王靜

新疆和靜天山水泥有限責(zé)任公司 新疆 和靜 841300

引言

水泥作為建筑行業(yè)所使用的主要建材有很多應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，而且現(xiàn)如今我國在建筑行業(yè)的發(fā)展過程中對(duì)于水泥的需求量也變得越來越多。水泥生產(chǎn)單位在滿足質(zhì)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(chǎn)工藝來節(jié)能優(yōu)化水泥的整個(gè)生產(chǎn)流程。不僅僅幫助水泥生產(chǎn)企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益實(shí)現(xiàn)最大化獲取，而且對(duì)于外部環(huán)境而言也體現(xiàn)出生態(tài)環(huán)保的相關(guān)作用，同樣也加強(qiáng)了我國建材生產(chǎn)行業(yè)節(jié)能化、環(huán)?；陌l(fā)展趨勢(shì)，為其在以后的進(jìn)步過程中提供有效的推動(dòng)力量。

1 水泥行業(yè)的潛能分析

我國傳統(tǒng)的建筑在建造時(shí)多使用磚塊、泥土、木構(gòu)架等作為建筑加固和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性提升的主要可利用材料，但是由于建筑功能和結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性越來越顯著，就必須要重視建筑的穩(wěn)定性。因此，水泥成為現(xiàn)階段建筑行業(yè)使用頻率最高的基礎(chǔ)性原材料。而且隨著我國社會(huì)主義經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，水泥也獲得較好的發(fā)展前景。自從我國進(jìn)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(zhì)不能代替。一般來說，在水泥的生產(chǎn)過程中會(huì)需要大量的煤炭資源消耗或電力能源來進(jìn)行生產(chǎn)作業(yè)的支持，其中煤炭消耗量占據(jù)了較大的比重[1]。但煤炭作為一種不可再生資源，燃燒時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的污染物，對(duì)于環(huán)境所造成的污染性比較嚴(yán)重。而且部分生產(chǎn)水泥的企業(yè)為了能夠節(jié)省投資成本，往往會(huì)使用質(zhì)量較差的煤炭或者洗出來的煤渣，這就很容易導(dǎo)致在水泥生產(chǎn)過程時(shí)產(chǎn)生的污染物種類和數(shù)量變多，而且污染程度更為嚴(yán)重。如果水泥生產(chǎn)企業(yè)并沒有對(duì)這些污染物進(jìn)行合理的處理和排放，大量的二氧化硫、氮氧化物就會(huì)排放到大氣環(huán)境中，很容易對(duì)環(huán)境造成極大的污染何危害。而且對(duì)于人們生存的環(huán)境而言，超標(biāo)的硫氮元素化合物還會(huì)導(dǎo)致吸入者的呼吸性疾病患病風(fēng)險(xiǎn)和隱患增加[2]。

當(dāng)下，我國倡導(dǎo)的環(huán)保理念應(yīng)用以節(jié)能減排為主，在各行各業(yè)中實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，淘汰一些落后的產(chǎn)能工藝手段。在這樣的政策背景下，我國社會(huì)的各行各業(yè)開始資源集約型整治和改革。水泥企業(yè)作為建筑行業(yè)中必然要可持續(xù)性發(fā)展的企業(yè)更應(yīng)當(dāng)重視環(huán)保節(jié)能理念的應(yīng)用，主要包括將二代水泥技術(shù)在內(nèi)的先進(jìn)節(jié)能技術(shù)及裝備進(jìn)行改革創(chuàng)新，以節(jié)能性為原則做好改造。與此同時(shí)，還需要借助一些其他的可再生燃料來協(xié)同代替不可再生燃料，常常會(huì)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(jìn)能源管理系統(tǒng)和水泥行業(yè)的節(jié)能化、智能化生產(chǎn)[3]。

對(duì)于現(xiàn)有階段的水泥生產(chǎn)工藝技術(shù)來說科學(xué)的改進(jìn)和質(zhì)量方面的提升，非常有效地降低了水泥行業(yè)的能耗水平[4]。在2020年時(shí)，我國水泥熟料單位的產(chǎn)品綜合能耗降到了每噸水泥的生產(chǎn)僅需要108kg標(biāo)準(zhǔn)的煤來提供燃料的支持。相對(duì)于2015年的數(shù)據(jù)來說煤資源的損耗量減少了4kg[5]。我國還會(huì)對(duì)于各行各業(yè)的公司進(jìn)行節(jié)能環(huán)保的排名，其中工信部所發(fā)布2020年我國水泥行業(yè)能效領(lǐng)跑者企業(yè)一共有28家，這些企業(yè)都在節(jié)能環(huán)保政策的引導(dǎo)下進(jìn)行改革創(chuàng)新，采取了各種節(jié)能降耗的工藝和措施，使得水泥熟料單位的產(chǎn)品綜合能耗降到了每噸水泥的生產(chǎn)僅需要100kg標(biāo)準(zhǔn)煤的使用量，相應(yīng)的優(yōu)化標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到9%～20%[6]。因此我們可以發(fā)現(xiàn)隨著水泥產(chǎn)量的不斷穩(wěn)定及市場(chǎng)前景開闊性的提升，只有積極加強(qiáng)節(jié)能減排措施的應(yīng)用才能夠幫助我國水泥生產(chǎn)工藝節(jié)能技術(shù)的有效性被加強(qiáng)。在未來的十年中，我國水泥行業(yè)能源的消耗和排放還會(huì)出現(xiàn)大幅度的下降，而且現(xiàn)階段我國大多數(shù)行業(yè)的消耗和排放都已經(jīng)呈現(xiàn)出了非常明顯的下降趨勢(shì)，在不考慮水泥產(chǎn)量的影響下，將新的節(jié)能減排技術(shù)運(yùn)用到水泥生產(chǎn)過程中使得整個(gè)水泥行業(yè)的能耗和排放水平逐漸保持平穩(wěn)的下降趨勢(shì)，并且達(dá)到行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)值。未來的五年內(nèi)，我國水泥行業(yè)的能耗節(jié)約潛力可以達(dá)到15%左右。從整體的排放水平上進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)，其中二氧化碳的排放量可以減12%，二氧化硫的排放量會(huì)減少30%，其他氮氧化物的排放量將減少29%左右。相對(duì)于其他一些工業(yè)化大國和發(fā)達(dá)國家來說，我國水泥行業(yè)進(jìn)行節(jié)能低碳環(huán)保處理的時(shí)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(jìn)行節(jié)能減排技術(shù)應(yīng)用，以生態(tài)環(huán)保理念作為工業(yè)化發(fā)展的宗旨有效促進(jìn)我國水泥行業(yè)的性能提升，資源減少，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)性的發(fā)展。但是與此同時(shí)，需要注意到水泥的生產(chǎn)不僅僅要保障性能和產(chǎn)品的質(zhì)量，還需要在生產(chǎn)的過程中來降低資源損耗，才能夠符合未來可持續(xù)性發(fā)展的相關(guān)要求和標(biāo)準(zhǔn)。

2 水泥生產(chǎn)工藝的節(jié)能技術(shù)

2.1 智能化節(jié)能技術(shù)[7]

我國大部分的水泥生產(chǎn)企業(yè)都是干法企業(yè)，所利用的工藝設(shè)備比較先進(jìn)，但是在能源管理過程中還會(huì)依賴于傳統(tǒng)的人工統(tǒng)計(jì)分析方法，不僅僅給整個(gè)水泥生產(chǎn)的工作效率帶來影響，而且還有一定的滯后性，距離發(fā)達(dá)國家生產(chǎn)過程中的精細(xì)化能源管理方式相比差距較大。目前，我國有部分地區(qū)和部分水泥生產(chǎn)企業(yè)已經(jīng)開始了水泥智能工廠的數(shù)字化轉(zhuǎn)型，該工廠的生產(chǎn)以精細(xì)化的管理為主，借助基礎(chǔ)性模塊設(shè)置能源管理中心，建立起符合自身標(biāo)準(zhǔn)的能源管理體系，做好精細(xì)化的水泥生產(chǎn)節(jié)能能源管理。在源管理系統(tǒng)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(tǒng)，包括生產(chǎn)過程中的DCS數(shù)據(jù)、低壓表數(shù)據(jù)、高壓表數(shù)據(jù)、物流數(shù)據(jù)和化驗(yàn)數(shù)據(jù)，通過專門的網(wǎng)絡(luò)將大量的數(shù)據(jù)收集在一起，并進(jìn)行分類和分析存取，建立一套科學(xué)的能源管理系統(tǒng)軟件平臺(tái)。該平臺(tái)在水泥生產(chǎn)的過程中能夠?qū)?jié)能化的工藝技術(shù)進(jìn)行智能分析和存儲(chǔ)，也能夠?qū)⒏鞣N能源的消耗數(shù)據(jù)進(jìn)行圖示化的展示，并且根據(jù)水泥生產(chǎn)的效果和情況來建立分析圖表，當(dāng)水泥生產(chǎn)過程中的設(shè)備處于峰谷平運(yùn)行時(shí)，空負(fù)荷運(yùn)行情況呈現(xiàn)出來，對(duì)于操作員來說能夠更好地進(jìn)行設(shè)備的調(diào)控。水泥的生產(chǎn)智能化節(jié)能技術(shù)還會(huì)利用到生產(chǎn)調(diào)度管理模塊，對(duì)企業(yè)中各種水泥的庫存、產(chǎn)量和消耗進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，為各級(jí)管理人員提供水泥生產(chǎn)產(chǎn)量的決策依據(jù)。

2.2 預(yù)熱器分解及先進(jìn)燒成技術(shù)[8]

水泥生產(chǎn)過程中比較重要的工藝環(huán)節(jié)就是水泥熟料的煅燒工藝，其中旋風(fēng)預(yù)熱器的主要功能是為了保證水泥生料在進(jìn)入到回轉(zhuǎn)窯之后能夠充分分解，并且將爐內(nèi)排出的炙熱氣流分散于懸浮的狀態(tài)，將窯尾的高溫氣流和外部空氣進(jìn)行冷熱交換，對(duì)生料做好充分預(yù)熱，保證其內(nèi)部所含有的碳酸鈣有機(jī)物能夠及時(shí)分解。旋風(fēng)預(yù)熱器能夠?qū)⑸戏蹖訉邮占M(jìn)行分解，屬于旋風(fēng)預(yù)熱器和回轉(zhuǎn)窯之間的新能源轉(zhuǎn)化系統(tǒng)，幫助生料分解率的提升。當(dāng)大部分的燃料從分解爐進(jìn)入到生產(chǎn)系統(tǒng)，水泥回轉(zhuǎn)窯系統(tǒng)的熱力分布就會(huì)被改善，相應(yīng)的耐火材料熱負(fù)荷被有效減輕。在現(xiàn)有基礎(chǔ)上還需要進(jìn)行六級(jí)旋風(fēng)預(yù)熱器的技術(shù)突破，使其出口溫度達(dá)到270℃左右，趨于國際領(lǐng)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(yàn)，幫助其及時(shí)適應(yīng)不同燃料的不同特質(zhì)，增強(qiáng)分解爐適應(yīng)性，幫助燃料充分燃燒，進(jìn)而達(dá)到降低氮氧化物和硫化物的排放目的。水泥回轉(zhuǎn)窯技術(shù)升級(jí)的時(shí)候，兩檔短窯指的是長徑比小于或等于12.5的回轉(zhuǎn)窯，這種方法是我國水泥生產(chǎn)工藝中最普遍的方法，也就是干型水泥生產(chǎn)法。借助旋風(fēng)預(yù)熱器為回轉(zhuǎn)窯內(nèi)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(zhì)量。

2.3 計(jì)算機(jī)節(jié)能技術(shù)

以發(fā)展的眼光來看待水泥的生產(chǎn)和制造行業(yè)，該行業(yè)屬于一種能源消耗密度較大的行業(yè)，這是因?yàn)樘厥獾墓に嚰夹g(shù)特點(diǎn)和生產(chǎn)過程中所需要大量的燃料消耗，后續(xù)的兩磨工藝也需要依賴電能的消耗。水泥生產(chǎn)時(shí)能源消耗所產(chǎn)生的成本占據(jù)了整體成本的40%，最高可以達(dá)到70%，因此對(duì)于水泥的生產(chǎn)來說能源消耗產(chǎn)生的成本就是最大的成本。這項(xiàng)成本已是可控的，只有利用好相應(yīng)的節(jié)能技術(shù)就能夠進(jìn)行能耗成本的降低。與此同時(shí)，做好水泥生產(chǎn)過程中精細(xì)化的能源管理和智能化控制系統(tǒng)，還有助于水泥生產(chǎn)的效率提升、產(chǎn)品質(zhì)量變高。對(duì)于水泥行業(yè)來說達(dá)到一個(gè)“降本增效”的優(yōu)良結(jié)果。隨著互聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、人工智能等科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和帶動(dòng)，水泥行業(yè)還進(jìn)行了智能技術(shù)升級(jí)。現(xiàn)在大多數(shù)水泥企業(yè)都已經(jīng)裝備有先進(jìn)的新型干法水泥生產(chǎn)線，借助計(jì)算機(jī)DCS控制系統(tǒng)采取針對(duì)性的控制方案，幫助水泥的生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)即時(shí)化、平穩(wěn)化和精細(xì)化，做好水泥生產(chǎn)設(shè)備的智能和優(yōu)化調(diào)控，建立起水泥計(jì)算機(jī)智能專家管控系統(tǒng)，幫助建設(shè)水泥智能生產(chǎn)工廠，是促進(jìn)我國水泥生產(chǎn)行業(yè)實(shí)現(xiàn)綠色、環(huán)保、可持續(xù)發(fā)展的重要抓手。水泥生產(chǎn)系統(tǒng)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(tǒng)，經(jīng)常會(huì)基于單入單出的PID回路系統(tǒng)而無法操控，通過依靠水泥生產(chǎn)設(shè)備操作員的經(jīng)驗(yàn)來進(jìn)行調(diào)節(jié)，受到人為因素的限制導(dǎo)致生產(chǎn)過程出現(xiàn)意想不到的問題。而現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)節(jié)能水泥生產(chǎn)系統(tǒng)專家能夠借助水泥窯磨和相關(guān)的工序模型來預(yù)測(cè)水泥生產(chǎn)過程中可能會(huì)出現(xiàn)的問題，提出相應(yīng)的解決方案，在穩(wěn)定的基礎(chǔ)上對(duì)物料成分、煤的能耗進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，挖掘大數(shù)據(jù)和人工智能算法測(cè)算得到基于每小時(shí)入窯生料成分的最優(yōu)最經(jīng)濟(jì)操作，幫助實(shí)現(xiàn)水泥窯磨運(yùn)行的最高效率。

3 結(jié)束語

綜上所述，由于水泥在社會(huì)建設(shè)過程中所發(fā)揮的重要性不言而喻，加強(qiáng)水泥生產(chǎn)不僅僅需要重視其質(zhì)量提升，還應(yīng)當(dāng)從節(jié)能的角度來優(yōu)化工作流程和生產(chǎn)工藝，盡可能提升建材生產(chǎn)的能源利用率，減少資源的浪費(fèi)。將水泥生產(chǎn)工藝的節(jié)能技術(shù)運(yùn)用其中，一方面能夠?qū)φ麄€(gè)水泥的生產(chǎn)過程作出結(jié)構(gòu)優(yōu)化和技術(shù)調(diào)整，另一方面在科學(xué)力量的支持下，水泥的生產(chǎn)也逐漸呈現(xiàn)出科學(xué)化、自動(dòng)化、專業(yè)化、節(jié)能化等多種優(yōu)勢(shì)并行的場(chǎng)面，為我國建筑行業(yè)的發(fā)展提供了更為高質(zhì)量的原材料，也有效促進(jìn)了我國建筑行業(yè)的環(huán)保性。因此，文章中將水泥生產(chǎn)工藝和節(jié)能技術(shù)融合在一起也是對(duì)資源的節(jié)約，為節(jié)能技術(shù)本身探討了更多在未來發(fā)展過程中所應(yīng)用的可能性，幫助我國環(huán)保技術(shù)取得更多的進(jìn)步和發(fā)展。