淺析水泥生產工藝的節能技術

王靜

新疆和靜天山水泥有限責任公司 新疆 和靜 841300

引言

水泥作為建筑行業所使用的主要建材有很多應用優勢，而且現如今我國在建筑行業的發展過程中對于水泥的需求量也變得越來越多。水泥生產單位在滿足質量的前提下，還需要走上資源集約型道路，積極探索新型的生產工藝來節能優化水泥的整個生產流程。不僅僅幫助水泥生產企業的經濟效益實現最大化獲取，而且對于外部環境而言也體現出生態環保的相關作用，同樣也加強了我國建材生產行業節能化、環保化的發展趨勢，為其在以后的進步過程中提供有效的推動力量。

1 水泥行業的潛能分析

我國傳統的建筑在建造時多使用磚塊、泥土、木構架等作為建筑加固和結構穩定性提升的主要可利用材料，但是由于建筑功能和結構的復雜性越來越顯著，就必須要重視建筑的穩定性。因此，水泥成為現階段建筑行業使用頻率最高的基礎性原材料。而且隨著我國社會主義經濟的不斷發展，水泥也獲得較好的發展前景。自從我國進入到改革開放階段以來，水泥建材的作用逐漸凸顯出來，而且其他物質不能代替。一般來說，在水泥的生產過程中會需要大量的煤炭資源消耗或電力能源來進行生產作業的支持，其中煤炭消耗量占據了較大的比重[1]。但煤炭作為一種不可再生資源，燃燒時會產生大量的污染物，對于環境所造成的污染性比較嚴重。而且部分生產水泥的企業為了能夠節省投資成本，往往會使用質量較差的煤炭或者洗出來的煤渣，這就很容易導致在水泥生產過程時產生的污染物種類和數量變多，而且污染程度更為嚴重。如果水泥生產企業并沒有對這些污染物進行合理的處理和排放，大量的二氧化硫、氮氧化物就會排放到大氣環境中，很容易對環境造成極大的污染何危害。而且對于人們生存的環境而言，超標的硫氮元素化合物還會導致吸入者的呼吸性疾病患病風險和隱患增加[2]。

當下，我國倡導的環保理念應用以節能減排為主，在各行各業中實現產業結構的優化，淘汰一些落后的產能工藝手段。在這樣的政策背景下，我國社會的各行各業開始資源集約型整治和改革。水泥企業作為建筑行業中必然要可持續性發展的企業更應當重視環保節能理念的應用，主要包括將二代水泥技術在內的先進節能技術及裝備進行改革創新，以節能性為原則做好改造。與此同時，還需要借助一些其他的可再生燃料來協同代替不可再生燃料，常常會用到水泥窯幫助燃料的燃燒充分，降低污染物的排放量，在根本上有效促進能源管理系統和水泥行業的節能化、智能化生產[3]。

對于現有階段的水泥生產工藝技術來說科學的改進和質量方面的提升，非常有效地降低了水泥行業的能耗水平[4]。在2020年時，我國水泥熟料單位的產品綜合能耗降到了每噸水泥的生產僅需要108kg標準的煤來提供燃料的支持。相對于2015年的數據來說煤資源的損耗量減少了4kg[5]。我國還會對于各行各業的公司進行節能環保的排名，其中工信部所發布2020年我國水泥行業能效領跑者企業一共有28家，這些企業都在節能環保政策的引導下進行改革創新，采取了各種節能降耗的工藝和措施，使得水泥熟料單位的產品綜合能耗降到了每噸水泥的生產僅需要100kg標準煤的使用量，相應的優化標準達到9%～20%[6]。因此我們可以發現隨著水泥產量的不斷穩定及市場前景開闊性的提升，只有積極加強節能減排措施的應用才能夠幫助我國水泥生產工藝節能技術的有效性被加強。在未來的十年中，我國水泥行業能源的消耗和排放還會出現大幅度的下降，而且現階段我國大多數行業的消耗和排放都已經呈現出了非常明顯的下降趨勢，在不考慮水泥產量的影響下，將新的節能減排技術運用到水泥生產過程中使得整個水泥行業的能耗和排放水平逐漸保持平穩的下降趨勢，并且達到行業的標準值。未來的五年內，我國水泥行業的能耗節約潛力可以達到15%左右。從整體的排放水平上進行數據預測，其中二氧化碳的排放量可以減12%，二氧化硫的排放量會減少30%，其他氮氧化物的排放量將減少29%左右。相對于其他一些工業化大國和發達國家來說，我國水泥行業進行節能低碳環保處理的時間比較晚，起步比較困難，和它們相比存在著一定的差距，但是我國在不斷地進行節能減排技術應用，以生態環保理念作為工業化發展的宗旨有效促進我國水泥行業的性能提升，資源減少，實現可持續性的發展。但是與此同時，需要注意到水泥的生產不僅僅要保障性能和產品的質量，還需要在生產的過程中來降低資源損耗，才能夠符合未來可持續性發展的相關要求和標準。

2 水泥生產工藝的節能技術

2.1 智能化節能技術[7]

我國大部分的水泥生產企業都是干法企業，所利用的工藝設備比較先進，但是在能源管理過程中還會依賴于傳統的人工統計分析方法，不僅僅給整個水泥生產的工作效率帶來影響，而且還有一定的滯后性，距離發達國家生產過程中的精細化能源管理方式相比差距較大。目前，我國有部分地區和部分水泥生產企業已經開始了水泥智能工廠的數字化轉型，該工廠的生產以精細化的管理為主，借助基礎性模塊設置能源管理中心，建立起符合自身標準的能源管理體系，做好精細化的水泥生產節能能源管理。在源管理系統的智能化操作過程通常是在硬件的層面來建立起變量采集系統，包括生產過程中的DCS數據、低壓表數據、高壓表數據、物流數據和化驗數據，通過專門的網絡將大量的數據收集在一起，并進行分類和分析存取，建立一套科學的能源管理系統軟件平臺。該平臺在水泥生產的過程中能夠對節能化的工藝技術進行智能分析和存儲，也能夠將各種能源的消耗數據進行圖示化的展示，并且根據水泥生產的效果和情況來建立分析圖表，當水泥生產過程中的設備處于峰谷平運行時，空負荷運行情況呈現出來，對于操作員來說能夠更好地進行設備的調控。水泥的生產智能化節能技術還會利用到生產調度管理模塊，對企業中各種水泥的庫存、產量和消耗進行數據分析，為各級管理人員提供水泥生產產量的決策依據。

2.2 預熱器分解及先進燒成技術[8]

水泥生產過程中比較重要的工藝環節就是水泥熟料的煅燒工藝，其中旋風預熱器的主要功能是為了保證水泥生料在進入到回轉窯之后能夠充分分解，并且將爐內排出的炙熱氣流分散于懸浮的狀態，將窯尾的高溫氣流和外部空氣進行冷熱交換，對生料做好充分預熱，保證其內部所含有的碳酸鈣有機物能夠及時分解。旋風預熱器能夠將生料粉層層收集進行分解，屬于旋風預熱器和回轉窯之間的新能源轉化系統，幫助生料分解率的提升。當大部分的燃料從分解爐進入到生產系統，水泥回轉窯系統的熱力分布就會被改善，相應的耐火材料熱負荷被有效減輕。在現有基礎上還需要進行六級旋風預熱器的技術突破，使其出口溫度達到270℃左右，趨于國際領先水平。在分解爐的研究中，要做好分解爐原理的模擬性試驗，幫助其及時適應不同燃料的不同特質，增強分解爐適應性，幫助燃料充分燃燒，進而達到降低氮氧化物和硫化物的排放目的。水泥回轉窯技術升級的時候，兩檔短窯指的是長徑比小于或等于12.5的回轉窯，這種方法是我國水泥生產工藝中最普遍的方法，也就是干型水泥生產法。借助旋風預熱器為回轉窯內的物料煅燒提供充分的燃燒條件，降低能源的消耗，提升熟料的質量。

2.3 計算機節能技術

以發展的眼光來看待水泥的生產和制造行業，該行業屬于一種能源消耗密度較大的行業，這是因為特殊的工藝技術特點和生產過程中所需要大量的燃料消耗，后續的兩磨工藝也需要依賴電能的消耗。水泥生產時能源消耗所產生的成本占據了整體成本的40%，最高可以達到70%，因此對于水泥的生產來說能源消耗產生的成本就是最大的成本。這項成本已是可控的，只有利用好相應的節能技術就能夠進行能耗成本的降低。與此同時，做好水泥生產過程中精細化的能源管理和智能化控制系統，還有助于水泥生產的效率提升、產品質量變高。對于水泥行業來說達到一個“降本增效”的優良結果。隨著互聯網、云計算、大數據、人工智能等科學技術的發展和帶動，水泥行業還進行了智能技術升級。現在大多數水泥企業都已經裝備有先進的新型干法水泥生產線，借助計算機DCS控制系統采取針對性的控制方案，幫助水泥的生產實現即時化、平穩化和精細化，做好水泥生產設備的智能和優化調控，建立起水泥計算機智能專家管控系統，幫助建設水泥智能生產工廠，是促進我國水泥生產行業實現綠色、環保、可持續發展的重要抓手。水泥生產系統具有典型的滯后性，而且多變量之間還存在著耦合的工藝系統，經常會基于單入單出的PID回路系統而無法操控，通過依靠水泥生產設備操作員的經驗來進行調節，受到人為因素的限制導致生產過程出現意想不到的問題。而現有的計算機節能水泥生產系統專家能夠借助水泥窯磨和相關的工序模型來預測水泥生產過程中可能會出現的問題，提出相應的解決方案，在穩定的基礎上對物料成分、煤的能耗進行數據分析，挖掘大數據和人工智能算法測算得到基于每小時入窯生料成分的最優最經濟操作，幫助實現水泥窯磨運行的最高效率。

3 結束語

綜上所述，由于水泥在社會建設過程中所發揮的重要性不言而喻，加強水泥生產不僅僅需要重視其質量提升，還應當從節能的角度來優化工作流程和生產工藝，盡可能提升建材生產的能源利用率，減少資源的浪費。將水泥生產工藝的節能技術運用其中，一方面能夠對整個水泥的生產過程作出結構優化和技術調整，另一方面在科學力量的支持下，水泥的生產也逐漸呈現出科學化、自動化、專業化、節能化等多種優勢并行的場面，為我國建筑行業的發展提供了更為高質量的原材料，也有效促進了我國建筑行業的環保性。因此，文章中將水泥生產工藝和節能技術融合在一起也是對資源的節約，為節能技術本身探討了更多在未來發展過程中所應用的可能性，幫助我國環保技術取得更多的進步和發展。