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

作者姓名：牟春明

单位名称：山东滨州青龙山水泥有限公司单位省市：山东省滨州市单位邮编：256600

摘要：随着科学技术进步，水泥生产工艺技术也产生了一系列创新性变革；节能降碳是水泥行业可持续发展面临的紧迫任务，也是水泥生产企业转型升级的新契机，这就需要大力研发新型粉磨工艺技术、窑炉高效燃烧技术及绿色新能源开发应用技术，进而为水泥行业“双碳目标”的实现提供可靠的技术支撑。

关键词：水泥生产工艺；技术发展；节能降碳技术

水泥可以定义为一种水硬性胶凝材料，即是加水混合后可将砂石集料胶结成坚固耐久的建筑材料。水泥生产工艺技术可以追溯到1824年英国人阿斯普丁获得的波特兰水泥专利，而随后的回转窑的发明、立波尔窑的试验、预热器窑的演变以及预分解窑的出现，完成了水泥生产工艺技术现代化的进程。近几十年来，我国水泥行业通过自主创新和引进吸收相结合，实现了生产工艺技术跨越式发展，并正逐步引领世界水泥生产工艺技术的发展。

1水泥生产工艺技术的发展趋势

水泥生产工艺技术的发展朝着环保、节能、高效的方向发展。具体来说，水泥生产工艺技术的发展趋势主要涵盖以下几方面。第一，随着环保要求的提高，水泥生产过程中产生的废气、废水等环境污染物的处理越来越受到关注。因此，未来水泥生产工艺技术将趋向低污染、低排放，同时应用环保型设备和新型材料，如催化净化设备、脱硝设备、含铁固废的应用等。第二，水泥生产工艺中需要消耗大量的能源，如煤、电等，因此未来水泥生产工艺技术将朝着节能降耗的方向发展。例如，通过提高熟料的利用率、减少窑头损失、利用废热等方式实现节能降耗。第三，在水泥生产中使用新型原材料也是未来水泥生产工艺技术的发展趋势。例如，使用新型矿物掺合料，如粉煤灰、石灰石粉等，既可以减少对天然资源的开采，又可以减少二氧化碳排放。

2水泥生产工艺中的节能降碳技术分析

2.1水泥粉磨工艺节能技术

水泥粉磨系统包括开路（开流）磨、闭路（圈流）磨。就磨机系统本身的发展史看，一直是开路磨与闭路磨互为补充，交替发展。水泥熟料的粉磨系统是水泥生产各工艺环节中耗电最多的一个工序，约占1／3以上。联合粉磨系统是当今辊压机应用的主流，但水泥行业当前受市场冲击较大，企业竞争日益激烈，水泥粉磨节能降耗迫在眉睫，陶瓷球应运而生，轻质陶瓷球可有效降低研磨体重量，可有效降低水泥粉磨工序电耗近2kWh／t，同时可适当加大辊压机能力，提升辊压机效能，进一步实现节能降耗。

2.2热能回收技术

热能回收技术是水泥生产中常用的节能降碳技术之一，通过收集和利用水泥生产过程中产生的高温废气，实现废热的回收利用，从而降低水泥生产中的能耗和排放。在水泥生产过程中，熟料窑、煤磨和熟料冷却器是主要的废气产生源，其废气温度高达1000°C以上，因此废气回收利用可以显著降低水泥生产过程中的能耗和排放。废气回收利用的方式有多种，例如直接排放、热风炉燃烧利用、余热锅炉发电利用、废气热交换等。其中，余热锅炉发电和废气热交换技术是较为常见的废气回收利用技术。余热锅炉发电技术是指将熟料窑、煤磨和熟料冷却器等工艺设备产生的高温废气传递给余热锅炉，在锅炉内进行余热利用，并通过蒸汽轮机将热能转换为电能输出。该技术不仅可以降低水泥生产的能耗和排放，还可以将废气中的热能转换为电能，实现能源的综合利用。废气热交换技术是指将熟料窑、煤磨和熟料冷却器等工艺设备产生的高温废气与进入工艺过程中的空气或水进行热交换，从而将废气中的热能传递给进入工艺过程中的空气或水。该技术可以用于蒸汽发生器、预热器、回转窑等多个环节，实现能量的综合利用和热能的回收利用，从而降低水泥生产过程中的能耗和排放。

2.3富氧燃烧等低碳技术

富氧燃烧技术是近年提出来的一种新型的节能减排技术，通过新型大流量低能耗深冷直送富氧系统与专有燃烧器协同作用提高烧成效率，改善了燃料的燃烧工况，提高了煤质的适用性，提高火焰温度及黑度，缩短燃烧所需的时间，实现了燃料的完全燃烧，从而加大火焰对物料的辐射传热能力进而提高整个系统的热效率，窑炉内一次风用量减少，使得烟气量大大减少，减少废气及CO、NOx等有害气体的排放量，有利于节能减排，同时还能稳定整个窑系统的热工制度，提高水泥生产效率和熟料质量，生产能耗降低5％以上，具有良好的经济效益、社会效益和环保效益。

2.4绿色化学品技术

绿色化学品技术在水泥生产中的应用主要涉及以下几方面。第一，矿物掺合剂。矿物掺合剂是指通过磨细、激发、热处理等工艺处理而成的一种材料，如粉煤灰、矿渣粉等。这些矿物掺合剂可以替代部分水泥原材料，从而减少水泥生产过程中的能耗和碳排放。例如，每添加10%的粉煤灰，水泥生产能耗可降低3%左右，二氧化碳排放量可降低2%左右。第二，新型助磨剂，传统水泥生产中使用的助磨剂多为有机高分子材料，其制备过程会消耗大量的能源，同时会产生有害物质，如挥发性有机物。新型助磨剂则采用无机材料或复合材料作为原料，通过特殊工艺制备而成，不仅具有高效的助磨效果，而且环保、低碳。例如，硅酸盐助磨剂可以提高水泥生产效率15%-20%，并且可减少2%-4%的二氧化碳排放量。第三，新型分散剂，分散剂是水泥生产中不可或缺的化学品之一，其作用是使水泥颗粒分散均匀，提高水泥的流动性和可加工性。传统分散剂多为有机高分子化合物，容易分解产生有害物质。新型分散剂则采用环保、低碳的化学品，如多元醇、羧甲基纤维素等，不仅具有良好的分散效果，而且对环境无害。例如，使用多元醇作为分散剂可以降低水泥生产过程中的二氧化碳排放量约5%左右。第四，高效减水剂，减水剂是水泥生产中的一种化学品，主要作用是减少水泥浆体的水分含量，从而提高水泥强度和流动性。这些化学品具有高效的减水效果，同时对环境无害。例如，使用磷酸盐减水剂可以降低水泥生产过程中的能耗10%-20%，并且可减少2%-4%的二氧化碳排放量。

2.5全流程智能化工厂建设

作为现代化大型水泥生产企业，信息化建设是企业不断提升自身管理水平的基础，是减少管理过程中人为不确定因素的重要手段，是企业有效实现节能增效控制指标的手段，在未来行业竞争更加激烈市场格局下，通过建设能效管理系统，减少能效管理中由于人为因素造成的能源浪费，提高企业管理水平，降低企业生产成本，进一步提升自身竞争力，基于数据传感监测、信息交互集成及自适应控制等关键技术，集成数字化矿山系统、专家自动操作系统、智能质量控制系统、智能辅助巡检系统、制造执行系统等，实现了水泥企业生产运行自动化、管理可视化，充分体现了数字赋能、智能制造模式，为传统产业的转型升级和高质量发展起到了良好的示范引领作用。

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：

[1]汪澜．水泥生产工艺技术发展及节能降碳前瞻性技术分析．水泥．2022(06)：1-4．

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[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．