水泥生产工艺中的节能技术探究

李宪标

水泥生产工艺中的节能技术探究

李宪标

（无锡天山水泥有限公司，江苏 无锡 214161）

基础建设材料中，水泥是十分重要的一种。而水泥生产能耗高，污染重，是制约水泥产业高质量发展的重要瓶颈。在国家发展的新阶段，水泥生产企业及从业人员必须以节能环保的理念作为发展的核心理念，研究和创新水泥生产节能技术，加快走上高质量发展的道路。本文围绕水泥生产工艺中的节能技术进行了探讨，文章阐述了水泥行业节能潜力，概述了水泥磨粉生产工艺流程，对传统工艺和现代工艺的创新技术进行了对比，并对水泥生产工艺节能技术进行了论述，供相关人士参考。

水泥；磨粉工艺；节能技术；设备能耗

0 引言

水泥行业是耗能很高的行业，同时也是污染物排放量较大的行业。我国正在迈入到第二个百年奋斗发展阶段，高质量发展是这一发展阶段的主要目标。对于水泥企业来说，只有依靠科技创新，走节能环保的道路才能实现高质量发展的目标。

1 水泥行业节能潜力分析

水泥行业在资源消耗方面主要是以煤炭为主，同时还包含一部分电力能源。煤炭资源在水泥行业能耗中占据了很大的比重，而生产中因煤炭质量较低，产生的污染物排放量也较大。为了减少污染物排放，提高生产效率，可采用加强煤炭质量管控的策略，通过对煤炭品质进行严格筛选，保证煤炭资源符合环保节能的生产要求。近年来，清洁型能源在能源市场中占比越来越多，成为水泥企业煤炭燃料的重要替代物。加强清洁型能源的使用率，减少煤炭用量是水泥行业节能减排的有效途径。相对于国外先进国家，我国水泥行业节能发展起步晚，仍旧与先进国家有差距。在保证水泥产品质量的同时，进一步降低资源消耗，减少污染物排放量仍旧有很大的进步空间。

2 水泥粉磨生产工艺流程

首先进行生料制备和分解，利用球磨机将不同硬度的水泥熟料和其他混合料进行磨粉。然后对熟料进行烧制。采用选粉设备将磨耗的粉料进行筛分，分为细粉和粗粉两类[1]。细粉可以直接进行后续生产，粗粉需要再一次磨粉直到达到粉末细度要求。磨粉是水泥生产工艺中能耗较多的环节，要在控制磨粉质量的前提下尽可能降低能耗。之后是对熟料进行粉磨[水泥熟料进入到辊压机后进行粉磨，其目的在于能够进一步提升水泥物料的粘合性。随着水泥粉磨技术的发展，近年来出现了水泥模块，即将水泥原料先混合制成模块，然后使用辊压机粉磨，再进入到球磨机进行二次磨粉。这种模块在预处理过程中已经对原料中的大颗粒物质进行了碎花处理，因此可以减小粉磨生产负荷，节约能耗。

3 传统工艺与新型工艺的技术创新对比

传统工艺技术已经很成熟，但是在煤炭资源消耗和污染物排放方面无法符合环保新政策和新要求。企业在节能环保方面面临较大的压强，在新情况下，节能环保的生产工艺技术是水泥企业发展的内在需求。新型水泥生产工艺在很大程度上解决了传统工艺技术存在的问题。依靠科技创新的力量，水泥企业生产经济效益得到保障，同时在资源和能源消耗上得到降低，推动水泥行业向着新型节能环保、绿色可持续化的方向发展。水泥生产工艺中的节能技术并不是单一的，而是集合了多种技术的系统方案，通过多种节能技术的联合应用，实现技术优势互补，强强联合的综合优势，推动水泥生产企业节能降耗目标实现。

4 水泥生产工艺中的节能技术

通过添加混合材料降低能耗。水泥生产工艺中在原材料中加入添加剂，改善原材料的整体性能，提高熟料研磨效率，起到节约能耗的效果。如在水泥原材料中加入冶炼生产的固体废渣，以较低的成本来起到改善原材料性能的目标[2]。炼铁或炼钢生产中的固体废渣本身是废弃物，将这些固体废弃物作为混合添加剂材料加入到水泥生产原料中，是一种资源高效利用的方式，实现了变废为宝，是一种节能环保的有效方式。

在水泥生产工艺中采用变频技术。设备功率能耗是重要的节能管理部分。设备运行时间长，生产设备功率部分空耗造成的能源浪费是很大的。水泥生产中用到的提升设备、风机等可进行变频改造，通过在设备中应用变频技术，降低设备使用中的能耗，利用自动化控制技术来提高水泥生产设备运行精准度[3]，节约能源。

在水泥生产中采用预磨粉技术。传统生产工艺最初的流程是球磨机磨粉，由于进入到球磨机的原料颗粒细度不同，因此磨粉效率较低，粗粉重新进入到球磨机进行二次磨粉，导致整体磨粉的效率低，能耗高。针对这种情况，在球磨机磨粉之前增加预磨粉步骤，增设料床粉磨设备，包括立磨、辊压机、桶辊磨等多种设备，对原料中的大颗粒进行预磨。通过增加预磨粉步骤使磨粉环节更好地区分了粗磨和细磨，为进入到球磨机磨粉减轻了运行负荷，有效降低能耗[4]，而且在增加预磨粉步骤后能够更好地控制磨粉指标，为保障水泥产品质量奠定了前提条件。

采用热管技术。水泥生产工艺中的排气系统中采用热管技术实现热量回收，节约能耗损失。应用较多的是重力型热管，外部是密封型的金属管，内部填充有水、丙酮、乙醇等介质。重力型热管下部热量经过外部的金属管进入到内部填充介质，热管下部的液态介质吸热后温度升高，当达到挥发临界温度时蒸发沿着管上升。重力型热管上部金属管的外部有低温冷源，用于吸收挥发介质的热量，使挥发介质温度降低，由蒸气变成液滴，在重力作用下回到热管下部，进入到下一个循环过程。在管内介质的状态转变过程中，热量被回收到低温冷源中，有效减少了热能损失。

水泥生产中燃烧技术优化。燃烧技术的优劣直接影响到燃烧效率，而且对能耗高低也密切相关。采用新型的燃烧技术是提高燃烧效率，减少能耗的重要途径。如采用双风道燃烧装置，内部不再有传统燃烧装置的内风道，而是以旋流装置取代传统风道，这样就实现了更好地风向和氧量调节，工作人员可以根据窑炉内的燃烧情况对供风情况进行更高效率的调整。而且双风道燃烧装置中采用了环形射流的方式，这样的方式比传统射流方式大大增加了射流厚度，能够使磨粉和风二次风的混合速度更均匀，对于降低火焰峰值，提高水泥产品质量带来积极影响。双风道燃烧装置中不再有传统多风道燃烧装置中的内外风调节阀门，可以减少阀门数量，节约风机用电能耗。火焰形状的调节可听过齿轮箱上的指示装置来获取信息，工作人员可以通过传动箱手轮进行合理调整，更直观方便地对火焰形状进行调控，保证了燃烧效率。采用双风道燃烧装置可以消除传统多风道燃烧装置运行过程中局部温度过高的问题，双风道的风量氧量更容易实现合理调节，火焰分布区域更加合理，在窑炉长时间运行过程中不仅实现了较好的燃烧效率，而且避免了温度过高导致的能耗损失。在水泥生产燃烧技术中，还可以采用煤粉喷腾技术。该技术是对煤粉燃烧装置进行改进，在燃烧器上安装调节气流装置，促进风和煤粉的混合均匀度，提高风和煤粉的混合效率，促进煤粉燃烧更加充分。通过减少一次风量，提高二次风量，避免了传统方式中煤粉混合不均匀，一次风过大导致的煤粉落到低温燃烧区域内的情况。在不同煤种或煤质混合燃烧的情况下，该技术可以使煤的燃烧效果得到有效改善。避免了煤粉不完全燃烧造成的能量损失，节约了能耗。

5 降低主要生产设备的能耗

球磨机的电动机能耗降低技术。在异步电动机的频繁启动环节会导致较多的能耗损失。采用液体电阻启动器可实现比异步电动机能耗更低的效果。液体电阻启动器与异步电动机的最大区别在于，异步电动机是采用绕线方式，而且液体电阻启动器是采用了液体电阻的方式。将两极之间的距离缩短，液体电阻变小，此时电机就可以在不受到冲击的情况下进行启动。由于液体电阻启动器的启动方式采用的是缩短两极之间距离利用液体电阻变化的方式进行启动，因此设备启动只需要很小部分的电流就可以实现，因此对电网运行的稳定性有益，不容易发生供电故障，即使是在连续启动的模式下，电网也不会受到较大的影响，是一种运行安全稳定，且节约能耗的技术。该节能技术操作和维护管理较为方便，应用率较高。在绕线式电动机的节能技术方面，主要是围绕电机定子电流和定子电压进行技术改进。通过静止进相器可作为补偿设备来节约能耗。使T频电源电流和绕线式电动机转子电流保持相同的频率，对电机定子电流和定子电压进行调整。通过采用补偿设备，能够对定子电流和定子电压进行改变，使电机运行中的电流减小，实现节能目标。同时在电机运行的过程中，铜芯的磨损情况较为严重，对设备运行成本带来不利影响。采用补偿设备后可以降低铜芯的磨损率，延长部件寿命，降低运维成本。在水泥生产中，电动机的运行参数调整对于设备耗能多少密切相关。为了保证电动机运行效率提升，在设备运行负荷参数上进行严格控制，避免超负荷运行和低负荷运行，通过对设备裕兴负荷参数的控制来确保水泥生产目标实现，同时减少设备低负荷运行造成的能耗损失[5]。

智能型电动机节电技术。在电动机节能措施中，采用智能型的节电装置是现代节能技术应用的重要方向。近年来在水泥生产工艺汇总，越来越多的生产企业采用智能型电动机节电装置，帮助水泥企业更好地实现节能降耗目标。如在水泥生产工艺中在一些轻负荷和负荷波动性较大的电机设备中采用节电装置。节电装置中采用了控制电流导通状态的方式，同时利用自动化控制技术对电动机的启动电流以及电动机的运行输出功率进行调控，使带动及能够实现软启动，能够更加灵活地使用电动机负荷波动情况。智能型节点装置中具有自动调节功能，可以对电机运行的输出功率进行自动跟踪，能够对线路中的脉冲谐波进行过滤，使电机设备的电压更加平稳，减少了电压大范围波动，使电源得到保护。

风机设备的能耗降低技术。在风机启动环节，采用液态电阻启动器可以避免风机启动过程中电流超出额定范围，通过控制电流在合理的范围内减少功率过大的情况，节约电能。采用液体电阻器或者频率调节装置对风机风量进行合理控制。液体电阻启动器可采用具有手动调节功能的类型，而不是只有自动调节的功能，通过自动调节和手动调节相结合的方式实现对风机速度的灵活调整，满足实际风量调节需求。在实际的应用中，常用的方式是两种方式相结合的调节方式，在满足生产需求的同时也能够实现节能降耗的目标。对风机电机运行速度进行调节来降低设备能耗也是一种途径。在电机运行过程中，不同区域有不同的感应温度，对温度进行感应得到温度的变化情况，然后根据温度变化信息来对送风量和进风量进行适应性调整，使风机的输出风量和风力达到优化区间，提高设备运行效率。传统的风量调节主要是靠挡风板以及防风阀门来实现，而采用液体电阻器或频率调节装置来实现风量调节具有很明显的优势。通过准确地调节和控制风机转速，在保证风机风量的基础上，减少电机运行消耗功率，使能耗进一步降低。

6 结语

综上所述，水泥生产过程中无论在生产工艺方面，还是在生产设备方面都存在能耗损失的地方。节约能耗的技术策略需要从生产工艺和生产设备方面入手来进行技术改进和策略优化。同时积极了解新的设备，并结合水泥生产工艺的实际情况灵活应用到生产工艺中，使水泥生产向着更加自动化、节能化、高效化的方向上发展。通过添加混合材料降低能耗、采用变频技术、预磨粉技术、热管技术、优化燃烧技术以及降低主要生产设备的能耗，实行多管齐下，发挥出多种节能技术的综合优势，实现节能降耗目标。

[1]曾学敏.水泥行业节能形势及粉磨技术选择[J].中国水泥网信息中心，2014（5）：50

[2]杨青武.浅析水泥生产工艺的节能技术[J].建材与装饰，2018(19)：10

[3]刘胜辉.水泥生产关键设备及其节能降耗技术研究[J].城市建设理论研究(电子版)，2017(32):104

[4]胡祝捷.新型干法水泥生产节能减排技术[J].四川水泥，2016(10)：741

[5]王征.水泥生产关键设备及其节能降耗技术研究[J].建材与装饰,2017(36):187

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