

水泥生產中燃燒技術優化。燃燒技術的優劣直接影響到燃燒效率，而且對能耗高低也密切相關。采用新型的燃燒技術是提高燃燒效率，減少能耗的重要途徑。如采用雙風道燃燒裝置，內部不再有傳統燃燒裝置的內風道，而是以旋流裝置取代傳統風道，這樣就實現了更好地風向和氧量調節，工作人員可以根據窯爐內的燃燒情況對供風情況進行更高效率的調整。而且雙風道燃燒裝置中采用了環形射流的方式，這樣的方式比傳統射流方式大大增加了射流厚度，能夠使磨粉和風二次風的混合速度更均勻，對于降低火焰峰值，提高水泥產品質量帶來積極影響。雙風道燃燒裝置中不再有傳統多風道燃燒裝置中的內外風調節閥門，可以減少閥門數量，節約風機用電能耗。火焰形狀的調節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行合理調整，更直觀方便地對火焰形狀進行調控，保證了燃燒效率。采用雙風道燃燒裝置可以消除傳統多風道燃燒裝置運行過程中局部溫度過高的問題，雙風道的風量氧量更容易實現合理調節，火焰分布區域更加合理，在窯爐長時間運行過程中不僅實現了較好的燃燒效率，而且避免了溫度過高導致的能耗損失。在水泥生產燃燒技術中，還可以采用煤粉噴騰技術。該技術是對煤粉燃燒裝置進行改進，在燃燒器上安裝調節氣流裝置，促進風和煤粉的混合均勻度，提高風和煤粉的混合效率，促進煤粉燃燒更加充分。通過減少一次風量，提高二次風量，避免了傳統方式中煤粉混合不均勻，一次風過大導致的煤粉落到低溫燃燒區域內的情況。在不同煤種或煤質混合燃燒的情況下，該技術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，節約了能耗。

5 降低主要生產設備的能耗

球磨機的電動機能耗降低技術。在異步電動機的頻繁啟動環節會導致較多的能耗損失。采用液體電阻啟動器可實現比異步電動機能耗更低的效果。液體電阻啟動器與異步電動機的最大區別在于，異步電動機是采用繞線方式，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，此時電機就可以在不受到沖擊的情況下進行啟動。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行啟動，因此設備啟動只需要很小部分的電流就可以實現，因此對電網運行的穩定性有益，不容易發生供電故障，即使是在連續啟動的模式下，電網也不會受到較大的影響，是一種運行安全穩定，且節約能耗的技術。該節能技術操作和維護管理較為方便，應用率較高。在繞線式電動機的節能技術方面，主要是圍繞電機定子電流和定子電壓進行技術改進。通過靜止進相器可作為補償設備來節約能耗。使T頻電源電流和繞線式電動機轉子電流保持相同的頻率，對電機定子電流和定子電壓進行調整。通過采用補償設備，能夠對定子電流和定子電壓進行改變，使電機運行中的電流減小，實現節能目標。同時在電機運行的過程中，銅芯的磨損情況較為嚴重，對設備運行成本帶來不利影響。采用補償設備后可以降低銅芯的磨損率，延長部件壽命，降低運維成本。在水泥生產中，電動機的運行參數調整對于設備耗能多少密切相關。為了保證電動機運行效率提升，在設備運行負荷參數上進行嚴格控制，避免超負荷運行和低負荷運行，通過對設備裕興負荷參數的控制來確保水泥生產目標實現，同時減少設備低負荷運行造成的能耗損失[5]。

智能型電動機節電技術。在電動機節能措施中，采用智能型的節電裝置是現代節能技術應用的重要方向。近年來在水泥生產工藝匯總，越來越多的生產企業采用智能型電動機節電裝置，幫助水泥企業更好地實現節能降耗目標。如在水泥生產工藝中在一些輕負荷和負荷波動性較大的電機設備中采用節電裝置。節電裝置中采用了控制電流導通狀態的方式，同時利用自動化控制技術對電動機的啟動電流以及電動機的運行輸出功率進行調控，使帶動及能夠實現軟啟動，能夠更加靈活地使用電動機負荷波動情況。智能型節點裝置中具有自動調節功能，可以對電機運行的輸出功率進行自動跟蹤，能夠對線路中的脈沖諧波進行過濾，使電機設備的電壓更加平穩，減少了電壓大范圍波動，使電源得到保護。

風機設備的能耗降低技術。在風機啟動環節，采用液態電阻啟動器可以避免風機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減少功率過大的情況，節約電能。采用液體電阻器或者頻率調節裝置對風機風量進行合理控制。液體電阻啟動器可采用具有手動調節功能的類型，而不是只有自動調節的功能，通過自動調節和手動調節相結合的方式實現對風機速度的靈活調整，滿足實際風量調節需求。在實際的應用中，常用的方式是兩種方式相結合的調節方式，在滿足生產需求的同時也能夠實現節能降耗的目標。對風機電機運行速度進行調節來降低設備能耗也是一種途徑。在電機運行過程中，不同區域有不同的感應溫度，對溫度進行感應得到溫度的變化情況，然后根據溫度變化信息來對送風量和進風量進行適應性調整，使風機的輸出風量和風力達到優化區間，提高設備運行效率。傳統的風量調節主要是靠擋風板以及防風閥門來實現，而采用液體電阻器或頻率調節裝置來實現風量調節具有很明顯的優勢。通過準確地調節和控制風機轉速，在保證風機風量的基礎上，減少電機運行消耗功率，使能耗進一步降低。

6 結語

綜上所述，水泥生產過程中無論在生產工藝方面，還是在生產設備方面都存在能耗損失的地方。節約能耗的技術策略需要從生產工藝和生產設備方面入手來進行技術改進和策略優化。同時積極了解新的設備，并結合水泥生產工藝的實際情況靈活應用到生產工藝中，使水泥生產向著更加自動化、節能化、高效化的方向上發展。通過添加混合材料降低能耗、采用變頻技術、預磨粉技術、熱管技術、優化燃燒技術以及降低主要生產設備的能耗，實行多管齊下，發揮出多種節能技術的綜合優勢，實現節能降耗目標。

[1]曾學敏.水泥行業節能形勢及粉磨技術選擇[J].中國水泥網信息中心，2014（5）：50

[2]楊青武.淺析水泥生產工藝的節能技術[J].建材與裝飾，2018(19)：10

[3]劉勝輝.水泥生產關鍵設備及其節能降耗技術研究[J].城市建設理論研究(電子版)，2017(32):104

[4]胡祝捷.新型干法水泥生產節能減排技術[J].四川水泥，2016(10)：741

[5]王征.水泥生產關鍵設備及其節能降耗技術研究[J].建材與裝飾,2017(36):187

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