水泥生产工艺技术发展及节能降碳技术

水泥生产工艺技术发展及节能降碳技术

王亮

天津金隅振兴环保科技有限公司  天津300400

摘要：水泥生产中所使用的能源主要为电能与煤炭燃料，其中能源上的成本支出超过了直接成本的60%，且国内水泥行业以燃煤为主要能源供应。回转窑中大多数使用烟煤，而立窑在燃煤的质量上具有较高的性能指标要求。最近几年，伴随着科技的不断革新进步，低挥发分煤与无烟煤都能够用于回转窑的水泥熟料煅烧生产工序中。在国家节能环保政策的逐渐落实背景下，越来越多的节能方式被研发并运用于水泥生产工艺中。

关键词：水泥；生产工艺；节能技术

引言

随着我国经济的快速发展，人们对物质生活水平要求也越来越高，而水泥作为最主要的建筑材料之一，在实际生产过程中需要大量使用各种能源才能满足日常需求。由于水泥生产过程中造成资源浪费问题严重、环境污染形势严峻，如果不及时加以控制，会造成极大危害社会公众利益的不良影响，因此水泥生产的节能技术得到广泛研究与应用。

1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。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。

2水泥生产工艺技术发展及节能降碳技术

2.1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。

2.2使用热管技术的排气系统

烟气的外在特征便是温度高、体积大，而且会带走大概三分之一的热量，这属于水泥生产工艺中最大的热损失途径。通过对余热的利用，能够提升炉膛热效率，把能源消耗量降至更低水准。废气所带走的热量和废气温度与废气量的乘积之间成正相关。最近几年，热管技术在烟气余热回收工艺中已经逐渐普及使用，其在提高热效率方面的效果也十分突出。热管技术能够用来降低废气温度，从而直接减少了由于废气排放而导致的热量损失。热管是基于传热技术原理而研发的高效传染配件。目前，市场上具有较多种类的热管，其中为了降低投资成本，重力热管备受市场青睐。所谓热管，就是填充了一定介质的密封性强、清洁、内部真空的真空管，介质类型主要有纯水体、丙酮、乙醇、其它类型的有机化合物、无机钾/钠金属等物质。在低温与高温热源朝着管道内部传导热量的时候，管道下段液体介质受热温度提高会立即蒸发并提升至热管上侧。基于上壳体外部低温冷源的热量吸取作用，蒸汽会逐渐冷却凝结成水滴，散发汽化潜热。基于其自身重力作用，水滴会顺着管壁回流，并且经过加热之后二次蒸发。此过程是连续进行的，而且是以较快的速度完成了热量回收工作。

2.3排气系统热管技术

在生产水泥的过程中需要用到不同类型的热管，为了实现水泥的节能生产，其中重力型热管的应用较为普遍。重力型热管的密封性与洁净性较强，是抽成真空金属管，在管内填充介质能够保障在高温下进行工作。遇到下方高温热源将热量传输到管腔，就会使得管中介质被蒸发，到热管的上方出现冷凝现象，然后释放汽化的潜热，从而形成介质再回到管下方，然后重新受热，循环往复。该过程能够有效提高生产效率，节约能源。

结语

应对气候变化、减少CO2排放是水泥行业可持续发展面临的紧迫任务，也是水泥生产提升科技水平、实现转型升级的重要契机。随着科学技术的进步，水泥生产工艺技术也会伴随有一系列创新性变革，在水泥生产原材料粉磨、水泥熟料烧成工艺及新能源应用诸多生产环节取得重大工艺技术突破，进而为“双碳目标”的实现提供可靠的技术支撑。

参考文献

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[2]翟刘辉.基于水泥炉窑节能管控平台的水泥烧成电耗及其参数优化方法[D].南京邮电大学,2021.

[3]钱建荣,尹靖宇,张晋,李晋梅,李保金,颜小波,李卫东,孟晓双.水泥企业专项节能诊断工作体会和若干思考.水泥,2021（04）:34-37.