浅析水泥生产工艺的节能技术

王静

新疆和静天山水泥有限责任公司 新疆 和静 841300

引言

水泥作为建筑行业所使用的主要建材有很多应用优势，而且现如今我国在建筑行业的发展过程中对于水泥的需求量也变得越来越多。水泥生产单位在满足质量的前提下，还需要走上资源集约型道路，积极探索新型的生产工艺来节能优化水泥的整个生产流程。不仅仅帮助水泥生产企业的经济效益实现最大化获取，而且对于外部环境而言也体现出生态环保的相关作用，同样也加强了我国建材生产行业节能化、环保化的发展趋势，为其在以后的进步过程中提供有效的推动力量。

1 水泥行业的潜能分析

我国传统的建筑在建造时多使用砖块、泥土、木构架等作为建筑加固和结构稳定性提升的主要可利用材料，但是由于建筑功能和结构的复杂性越来越显著，就必须要重视建筑的稳定性。因此，水泥成为现阶段建筑行业使用频率最高的基础性原材料。而且随着我国社会主义经济的不断发展，水泥也获得较好的发展前景。自从我国进入到改革开放阶段以来，水泥建材的作用逐渐凸显出来，而且其他物质不能代替。一般来说，在水泥的生产过程中会需要大量的煤炭资源消耗或电力能源来进行生产作业的支持，其中煤炭消耗量占据了较大的比重[1]。但煤炭作为一种不可再生资源，燃烧时会产生大量的污染物，对于环境所造成的污染性比较严重。而且部分生产水泥的企业为了能够节省投资成本，往往会使用质量较差的煤炭或者洗出来的煤渣，这就很容易导致在水泥生产过程时产生的污染物种类和数量变多，而且污染程度更为严重。如果水泥生产企业并没有对这些污染物进行合理的处理和排放，大量的二氧化硫、氮氧化物就会排放到大气环境中，很容易对环境造成极大的污染何危害。而且对于人们生存的环境而言，超标的硫氮元素化合物还会导致吸入者的呼吸性疾病患病风险和隐患增加[2]。

当下，我国倡导的环保理念应用以节能减排为主，在各行各业中实现产业结构的优化，淘汰一些落后的产能工艺手段。在这样的政策背景下，我国社会的各行各业开始资源集约型整治和改革。水泥企业作为建筑行业中必然要可持续性发展的企业更应当重视环保节能理念的应用，主要包括将二代水泥技术在内的先进节能技术及装备进行改革创新，以节能性为原则做好改造。与此同时，还需要借助一些其他的可再生燃料来协同代替不可再生燃料，常常会用到水泥窑帮助燃料的燃烧充分，降低污染物的排放量，在根本上有效促进能源管理系统和水泥行业的节能化、智能化生产[3]。

对于现有阶段的水泥生产工艺技术来说科学的改进和质量方面的提升，非常有效地降低了水泥行业的能耗水平[4]。在2020年时，我国水泥熟料单位的产品综合能耗降到了每吨水泥的生产仅需要108kg标准的煤来提供燃料的支持。相对于2015年的数据来说煤资源的损耗量减少了4kg[5]。我国还会对于各行各业的公司进行节能环保的排名，其中工信部所发布2020年我国水泥行业能效领跑者企业一共有28家，这些企业都在节能环保政策的引导下进行改革创新，采取了各种节能降耗的工艺和措施，使得水泥熟料单位的产品综合能耗降到了每吨水泥的生产仅需要100kg标准煤的使用量，相应的优化标准达到9%～20%[6]。因此我们可以发现随着水泥产量的不断稳定及市场前景开阔性的提升，只有积极加强节能减排措施的应用才能够帮助我国水泥生产工艺节能技术的有效性被加强。在未来的十年中，我国水泥行业能源的消耗和排放还会出现大幅度的下降，而且现阶段我国大多数行业的消耗和排放都已经呈现出了非常明显的下降趋势，在不考虑水泥产量的影响下，将新的节能减排技术运用到水泥生产过程中使得整个水泥行业的能耗和排放水平逐渐保持平稳的下降趋势，并且达到行业的标准值。未来的五年内，我国水泥行业的能耗节约潜力可以达到15%左右。从整体的排放水平上进行数据预测，其中二氧化碳的排放量可以减12%，二氧化硫的排放量会减少30%，其他氮氧化物的排放量将减少29%左右。相对于其他一些工业化大国和发达国家来说，我国水泥行业进行节能低碳环保处理的时间比较晚，起步比较困难，和它们相比存在着一定的差距，但是我国在不断地进行节能减排技术应用，以生态环保理念作为工业化发展的宗旨有效促进我国水泥行业的性能提升，资源减少，实现可持续性的发展。但是与此同时，需要注意到水泥的生产不仅仅要保障性能和产品的质量，还需要在生产的过程中来降低资源损耗，才能够符合未来可持续性发展的相关要求和标准。

2 水泥生产工艺的节能技术

2.1 智能化节能技术[7]

我国大部分的水泥生产企业都是干法企业，所利用的工艺设备比较先进，但是在能源管理过程中还会依赖于传统的人工统计分析方法，不仅仅给整个水泥生产的工作效率带来影响，而且还有一定的滞后性，距离发达国家生产过程中的精细化能源管理方式相比差距较大。目前，我国有部分地区和部分水泥生产企业已经开始了水泥智能工厂的数字化转型，该工厂的生产以精细化的管理为主，借助基础性模块设置能源管理中心，建立起符合自身标准的能源管理体系，做好精细化的水泥生产节能能源管理。在源管理系统的智能化操作过程通常是在硬件的层面来建立起变量采集系统，包括生产过程中的DCS数据、低压表数据、高压表数据、物流数据和化验数据，通过专门的网络将大量的数据收集在一起，并进行分类和分析存取，建立一套科学的能源管理系统软件平台。该平台在水泥生产的过程中能够对节能化的工艺技术进行智能分析和存储，也能够将各种能源的消耗数据进行图示化的展示，并且根据水泥生产的效果和情况来建立分析图表，当水泥生产过程中的设备处于峰谷平运行时，空负荷运行情况呈现出来，对于操作员来说能够更好地进行设备的调控。水泥的生产智能化节能技术还会利用到生产调度管理模块，对企业中各种水泥的库存、产量和消耗进行数据分析，为各级管理人员提供水泥生产产量的决策依据。

2.2 预热器分解及先进烧成技术[8]

水泥生产过程中比较重要的工艺环节就是水泥熟料的煅烧工艺，其中旋风预热器的主要功能是为了保证水泥生料在进入到回转窑之后能够充分分解，并且将炉内排出的炙热气流分散于悬浮的状态，将窑尾的高温气流和外部空气进行冷热交换，对生料做好充分预热，保证其内部所含有的碳酸钙有机物能够及时分解。旋风预热器能够将生料粉层层收集进行分解，属于旋风预热器和回转窑之间的新能源转化系统，帮助生料分解率的提升。当大部分的燃料从分解炉进入到生产系统，水泥回转窑系统的热力分布就会被改善，相应的耐火材料热负荷被有效减轻。在现有基础上还需要进行六级旋风预热器的技术突破，使其出口温度达到270℃左右，趋于国际领先水平。在分解炉的研究中，要做好分解炉原理的模拟性试验，帮助其及时适应不同燃料的不同特质，增强分解炉适应性，帮助燃料充分燃烧，进而达到降低氮氧化物和硫化物的排放目的。水泥回转窑技术升级的时候，两档短窑指的是长径比小于或等于12.5的回转窑，这种方法是我国水泥生产工艺中最普遍的方法，也就是干型水泥生产法。借助旋风预热器为回转窑内的物料煅烧提供充分的燃烧条件，降低能源的消耗，提升熟料的质量。

2.3 计算机节能技术

以发展的眼光来看待水泥的生产和制造行业，该行业属于一种能源消耗密度较大的行业，这是因为特殊的工艺技术特点和生产过程中所需要大量的燃料消耗，后续的两磨工艺也需要依赖电能的消耗。水泥生产时能源消耗所产生的成本占据了整体成本的40%，最高可以达到70%，因此对于水泥的生产来说能源消耗产生的成本就是最大的成本。这项成本已是可控的，只有利用好相应的节能技术就能够进行能耗成本的降低。与此同时，做好水泥生产过程中精细化的能源管理和智能化控制系统，还有助于水泥生产的效率提升、产品质量变高。对于水泥行业来说达到一个“降本增效”的优良结果。随着互联网、云计算、大数据、人工智能等科学技术的发展和带动，水泥行业还进行了智能技术升级。现在大多数水泥企业都已经装备有先进的新型干法水泥生产线，借助计算机DCS控制系统采取针对性的控制方案，帮助水泥的生产实现即时化、平稳化和精细化，做好水泥生产设备的智能和优化调控，建立起水泥计算机智能专家管控系统，帮助建设水泥智能生产工厂，是促进我国水泥生产行业实现绿色、环保、可持续发展的重要抓手。水泥生产系统具有典型的滞后性，而且多变量之间还存在着耦合的工艺系统，经常会基于单入单出的PID回路系统而无法操控，通过依靠水泥生产设备操作员的经验来进行调节，受到人为因素的限制导致生产过程出现意想不到的问题。而现有的计算机节能水泥生产系统专家能够借助水泥窑磨和相关的工序模型来预测水泥生产过程中可能会出现的问题，提出相应的解决方案，在稳定的基础上对物料成分、煤的能耗进行数据分析，挖掘大数据和人工智能算法测算得到基于每小时入窑生料成分的最优最经济操作，帮助实现水泥窑磨运行的最高效率。

3 结束语

综上所述，由于水泥在社会建设过程中所发挥的重要性不言而喻，加强水泥生产不仅仅需要重视其质量提升，还应当从节能的角度来优化工作流程和生产工艺，尽可能提升建材生产的能源利用率，减少资源的浪费。将水泥生产工艺的节能技术运用其中，一方面能够对整个水泥的生产过程作出结构优化和技术调整，另一方面在科学力量的支持下，水泥的生产也逐渐呈现出科学化、自动化、专业化、节能化等多种优势并行的场面，为我国建筑行业的发展提供了更为高质量的原材料，也有效促进了我国建筑行业的环保性。因此，文章中将水泥生产工艺和节能技术融合在一起也是对资源的节约，为节能技术本身探讨了更多在未来发展过程中所应用的可能性，帮助我国环保技术取得更多的进步和发展。