水泥生产工艺节能技术探讨

王晓龙

Cement and concrete production 水泥与混凝土生产

水泥生产工艺节能技术探讨

王晓龙

（西安建筑科技大学材料科学与工程学院粉体工程研究所 710055）

我国是一个水泥消耗大国，而水泥生产过程中又伴随着大量电力、水、煤等资源的消耗，这些资源的消耗占据了较大的成本。本文将在保证水泥质量和提升生产效率为前提的基础上，讨论分析水泥生产工艺的节能技术，总结水泥粉磨生产、水泥生产技术的节能优化建议，有效减少水泥生产环节的能源耗损，达到节能生产的目的。

水泥生产；节能技术；水泥粉磨

0 引言

水泥作为建筑行业中最为常见的原材料，具有诸多优势目前在生产建设中不可替代。水泥工业已经成为了衡量国家国民经济社会发展水平和综合实力的重要标准。目前，随着我国对基础建设投入的加大，水泥的需求量呈上升的趋势，而水泥生产中往往伴随着高污染和高耗能，因此，在水泥生产中积极实施节能技术，不断探索水泥的新的生产工艺和技术就显得尤为重要。

1 水泥生产工艺节能技术介绍

1.1 变频控制技术

水泥生产回转窑主动传会有动力产生，产生动力是频率控制技术电机设备的驱动力，所采用的电机系统有比较高的要求，启动扭距高、调速性能稳定，才能够与回转窑搭配运行。比较传统的方式均是利用电机串联电阻调速达到回转窑驱动的目的，与此同时，回转窑运用晶体管技术，提升直流电动机调速系统应用频率[2]。由于回转窑会散发大量热量，所以直流电机可能会导致炭刷、换向器头破损，影响到低速运行稳定性，还会在运转过程中产生大量能耗。现如今，为了达到节能生产的目的，转窑电机驱动系统搭配变频调速技术，可以组建交流调速驱动系统，替代传统的直流调速系统，获得非常显著的节能生产成效。另外，变频器交流电机搭配组建交流调速系统，其中需要用应用逆变器，将其作为无源逆变器，实现商用频率之间的转换[3]。利用控制变频器与变频交流电机驱动，便可以拖动回转窑，使得回转窑实现牵引变频控制，并且达到同步控制的目的。回转窑高扭距必须要符合要求，且调速环节具备稳定性才能够优化水泥生产节能成效。回转窑主动传系统均可以采用变频控制器技术，已经成为当前水泥生产比较常用的节能工艺。

1.2 燃烧技术

1、双管煤粉燃烧器

水泥生产中运用燃烧技术，其中会包括新型双管燃烧器，这种燃烧器类型比较丰富，常用的有双管煤粉燃烧器，不仅具备传统形式的多通道燃烧器优势，还能够解决燃烧区个别部位高温这一问题，加强分布火焰温度的合理性，延长窑炉运行时间[4]。除此之外，新型双管燃烧器能够将内管道消除，使得旋流器外管道旋流强度得到优化，如果环形射流厚度超出管道燃烧器厚度的3倍，那么燃烧器运行效率显著降低，此时技术人员延缓空气与煤粉点火的速度，能够减小火焰最高温度，烧结区耐火砖使用期限也可以延长，如此一来便可以节省多风燃烧器。使用的内外空气调节阀将传统燃烧器的系统结构加以简化，经过实践发现一次风机节约可高达30%。变速箱手轮可以更改火焰形状，观察变速箱显示器的提示内容，加强火焰控制精准性。利用煤粉螺旋给料机，将其安装在螺旋泵上方部位，使用螺旋杆，风机可以传送煤粉进入到双管式燃烧器中，由高压离心风机负责提供外部环境的空气，实现燃烧器的稳定运行。

2、煤粉燃烧技术

采用煤粉燃烧技术，因为充足养区内部煤粉能够完全燃烧，在这一条件下煤粉化学不完全燃烧损失会在煤粉燃烧技术的作用下不断降低，提升燃烧效果

3、减少窑热损失

回转窑运行期间窑热损失随之减少，气缸空气内部损失热量在总热量中占比约为20%，附近空气利用衬套、汽缸可以接收到回转窑传输的热气流热量。如果内衬导热系数增加，会减小热阻，并提升热损失。所以窑衬热阻提升，绝热效果得到优化，而减少窑缸热损失便可以达到提升窑衬热阻的目的。

1.3 预粉磨技术

水泥进入到球磨处理这一阶段之前，需要进行预粉磨处理，增加料床粉磨装置，确保原本运行的球磨系统能够增加节能生产效率。料床粉磨与单颗粒破碎对比存在差别，比较经典的料床粉磨设备包括辊式磨、辊压机、筒辊磨，三种不同的料床粉磨设备都可以进行预粉磨，其中辊压机用预粉磨相对较多。分析辊压机预粉磨大致可以划分成循环预粉磨、部分终粉磨、混合粉磨、联合粉磨等环节，其中循环预粉磨、联合粉磨比较常见[5]。运用预粉磨技术可以简化循环预粉磨操作流程，电能节省效果明显。经过实践发现，单耗能降低可达到11%，但联合粉磨操作环节比较复杂，与水泥膜对比能够节省系统电耗在19%左右。

1.4 排气系统热管技术

水泥生产需要用到不同类型的热管，为了能够达到节能的目的，同时减少投资，重力型热管最为常见。该热管具有较好的密封性与洁净性，是抽成真空金属管。在管内填充工作介质，例如纯水、丙酮或者有机化合物等，可以在-200~2000℃这一温度区间内使用。如果下方高温热源传输热量到管腔，考虑到加热管腔下方为液态工质，可以快速蒸发上升至热管的上方。上方壳外低温冷源具有吸热的效果，蒸汽冷凝成液滴之后可以释放汽化潜热。此时液滴凭借自身重力顺沿管壁回流到下方，重新受热气化，反复循环这一流程，期间效率不断提高，便可以结束热回收处理。

1.5 煤粉喷腾燃烧技术

水泥熟料生产环节采用煤粉喷腾燃烧技术，需要用到煤粉燃烧器，在技术不断创新与改进之后，风煤混合处理得到的效果也更加优化，有效提高了煤粉燃烧效率。因为煤粉燃烧效果更为充足，水泥熟料生产环节火焰温度不断提升，通过煤粉燃烧技术使得综合煤、劣质煤生产燃烧效率得到提高。因为一次风量降低，煤粉喷腾燃烧过程中二次风量提高，煤粉燃烧效果更加理想，可以规避一次风量过大导致煤粉向低温区域飘落，引发的无法充分燃烧而浪费的现象。当二次风量加强之后，煤粉燃烧环节供养更为充足，能够提升煤粉燃烧效率。

2 水泥生产节能优化建议

2.1 水泥粉磨生产节能优化

水泥粉磨是水泥生产的关键性环节，采用球磨机开路粉磨系统，通过球磨机这一设备，如果水泥熟料或者混合料的硬度不同，便可以同时放入到球磨机内展开粉末处理，最终获得粉末成品[1]。总结该工艺的优势在于操作过程简单，对技术人员专业性要求不高，同时也不需要投入大量资金。但缺点是如果操作过程控制不到位，有可能会出现过粉磨这一现象。

采用球磨机进行闭路粉磨生产，这里提到的闭路粉磨同样是运用球磨机设备，针对水泥熟料展开加工处理，随后再采用选粉机将加工得到的成品划分类别，即成品和粗粉，得到的粗粉需要重新放入球磨机展开粉磨生产。通过该工艺能够解决过粉磨现象，并且不会导致大量能耗，最终成品产量较大，可以保证成品质量。然而操作过程中具有一定复杂性，对技术人员的要求相对较高。

在生产过程中同时结合辊压机、预磨粉和球磨机，技术人员将水泥熟料放入到辊压机中展开粉磨预处理。这一环节有利于加强水泥物料易磨性，随后玉磨物料放到球磨机内部展开粉磨操作，可以提升粉磨生产的效率，降低生产环节能耗，有利于推动当前水泥生产工艺的创新。

将辊压机、球磨机和选粉机融合，实现水泥粉磨工艺统一集成。按照实际水泥生产要求方面的差异，将水泥熟料和其他成分调配获得水泥调配模块。采用给料机进行称重，随后在辊压机内部放入原料实施预粉磨处理，最后采用球磨机深入粉磨。因为之前预处理阶段原料内部岩性结构已经碎化，所以进行到球磨机生产这一阶段便可以进一步提升生产效率，达到水泥生产节能化的这一目的。

2.2 水泥生产技术的节能优化

为了达到良好的分解节能效果，在水泥节能生产过程中运用新型干法水泥生产线，能够促进水泥生产，并且达到减少热消耗的效果。采用该技术，包括选材、加工处理、粉磨生料等工序，在水泥节能生产这一方面有非常好的效果。在生料制备环节驾驶运输车辆将石灰石运输到破碎喂料仓，由破碎系统对石灰石进行破碎处理，最后再运输到预配料预均化堆场当中，所采用的辅助原料输送到相应的配料库。操作双辊破碎机处理。当土颗粒破碎程度超过85%，且粒径不足25mm便可以转入到预配料预均化堆场。所有原材料经过破碎处理之后输送至配料库，经过皮带运输机、入磨锁风阀等运输装置传送到原料立式磨中展开烘干、粉磨加工。完成粉磨这一环节，如果依然有粗粉存在需要重新返工，确定不存在粗粉即可将其放入至旋风收尘器进行最后的处理。

利用预热器分解炉展开生料的预热与分解，可以替代传统的回转窑，并且将回窑长度缩短。当窑内处于堆积状态进行气料换热，转移到预热器且处于悬浮状态，将混合生料与所排出炽热气体混合，可以提升传热速度以及热交换效率，减少熟料烧成热耗。立足于水泥节能生产这一角度，采用预热分解技术对比传统工艺增加了分解炉，回转窑与预热器中间增设上升烟道，再利用燃料喷入装置，确保分解炉中的燃料燃烧放热、生料碳酸盐分解吸热更加高效的完成，使得入窖生料分解率显著提升。其中移动碳酸盐分解也是在分解炉中实施，在分解炉内加入部分燃料，可以降低窑内煅烧带产生的热负荷。因为生料燃料均在均匀混合状态下，所以物料能够将燃料燃烧产生热量快速吸收，使得燃烧、换热、碳酸盐分解这一系列流程有效实施，真正体现出新型干法水泥这一工艺的节能降耗优势。

进行到煤磨环节通常会操作辊式磨系统，将其放置在窑头部位，窑头冷却机排放废气，为水泥烘干提供最为基础的热量。工作人员计量经原煤仓所有原煤进行烘干、粉磨、选粉加工，最终获得的成品煤粉在出磨之后，受到气流作用会转移到收尘器内。采集煤粉利用链式输送机运输到煤粉仓中，此时气体经过净化处理后顺利排入至大气。计量之后的煤粉受气力作用，运输到窑与分解炉当中，所采用的计量设备会选择燃烧器，通过定量的方式获取煤粉，保证窑内温度。煤粉经过计量设备最上方一侧进入转子，而另外一侧的底部位置有压缩空气，进入，同样经过转子，随后煤粉便会在双重作用下转移到窑内。当熟料与石膏通过定量喂料机，便会被传输到水泥磨展开粉磨处理与加工，操作选粉机、水泥磨便会组合成为圈流水泥磨。按照水泥产品生产规定，在粉磨期间适量掺加熟料、混合材料。完成粉磨加工后，提升机输送环节，内部水泥经过累积便会转变为水泥库，作为成品运输得到使用。

3 结束语

综上所述，现阶段水泥生产需要朝着节能的目标前进，结合现有水泥生产方案，需要优化生产工艺与技术，采用新型生产设备，减少生产过程中的能耗，同时提高生产效率与设备运转效率，减少资金投入。今后在水泥节能生产的过程中，还需要加强对新技术研发的重视，能够发挥现有节能技术作用，搭配全新的节能工艺，替代传统能耗高的设备和技术，推动水泥生产朝着绿色环保的方向发展。

[1]陈忆红,郭瑞广,李伟洋.基于水泥联合粉磨系统节能降耗途径的分析[J].散装水泥,2020(05):5-7.

[2]聂纪强.用正确的技改目标推进我国水泥工业绿色发展[J].中国水泥,2020(06):75-77.

[3]李兴.水泥低温余热发电厂几种电气节能降耗方法微探[J].内蒙古科技与经济,2019(18):80+83.

[4]闫鹏,赵震,彭磊.水泥厂电气设计节能措施分析[J].四川水泥,2019(06):1.

[5]甘茜.水泥生产污染控制及低碳环保发展思路探索[J].科技经济导刊,2018,26(35):106+108.

[6]周小勇.浅析白水泥生产工艺节能措施[J].散装水泥,2018(04):38-40.

王晓龙（1979.11- ），男，陕西省宝鸡市岐山县，现职称：中级工程师。学历：硕士研究生；研究方向：建筑材料，材料工程，单位：西安建筑科技大学材料科学与工程学院粉体工程研究所。

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