水泥生產(chǎn)工藝的節(jié)能技術(shù)分析

(青海鹽湖海納化工有限公司， 青海 西寧 810003)

水泥生產(chǎn)工藝的節(jié)能技術(shù)分析

包良珠

(青海鹽湖海納化工有限公司， 青海 西寧 810003)

科學(xué)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，促使我國城市化建設(shè)的步伐加快，建筑行業(yè)得到的很好的發(fā)展，同時(shí)帶動(dòng)了相關(guān)產(chǎn)業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展，其中水泥生產(chǎn)行業(yè)的發(fā)展勢(shì)頭比較強(qiáng)勁。隨著新時(shí)代對(duì)環(huán)境的要求，水泥生產(chǎn)行業(yè)也在節(jié)能技術(shù)方面進(jìn)行了研究和改進(jìn)。

水泥生產(chǎn)；工藝流程；節(jié)能技術(shù)

0 引言

水泥行業(yè)的能源消耗以電力和煤炭為主，占水泥生產(chǎn)直接成本的2/3以上，我國水泥工業(yè)主要以燃煤為主。回轉(zhuǎn)窯大部分使用煙煤，立窯使用無煙煤，對(duì)燃煤的質(zhì)量有一定的性能指標(biāo)要求。近年來隨著技術(shù)進(jìn)步，低揮發(fā)分煤和無煙煤均可用于回轉(zhuǎn)窯水泥熟料煅燒生產(chǎn)。在節(jié)能環(huán)保政策的推動(dòng)下，各種廢棄物替代燃料正悄然興起。

1 水泥生產(chǎn)的工藝流程

目前水泥熟料粉磨工藝技術(shù)大致有3種方案，第一種方案是球磨機(jī)開路粉磨系統(tǒng)，主要的粉磨設(shè)備是球磨機(jī)，它將硬度不同的水泥熟料等混合物料同時(shí)送入球磨機(jī)內(nèi)進(jìn)行粉磨，物料通過球磨機(jī)后即為成品，這種方式的優(yōu)點(diǎn)是流程簡(jiǎn)單、投資少，缺點(diǎn)是容易產(chǎn)生過粉磨現(xiàn)象。

第二種方案是球磨機(jī)閉路粉磨系統(tǒng)，閉路粉磨是指水泥熟料經(jīng)過球磨機(jī)排出的水泥粉體先被送到選粉機(jī)后，將磨好的水泥分為成品和粗粉，粗粉被送回磨機(jī)再粉磨。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是減少了過粉磨現(xiàn)象、提高了產(chǎn)量、降低了電耗、且產(chǎn)品容易控制，缺點(diǎn)是系統(tǒng)設(shè)備的投資大、操作系統(tǒng)復(fù)雜。

第三種方案是采用輥壓機(jī)的預(yù)粉磨系統(tǒng)，先采用輥壓機(jī)將水泥熟料粉磨以減少物料的粒度，同時(shí)還能夠使物料的巖相結(jié)構(gòu)受到破壞，從而提高物料的易磨性，然后將預(yù)粉磨完成的物料送進(jìn)球磨機(jī)進(jìn)行粉磨，這種方案與傳統(tǒng)方案相比具有粉磨效率高、能耗低等優(yōu)點(diǎn)，有利于磨機(jī)增產(chǎn)節(jié)能。半終粉磨是一種典型的預(yù)粉磨系統(tǒng)，它主要包括水泥調(diào)配站、輥壓機(jī)、選粉機(jī)和球磨機(jī)等幾部分組成。在水泥調(diào)配站中根據(jù)不同的水泥型號(hào)以及熟料的成分調(diào)節(jié)熟料、石膏和輔助原料的喂料的比例，通過給料機(jī)的皮帶秤配料稱重，配制好的原料經(jīng)過提升機(jī)提升至輥壓料倉，通過定量喂料機(jī)將料倉中的料送至輥壓機(jī)進(jìn)行預(yù)粉磨處理，進(jìn)而節(jié)省物料在球磨機(jī)中的粉磨時(shí)間，提高粉磨的質(zhì)量。

2 水泥生產(chǎn)工藝的節(jié)能技術(shù)

2.1 變頻調(diào)速技術(shù)

2.1.1 變頻調(diào)速技術(shù)

用于電機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)電機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)是回轉(zhuǎn)窯主傳動(dòng)的動(dòng)力源，回轉(zhuǎn)窯的工作特點(diǎn)是要求電機(jī)系統(tǒng)具有高的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，調(diào)速穩(wěn)定平滑。80年代，隨著大容量晶體管技術(shù)的發(fā)展，直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)在回轉(zhuǎn)窯上的應(yīng)用增多。但由于回轉(zhuǎn)窯的高熱輻射，工作在附近的直流電機(jī)存在碳刷和整流子頭損壞快、低速運(yùn)行不穩(wěn)定、耗電量大問題。將變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用于回轉(zhuǎn)窯電機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)組成交流調(diào)速拖動(dòng)系統(tǒng)，可完全代替直流調(diào)速系統(tǒng)，具有良好的節(jié)能效果。交流調(diào)速拖動(dòng)系統(tǒng)由變頻器和交流電動(dòng)機(jī)組成。變頻器即無源逆變裝置，它將工頻交流電變換為所需頻率的交流電，供負(fù)載用。系統(tǒng)采用 PLC可編程控制器控制變頻器，變頻器驅(qū)動(dòng)交流電動(dòng)機(jī)，完成對(duì)回轉(zhuǎn)窯的拖動(dòng)任務(wù)，包括實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)窯的雙機(jī)拖動(dòng)變頻調(diào)速和同步控制，既滿足了回轉(zhuǎn)窯起動(dòng)轉(zhuǎn)矩高的要求，又便于窯運(yùn)行過程中的調(diào)速操作，調(diào)速過程平滑穩(wěn)定，節(jié)能效果明顯。此外，該技術(shù)可用于所有的回轉(zhuǎn)窯主傳動(dòng)系統(tǒng)，具有良好的通用性。

2.1.2 變頻調(diào)速技術(shù)用于喂料系統(tǒng)

傳統(tǒng)的回轉(zhuǎn)窯喂料系統(tǒng)采用勺式喂料機(jī)，計(jì)量精度差，控制復(fù)雜。將變頻技術(shù)用于喂料系統(tǒng)現(xiàn)了回轉(zhuǎn)窯給料量的自動(dòng)控制，可達(dá)到節(jié)能降耗、提高窯運(yùn)轉(zhuǎn)率及熟料質(zhì)量的目的。具體來說，是利用原有料漿泵和電機(jī)，通過電磁流量計(jì)的反饋信號(hào)對(duì)料漿泵實(shí)行變頻調(diào)速，泵的轉(zhuǎn)速與窯速同步，無回漿，從而實(shí)現(xiàn)喂料自動(dòng)控制。

2.2 預(yù)粉磨技術(shù)

預(yù)粉磨是指在球磨前增設(shè)一臺(tái)料床粉磨設(shè)備，使原來球磨系統(tǒng)可以大幅度增產(chǎn)節(jié)能的措施。料床粉磨是區(qū)別于單顆粒破碎而言的，典型的料床粉磨設(shè)備有輥式磨、輥壓機(jī)和筒輥磨。這三種料床粉磨設(shè)備均可用于預(yù)粉磨，但輥壓機(jī)用得較多。輥壓機(jī)預(yù)粉磨是區(qū)別于終粉磨以外的總稱，實(shí)際上可分為循環(huán)預(yù)粉磨、混合粉磨、部分終粉磨和聯(lián)合粉磨等流程。常用的流程是循環(huán)預(yù)粉磨和聯(lián)合粉磨。在預(yù)粉磨技術(shù)中，循環(huán)預(yù)粉磨流程簡(jiǎn)單，但節(jié)電效果顯著，單耗能降低7%～11%；聯(lián)合粉磨流程較復(fù)雜，對(duì)于水泥磨可降低系統(tǒng)電耗約11%～19%。

2.3 排氣系統(tǒng)采用熱管技術(shù)

熱管是根據(jù)傳熱技術(shù)需要而發(fā)展起來的一種高效傳熱元件，上世紀(jì) 70 年代開始用于節(jié)能工程。熱管的類型較多，為節(jié)省投資，目前國內(nèi)多用的是重力型熱管。這種熱管是一種密封、潔凈，抽成真空的金屬管，在其內(nèi)部充填一定量的工作介質(zhì)，介質(zhì)可以是純水、丙酮、乙醇或有機(jī)化合物以及無機(jī)物鉀、鈉等堿金屬，適用范圍從-200 ℃～ 2000 ℃ 不等。當(dāng)下部高溫?zé)嵩磳崃拷?jīng)管殼傳入管腔，加熱管腔下端的液態(tài)工質(zhì)，使之迅速蒸發(fā)并上升到熱管上端，由于上部殼外低溫冷源的吸熱作用，蒸汽冷凝成液滴并放出汽化潛熱。液滴依靠本身的重力沿管壁回流至下部，再次受熱汽化。此過程不斷循環(huán)，且速度極快，可完成熱回收的任務(wù)。

2.4 燃燒技術(shù)的改進(jìn)

2.4.1 新型雙風(fēng)道燃燒器

這里介紹的是 KBN 系列新型雙風(fēng)道煤粉燃燒器。該燃燒器除具有普通多風(fēng)道燃燒器的優(yōu)點(diǎn)外，其主要特點(diǎn)是可以消除燃燒帶局部高溫現(xiàn)象，使火焰溫度分布更為合理，有利于窯的長周期運(yùn)轉(zhuǎn)。與多風(fēng)道燃燒器相比，其主要優(yōu)點(diǎn)有：取消了內(nèi)風(fēng)道，采用可調(diào)式旋流器，使外風(fēng)道旋流強(qiáng)度可根據(jù)窯內(nèi)工況合理調(diào)整；由于環(huán)形射流厚度增加到三風(fēng)道燃燒器的 2 倍，可延緩煤粉和二次風(fēng)混合速率，降低火焰峰值溫度，有效地延長燒成帶耐火磚壽命；取消了傳統(tǒng)多風(fēng)道燃燒器的內(nèi)風(fēng)和外風(fēng)調(diào)節(jié)閥門，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)，并可節(jié)省一次風(fēng)機(jī)電耗約30%；火焰形狀通過傳動(dòng)箱手輪調(diào)節(jié)，由位于齒輪箱上的指示儀指示，火焰控制簡(jiǎn)單、精確；在煤粉螺旋喂料器下安裝螺旋泵，風(fēng)機(jī)通過螺旋泵將煤粉送至雙風(fēng)道燃燒器，外風(fēng)由高壓離心風(fēng)機(jī)供風(fēng)。

2.4.2 煤粉噴騰燃燒技術(shù)

由清華大學(xué)與深圳市某水泥廠共同開發(fā)的煤粉噴騰燃燒技術(shù)， 通過對(duì)煤粉燃燒器改進(jìn)，強(qiáng)化了風(fēng)煤混合，改善了煤粉的燃燒狀況，使煤粉燃燒充分，提高了火焰溫度，使白煤與煙煤混合成的綜合煤和劣質(zhì)煤的燃燒效果大為改善。煤粉噴騰燃燒技術(shù)實(shí)現(xiàn)了一次風(fēng)量降低和二次風(fēng)量增大，使煤粉燃燒更為充分，防止一次風(fēng)過大，避免煤粉落在窯的低溫區(qū)物料上，從而減少了煤粉的機(jī)械不完全燃燒熱損失。同時(shí)，由于煤粉能在充足的氧氣區(qū)得以充分燃燒，也明顯降低了其化學(xué)不完全燃燒損失。

3 結(jié)語

新型現(xiàn)代立窯水泥生產(chǎn)工藝正是解決了當(dāng)前企業(yè)發(fā)展面臨的相關(guān)問題，能夠在較小的投資情況下實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益的顯著提高，產(chǎn)品符合國家的相關(guān)要求。新型現(xiàn)代立窯水泥生產(chǎn)工藝將成為未來水泥生產(chǎn)工藝的主導(dǎo)力量，推動(dòng)我國水泥制造水平進(jìn)一步提升。

[1]趙計(jì)輝，王棟民，王雪先.現(xiàn)代水泥高效節(jié)能的粉磨技術(shù)[J]中國粉體技術(shù)，2013，4（19）：64-71.

[2]曾學(xué)敏.水泥行業(yè)節(jié)能形勢(shì)及粉磨技術(shù)選擇[J]中國水泥網(wǎng)信息中心，2014，（5）：50-52.

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