水泥生产工艺的节能技术分析

时间：2024-07-28

(青海盐湖海纳化工有限公司，青海西宁 810003)

水泥生产工艺的节能技术分析

包良珠

(青海盐湖海纳化工有限公司，青海西宁 810003)

科学经济的飞速发展，促使我国城市化建设的步伐加快，建筑行业得到的很好的发展，同时带动了相关产业的进一步发展，其中水泥生产行业的发展势头比较强劲。随着新时代对环境的要求，水泥生产行业也在节能技术方面进行了研究和改进。

水泥生产；工艺流程；节能技术

0 引言

水泥行业的能源消耗以电力和煤炭为主，占水泥生产直接成本的2/3以上，我国水泥工业主要以燃煤为主。回转窑大部分使用烟煤，立窑使用无烟煤，对燃煤的质量有一定的性能指标要求。近年来随着技术进步，低挥发分煤和无烟煤均可用于回转窑水泥熟料煅烧生产。在节能环保政策的推动下，各种废弃物替代燃料正悄然兴起。

1 水泥生产的工艺流程

目前水泥熟料粉磨工艺技术大致有3种方案，第一种方案是球磨机开路粉磨系统，主要的粉磨设备是球磨机，它将硬度不同的水泥熟料等混合物料同时送入球磨机内进行粉磨，物料通过球磨机后即为成品，这种方式的优点是流程简单、投资少，缺点是容易产生过粉磨现象。

第二种方案是球磨机闭路粉磨系统，闭路粉磨是指水泥熟料经过球磨机排出的水泥粉体先被送到选粉机后，将磨好的水泥分为成品和粗粉，粗粉被送回磨机再粉磨。这种方法的优点是减少了过粉磨现象、提高了产量、降低了电耗、且产品容易控制，缺点是系统设备的投资大、操作系统复杂。

第三种方案是采用辊压机的预粉磨系统，先采用辊压机将水泥熟料粉磨以减少物料的粒度，同时还能够使物料的岩相结构受到破坏，从而提高物料的易磨性，然后将预粉磨完成的物料送进球磨机进行粉磨，这种方案与传统方案相比具有粉磨效率高、能耗低等优点，有利于磨机增产节能。半终粉磨是一种典型的预粉磨系统，它主要包括水泥调配站、辊压机、选粉机和球磨机等几部分组成。在水泥调配站中根据不同的水泥型号以及熟料的成分调节熟料、石膏和辅助原料的喂料的比例，通过给料机的皮带秤配料称重，配制好的原料经过提升机提升至辊压料仓，通过定量喂料机将料仓中的料送至辊压机进行预粉磨处理，进而节省物料在球磨机中的粉磨时间，提高粉磨的质量。

2 水泥生产工艺的节能技术

2.1 变频调速技术

2.1.1 变频调速技术

用于电机拖动系统电机拖动系统是回转窑主传动的动力源，回转窑的工作特点是要求电机系统具有高的起动转矩，调速稳定平滑。80年代，随着大容量晶体管技术的发展，直流电机调速系统在回转窑上的应用增多。但由于回转窑的高热辐射，工作在附近的直流电机存在碳刷和整流子头损坏快、低速运行不稳定、耗电量大问题。将变频调速技术应用于回转窑电机拖动系统组成交流调速拖动系统，可完全代替直流调速系统，具有良好的节能效果。交流调速拖动系统由变频器和交流电动机组成。变频器即无源逆变装置，它将工频交流电变换为所需频率的交流电，供负载用。系统采用 PLC可编程控制器控制变频器，变频器驱动交流电动机，完成对回转窑的拖动任务，包括实现回转窑的双机拖动变频调速和同步控制，既满足了回转窑起动转矩高的要求，又便于窑运行过程中的调速操作，调速过程平滑稳定，节能效果明显。此外，该技术可用于所有的回转窑主传动系统，具有良好的通用性。

2.1.2 变频调速技术用于喂料系统

传统的回转窑喂料系统采用勺式喂料机，计量精度差，控制复杂。将变频技术用于喂料系统现了回转窑给料量的自动控制，可达到节能降耗、提高窑运转率及熟料质量的目的。具体来说，是利用原有料浆泵和电机，通过电磁流量计的反馈信号对料浆泵实行变频调速，泵的转速与窑速同步，无回浆，从而实现喂料自动控制。

2.2 预粉磨技术

预粉磨是指在球磨前增设一台料床粉磨设备，使原来球磨系统可以大幅度增产节能的措施。料床粉磨是区别于单颗粒破碎而言的，典型的料床粉磨设备有辊式磨、辊压机和筒辊磨。这三种料床粉磨设备均可用于预粉磨，但辊压机用得较多。辊压机预粉磨是区别于终粉磨以外的总称，实际上可分为循环预粉磨、混合粉磨、部分终粉磨和联合粉磨等流程。常用的流程是循环预粉磨和联合粉磨。在预粉磨技术中，循环预粉磨流程简单，但节电效果显著，单耗能降低7%～11%；联合粉磨流程较复杂，对于水泥磨可降低系统电耗约11%～19%。

2.3 排气系统采用热管技术

热管是根据传热技术需要而发展起来的一种高效传热元件，上世纪 70 年代开始用于节能工程。热管的类型较多，为节省投资，目前国内多用的是重力型热管。这种热管是一种密封、洁净，抽成真空的金属管，在其内部充填一定量的工作介质，介质可以是纯水、丙酮、乙醇或有机化合物以及无机物钾、钠等碱金属，适用范围从-200 ℃～ 2000 ℃ 不等。当下部高温热源将热量经管壳传入管腔，加热管腔下端的液态工质，使之迅速蒸发并上升到热管上端，由于上部壳外低温冷源的吸热作用，蒸汽冷凝成液滴并放出汽化潜热。液滴依靠本身的重力沿管壁回流至下部，再次受热汽化。此过程不断循环，且速度极快，可完成热回收的任务。

2.4 燃烧技术的改进

2.4.1 新型双风道燃烧器

这里介绍的是 KBN 系列新型双风道煤粉燃烧器。该燃烧器除具有普通多风道燃烧器的优点外，其主要特点是可以消除燃烧带局部高温现象，使火焰温度分布更为合理，有利于窑的长周期运转。与多风道燃烧器相比，其主要优点有：取消了内风道，采用可调式旋流器，使外风道旋流强度可根据窑内工况合理调整；由于环形射流厚度增加到三风道燃烧器的 2 倍，可延缓煤粉和二次风混合速率，降低火焰峰值温度，有效地延长烧成带耐火砖寿命；取消了传统多风道燃烧器的内风和外风调节阀门，简化了系统，并可节省一次风机电耗约30%；火焰形状通过传动箱手轮调节，由位于齿轮箱上的指示仪指示，火焰控制简单、精确；在煤粉螺旋喂料器下安装螺旋泵，风机通过螺旋泵将煤粉送至双风道燃烧器，外风由高压离心风机供风。

2.4.2 煤粉喷腾燃烧技术

由清华大学与深圳市某水泥厂共同开发的煤粉喷腾燃烧技术，通过对煤粉燃烧器改进，强化了风煤混合，改善了煤粉的燃烧状况，使煤粉燃烧充分，提高了火焰温度，使白煤与烟煤混合成的综合煤和劣质煤的燃烧效果大为改善。煤粉喷腾燃烧技术实现了一次风量降低和二次风量增大，使煤粉燃烧更为充分，防止一次风过大，避免煤粉落在窑的低温区物料上，从而减少了煤粉的机械不完全燃烧热损失。同时，由于煤粉能在充足的氧气区得以充分燃烧，也明显降低了其化学不完全燃烧损失。