水泥生产工艺节能技术探讨

水泥生产工艺节能技术探讨

卢衍林

洛浦天山水泥有限责任公司，新疆 和田地区洛浦县 848200

摘要：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。基于此本文开展相关的研究，希望为广大业内人士带来一定的参考。

关键词：水泥；磨粉工艺；节能技术；设备能耗

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。

一、先进节能工艺技术应用

1.1预热器分解及先进烧成技术方面

水泥熟料煅烧工艺中，旋风预热器、分解炉、篦冷机等关系到整个水泥生产工艺的能耗水平，旋风预热器的主要功能是保证生料充分在回转窑和分解炉内排出的炽热气流中处于分散与悬浮状态，并与来自窑尾的高温气流进行热交换，对生料进行充分的预热，保证生料中碳酸钙分解。同时旋风预热器具有气、固分离功能，负责生料粉的层层收集，并输送至分解炉或回转窑。而分解炉是在旋风预热器与回转窑之间增加一个新热源，将生料中碳酸钙分解过程提前到窑外进行，加快生料的分解，并提高生料分解率，承担了原来在水泥回转窑内进行的大量碳酸钙分解任务。大部分燃料从分解炉内加入，改善了水泥回转窑系统内的热力分布，减轻了窑内耐火材料的热负荷。二代水泥技术对旋风预热器提出了明确的要求，在现有技术的基础上，要实现六级旋风预热器的技术突破。目前技术上已经实现了高效六级预热器的开发与应用，水泥旋风预热器出口温度达到了250℃~270℃，六级旋风预热器出口阻力≤5000Pa，技术指标达到了国际领先水平。分解炉研究方面，通过分解炉原理研究及流场模拟试验，已完成了适应不同燃料的多型号炉型设计，有效提高了分解炉的适应性，并改善了分解炉性能。同时针对分解炉的分级燃烧改造，已比较成熟，通过对分解炉喷煤管位置及三次风管位置的改造，达到调整分级炉还原区，降低氮氧化物排放的目的，在当前环保要求标准日益提高的情况下，发挥了重要的作用。

在水泥回转窑技术升级方面，强化煅烧的两档支撑短回转窑技术同样具有显著的技术优势，两档短窑指的是长径比小于等于12.5的回转窑，目前新型干法水泥是我国主流的水泥生产工艺，其装备的水泥窑是和预分解旋风预热器共同配合，生料在悬浮状态下的传热速率相比较回转窑内物料接触传热速率大大提高，在旋风预热器技术不断发展的今天，为回转窑内的物料煅烧提供了很好的前提条件。经过技术研发及应用表明，两档短窑可降低能源消耗，降低窑表面损失约3kcal/kg.cl;可提高熟料质量，并对原料和原煤的适应性更强；两档短窑的砖耗显著降低，达到0.15-0.2kg/t.cl，相比国际先进指标可降低约60%；同时可靠性提高。熟料篦冷机是水泥生产重要的工艺设备，对窑内提供必要的二次风和三次风，并对熟料急冷，急冷过程中，可防止新产出的水泥熟料C3S矿物晶体长大，提高水泥熟料活性，阻止β-C₂S向r-C₂S的转变，保证熟料强度，兼顾水泥窑热回收和熟料输送设备功能，把篦冷机称作水泥窑熟料生产的发动机一点不为过，篦冷机运行的状态，直接关系到水泥生产的能耗水平。熟料的冷却设备从单筒冷却机、多筒冷却机、篦式冷却机、二三代篦冷机、再到最新的四代篦冷机，设备结构不断进行升级，同时其能耗和热回收效率均有了较大程度的提高，目前国际先进水平的篦冷机其热回收效率已达到75%以上，保证了充足的二次风、三次风入窑及分解炉助燃，在能耗方面，篦冷机电耗已经可以做到5千瓦时/吨以内，达到了节能新的水平。

1.2粉磨设备相关节能技术

二代水泥技术提出了高效节能料床粉磨技术的开发，主要针对水泥立磨终粉磨技术和辊压机终粉磨技术提出了优化要求，目前技术已完成开发，形成了针对现有料床粉磨技术的优化提升技术。但在实际的水泥生产中，除非是新建生产线，或是进行大规模的设备更换升级改造，改变生产工艺改造等，一般仍是在原有水泥粉磨工艺不变的情况下，进行节能的相关改造。这就需要广大粉磨工艺技术人员深入研究现有工艺线技术特点，研究节能改造方法。

1.3智能化节能技术相关

目前已实现数字化转型的水泥智能工厂，均以能源管理系统作为智能工厂的基础性模块，并设置有能源管理中心，通过建立相关的能源管理体系，及时精细地进行能源管理。能源管理系统在硬件层面建立变量采集系统，包括生产DCS数据、高压电表数据、低压电表数据、化验数据、物流数据，通过专用网络进行汇集并分类存取。之后，建立能源管理系统软件平台，平台具备工艺参数存储和分析查询功能，将各种能源消耗数据进行分类展示，并根据工艺状况建立分析图表，如峰谷平运行情况、空负荷运行情况分析等，方便操作员、工程技术人员进行分析和查询。具备生产调度管理模块，对各种库存、产量、单耗等数据进行列示分析，为生产调度和各级管理人员决策提供依据。以上的各种功能可帮助各级管理人员掌握能源消耗的即时数据，并消除工艺调整的滞后性，保证最优的运行状态。利用能源管理系统平台，可实现用能管理的精细化，获得实实在在的节能效益。目前国内领先的能源管理平台可助力企业能源消耗单耗降低1~2%，基础薄弱的企业节能效果更高。

另一方面，在智能物联网、云计算、大数据、人工智能技术的发展带动下，针对水泥行业的智能技术升级浪潮正在形成。前面说到现有大多数水泥企业均装备有先进的新型干法水泥生产线，生产控制多采用DCS控制系统，而以生产模型建立等先进控制技术为基础，采用针对性的控制方案，以运行平稳化、及时化、精准化为目标，对关键设备或系统进行智能、优化控制，建立水泥智能专家控制系统。其节能、提产、稳质等应用效果已经在水泥行业得到充分验证，成为智能工厂建设的重要一环，是水泥企业实现绿色、环保、智能、可持续发展的强有力抓手。水泥生产系统是一个典型的大滞后、多变量之间存在耦合的工艺系统。常规基于单入单出的PID回路控制，无法胜任。而依靠水泥操作员经验进行调节，往往由于人为因素的限制，无法保证装置的平稳操作，更无从谈及对于水泥窑、磨系统的优化操作。而现有的智能专家系统通过水泥窑、磨及相关工序的模型预测控制系统解决方案，实时滚动调节将各个关键工艺变量控制在一个波动极小的稳定范围，以此实现整个工况的稳定。在稳定的基础上再利用大量历史数据，包括物料成份、煤的成份、成品质量数据、能耗等KPI数据，通过大数据挖掘和AI（人工智能）算法技术，推算出基于每小时入窑生料成份的最优最经济操作参数集，发送给智能专家系统作为目标值进行自动控制并达成最优运行状态。良好的智能专家系统保证水泥窑磨运行在最优参数下，达到提高效率，节约能源的作用，可降低系统综合电耗1%以上，并可降低系统煤耗1%以上，提高系统的整体质量和能耗指标水平。

总结

传统的水泥建材作为国民经济的重要材料，生产过程往往带来较大的能源消耗。如何在生产的过程中做到节能减排，是摆在所有水泥工程技术人员面前的永恒课题，只有在水泥生产实践中积极开发研究节能减排技术，积极应用包括二代水泥技术在内的先进节能技术，不断改进水泥生产工艺，提升水泥生产节能化、自动化、智能化、高效化水平，才能促进水泥行业的绿色环保、节能低碳发展。

参考文献

[1]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

[2]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