一、新的二代水泥示范線主要技術經濟指標

中國建筑材料聯合會于2012年提出了開展第二代新型干法水泥和第二代中國浮法玻璃(簡稱“兩個二代”)技術裝備創新研發攻關工作，組織成立了“兩個二代”技術裝備研發領導小組和工作小組，先后制訂了《第二代新型干法水泥技術裝備研發達標標準》、《第二代新型干法水泥技術裝備研驗收規程》(2014-10)等標準和規程。

2018年04月，中國建筑材料聯合會組織召開了“兩個二代”示范線項目遴選會議，會議提出了新的第二代新型干法水泥示范線主要技術經濟指標達標要求(詳細指標見表1)。為實現和達到水泥生產線新要求中的節能技術指標，在生產線項目建設，尤其是在前期設計選型過程中，設計方務必選擇和采用成熟、可靠、節能的工藝技術方案及措施，以確保在生產線建成投產后達到和實現新二代要求中的節能技術指標值。

表1 新的第二代新型干法水泥示范線主要技術經濟指標達標要求

二、實現新二代水泥節能指標生產工藝應具備的先進技術及采取的措施

2.1 高能效、低氮氧化物的燒成系統技術

(1)高能效預熱、預分解、(部分)自脫硝的系統技術。預熱、預分解系統是新型干法水泥熟料燒成系統的核心，其性能對整個燒成系統的穩定運行、熱耗以及電耗等技術指標的影響至關重要。各設計院的預熱、預分解系統擁有自己的技術措施及優勢，但其都應具有以下共同的特點及特征：

①低阻力、低動力消耗、高分離效率的旋風筒系統；對目前應用較多的六級預熱器系統來說，其一級筒(C1)出口壓力一般要控制在5300Pa及以下；一級筒(c1)的分離效率應高于90％，其目標分離效率要到達95％。

②預熱、預分解系統對不同的原料、燃料和應用環境有較寬泛的適應性及易操作控制性，入窯碳酸鈣分解率應高于95％。

③采用分煤、分風等的技術措施，使分解爐具有較強的自脫硝能力，使氮氧化物(NO_x)濃度在采取其它脫硝技術前的濃度降至400mg/m³及以下。

(2)回轉窯。眾所周知，回轉窯是水泥生產的重型熱工核心設備，窯的總體設計原則為在確保安全、可靠的基礎上，追求機械結構、產能技術指標的先進性。回轉窯的能力與回轉窯的結構參數、耐火材料的性能、動力配置有關，更與配套的預熱預分解系統、冷卻機、燃燒器性能有關，而且也與所處地區的自然環境、原燃料情況、熟料質量要求密切有關，同時還與生產人員的操作及系統控制水平相關。因此，從設計到生產，都需要根據生產線的綜合條件及情況，在回轉窯規格限定的條件下，合理把握調控回轉窯的實際產量，以達到和實現燒成系統產量高、能耗低的目標要求。

目前，就長、短窯來說，在上述條件、情況基本一致及爐容大小也基本相同時，我們掌握了解的實際情況，其產量和能耗也無實質的差別，設計選型的主要影響因素更在于政策或場地的特殊情況和條件。

(3)冷卻機。水泥裝備技術的發展進步不可或缺的組成部分之一，其技術的進步及發展既處于水泥裝備技術的核心關鍵位置，也為實現新二代水泥節能技術指標提供了條件、奠定了基礎。現階段成熟可靠、普遍使用的第四代冷卻機主要有步進式(列式)和十字棒式兩類，因熟料的厚料層水平輸送，提高了熟料的熱回收效率，降低了成品熟料的溫度。四代冷卻機的熱回收效率已保證在75％左右，單位熟料的冷卻用風量已降低到1.8～2.0m³/kg之間。

第四代冷卻機技術還包括熟料輥式破碎機的開發和應用。熟料輥式破碎機具有使用壽命長，熟料粒度均勻，無大塊熟料的優勢特點；若采用中置式，還可有效回收大塊熟料的中間熱量，提高余熱發電熱回收效率，并能保證相對較低的熟料溫度。

(4)窯用燃燒器。在窯用燃燒器的選擇上，應選擇低的一次風風量、高動量、高旋流強度的多通道燃燒器，也稱為大推力低NO_x燃燒器；第一次風風量應控制在8％以下。低一次風風量可以降低煤粉氣流的著火熱度；高動量可以增加火焰卷吸高溫氣量，提高初始煤粉的著火和燃燒速度；高旋流強度的氣流也加強了煤粉與二次風的混合強度；以形成集中穩定有效的火焰形狀，并可減少氮氧化物有害氣體的形成。

(5)燒成系統新型保溫隔熱材料的應用。燒成系統的回轉窯、冷卻機、預熱器及分解爐、以及連接管件等設備不僅溫度高，而且面積大，其表面散熱損失在熟料生產的熱能消耗中占有不可忽視的分量；因此，為有效降低生產熱耗，燒成系統設備選用新型先進低導熱系數的隔熱保溫材料、耐火材料，以最大限度地減小燒成系統設備的表面散熱損失，從而有效降低熟料熱耗，為熟料生產的低熱耗指標提供條件及保障。新型隔熱保溫材料主要有納米隔熱板，新型低導熱性耐火磚等可選用。

(6)低氮氧化物的燒成系統技術集成。低氮氧化物的燒成系統技術集成目前主要為降低燒成溫度法、低NO_x燃燒器法、分級燃燒法(自脫硝)、非選擇性催化還原法(SNCR)組成；基本可滿足排放的窯尾煙氣中氮氧化物(NO_x)濃度達到100mg/m³的要求。隨著環境保護意識及環保標準要求的提高，在集成中需要采用選擇性催化還原法(SCR)替換非選擇性催化還原法(SNCR)，使排放的窯尾煙氣中氮氧化物(NOx)濃度低于100mg/m³的要求。

2.2 高效節能的料床粉磨技術

水泥生產為耗能大戶，其粉磨系統電耗要占到約60％以上。目前，原料粉磨、煤粉制備、水泥粉磨幾個工藝環節都有最具節能性能的料床粉磨技術系統可供選用。

原料粉磨系統由管磨系統發展到輥式磨系統，再到目前普遍采用的輥壓機終粉磨系統，生料單位電耗由管磨的約23kwh/t左右，降低到輥壓機終粉磨約12kwh/t左右。在原料水分不高于10％的情況下，原料粉磨系統應首先選用輥壓機終粉磨系統；在原料水分高于10％的情況下，原料粉磨系統宜優先選用輥式磨粉磨系統，充分發揮利用輥式磨集烘干與粉磨一體的技術優勢及性能。

在無其它特定條件情況下，煤粉制備應優先采用輥式磨系統，輥式煤磨系統的煤粉單位電耗約25～30kwh/t左右，與風掃球磨系統相比要低約10kWh/t左右。

對水泥粉磨系統來說，國內以輥壓機加管磨的水泥粉磨系統為主，國外采用輥式磨系統的則更多，另還有輥磨加管磨的水泥粉磨系統在發展運用中。這些系統的共性都是采用了高效節能的料床粉磨技術，其P·O42.5普通硅酸鹽水泥的單位粉磨系統能耗也都可達到28kWh/t以下，即已基本達到了第二代新型干法水泥生產技術的要求。

2.3 原、燃料均化技術及生產過程的質量控制

(1)原、燃料預均化。原、燃料成分的相對均勻穩定性是穩定燒成系統工況，生產優質水泥熟料的重要條件。在充分考慮建設項目原、燃料情況下，石灰石、輔助原料、原煤一般都需要采用預均化效果好的堆場預均化及儲存。

若石灰質原料礦山采用數字化智能礦山系統建設及開采，即進廠石灰質原料的均勻穩定性已有了保證，在工藝方案選擇時，以考慮生產工段的銜接物料的儲存量為主，選擇簡單的工藝過程及環節以節省電耗。

(2)生料質量控制。為確保生料質量穩定，穩定燒成系統的運行和熟料的質量，現以生料質量控制采用雙閉路自動配料控制系統進行自動檢測控制和生料均化庫均化措施來調控入窯生料的質量。生料配料一級閉路自動調節控制系統由入磨物料在線分析儀根據原料的成分波動實時調整原料的配比；出原料粉磨系統的成品生料采用X一熒光分析儀生料質量控制系統自動分析檢測，并反饋調整在線儀配料系統，形成生料質量的二級閉路自動監控系統。

考慮到原、燃料預均化系統及生料質量控制系統的有效性的充分發揮，在出磨系統生料質量已保證滿足人窯生料質量要求的情況下，在原料粉磨系統與入窯喂料系統的工藝流程設計中，要設計有出磨系統生料能直接人窯的流程，可免去生料提升入庫及均化過程的電能消耗。

2.4 通用設備節能技術的應用

(1)高效風機、變頻技術及永磁電機。在水泥生產中，僅次于粉磨能耗的電能消耗為風機，其占水泥生產電能消耗約40％左右。因水泥生產工藝系統工況的復雜性和多樣性，風機的選型必須滿足各工況的生產要求，目前工藝風機已全部采用電動機變頻調節技術，既滿足生產工藝變化的要求，也節省了電能消耗；在工藝風機選型時，風機長期正常的工作效率點應要求在80％以上。

因輸送轉運、儲存等普通除塵系統排風機為已定型的通用風機，其選用的效率點要注意在75％以上；同時對風機配備功率37kW以上電機時，應采用變頻電機調節，以節省能耗。

對于高能耗的普通羅茨風機，在條件成熟允許時，應選用磁懸浮鼓風機，既節省了能耗，又減小了噪聲污染；在當前可優先考慮一次風機、煤粉輸送用風機選用磁懸浮鼓風機。

空氣壓縮機也是高能耗設備，對熟料線而言壓縮空氣單位熟料能耗基本在2kWh/t左右；因此空氣壓縮機節能處理也是一重要課題，為降低能耗空壓機建議應選用磁懸浮二級離心壓縮機并配置智能化管理系統。

隨著永磁電機技術的發展及普遍應用，對水泥生產系統來說無疑是一個有效節能的利好條件及措施，在現行情況下，工藝要求設備變速調節如動態選粉機等應選用永磁調速電機直驅；現采用減速器加電機的輸送設備傳動裝置，若條件允許宜盡可能采用永磁電機直驅傳動方式，以有效減少傳動過程的電能損耗，從而達到節能降耗的目的。

(2)輸送系統的節能。除煤粉人窯、人爐輸送采用氣力輸送外，其它物料全部采用帶式輸送機、提升機、空氣輸送斜槽等輸送方式以節能。物料輸送系統的能耗主要消耗在提升高度上，因此在工藝配置時盡可能減少物料的提升倒運環節，并視建設項目情況，盡可能簡化工藝流程，如采用預均化或儲存直接配料的工藝流程，減少了工藝環節，即節省了能耗，也減少了建設費用。

(3)磁力耦合器的應用。傳動裝置中采用磁力耦合器替代傳統的液力耦合器。磁力耦合器具有結構簡單、安裝方便、維護工作量小、維護費用極低、過載保護功能，還可以減少傳動過程中的電能損耗的特點。

(4)采用高效環保的濾料技術。建設綠色環保型水泥工廠，提升企業形象，有效降低粉塵排放量；在各工藝過程如窯頭、窯尾、煤磨、水泥粉磨系統中，其含塵廢氣均要選擇袋式除塵器凈化處理后排放，以保證排放氣體粉塵濃度(標況下)滿足≤10mg/m³的高標準要求，而且可避免采用電除塵器因事故排放對環境污染的影響。對不同使用位置及用途的袋式除塵器，要按其處理氣體性質及工況，選擇運行阻力低、清灰性能好的新型濾料，在保證除塵效果的同時，也有效減少濾料阻力對電能的消耗。

2.5 生產過程的智能數字化

智能數字化水泥生產線，最大限度地實現了對生產過程實時準確的掌握和了解，同時也最大限度地減少了生產線技術人員的人工干預，即最大限度地減免了因操作人員的不同對生產過程產生的影響，提高了整個生產過程的可控性、連續性、穩定性，從而減少了非正常生產過程的能源消耗和損耗，降低了生產成本，同時也提高了企業的產品質量和生產效率。

綜上所述，在生產線中采用一系列現行先進、成熟可靠的節能技術措施，可以實現水泥生產線新“二代”節能指標的目標。水泥生產線技術的先進、節能、環保性，產品的優良性，以及企業的經濟效益可以說與工藝設計直接緊密相關，作為水泥行業的一線從業者，尤其是所從事的工作為水泥生產工藝設計者，我們還有很多的工作要做，很長路的要走。

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