维普资讯 http://www.cqvip.com 圈豳 中图分类号：ＴＱ１７２．６２ 文献标识码：Ｂ 水泥熟料煅烧过程中的节能降耗 朱明，陈袁魁 （武汉理工大学硅酸盐工程教育部重点实验室，湖北武汉４３００００） 摘要：通过对不同工艺方法、不同生产规模水泥熟料生产线的热工过程性能参数的检测与对比，分析了水泥熟料生产过程 中节能降耗的可能途径：一要采用新型干法生产工艺，且设备的大型化和主辅机的匹配非常关键：二要有一套优化的热工制 度控制参数指导生产；三要做好系统密封，进行余热利用等。 关键词：熟料生产；节能降耗；新型干法工艺；大型化；热工制度；密封；保温；余热 Ｅｎｅｒｇｙ ｓａｖｉｎｇ ｉｎ ｃｅｍｅｎｔ ｃｌｉｎｋｅｒ ｂｕｒｎｉｎｇ ｐｒｏｃｅｄｕｒｅ Ｚｈｕ Ｍｉｎｇ，Ｃｈｅｎ Ｙｕａｎｋｕｉ（Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｓｉｌｉｃａｔｅ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｗｕｈａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｗｕｈａｎ ４３００７０，Ｐ．Ｒ Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ａｎａｌｙｚｅｓ ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｂｌｅ ｍｅｔｈｏｄｓ ｏｆ ｅｎｅｒｇｙ ｓａｖｉｎｇ ｔｈｒｏｕｇｈ ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｓ ｏｆ ｔｈｅｒｍａｌ ｐｒｏｃｅｄｕｒｅ ｔｅｓｔ ｂｅｔｗｅｅｎ ｄｉｆｅｒ－ ｅｎｔ ｃｌｉｎｋｅｒ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｌｉｎｅｓ ｗｉｔｈ ｖａｒｉｏｕｓ ｐｒｏｃｅｓｓ ａｎｄ ｓｃａｌｅ：ｆｉｒｓｔ，ｔｈｅ ｎｅｗ ｄｒｙ ｐｒｏｃｅｓｓ ｓｈｏｕｌｄ ｂｅ ａｄｏｐｔｅｄ ａｎｄ ｔｈｅ ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｍａｉｎ ＆ａｕｘｉｌｉａｒｙ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ａｎｄ ｔｈｅ ｅｎｌａｒｇｅｍｅｎｔ ｏｆ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ｉｓ ｔｈｅ ｋｅｙ；ｓｅｃｏｎｄｌｙ．ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｎｅｅｄｓ ａｎ ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ ｔｈｅｒｍａｌ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ； ｔｈｉｒｄｌｙ，ｅｎｈａｎｃｅ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｓｅａｌ ａｎｄ ｕｔｉｌｉｚｅ ｔｈｅ ｗａｓｔｅ ｈｅａｔ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｃｌｉｎｋｅｒ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ；ｅｎｅｒｇｙ ｓａｖｉｎｇ；ｎｅｗ ｄｒｙ ｐｒｏｃｅｓｓ；ｅｎｌａｒｇｅｍｅｎｔ；ｔｈｅｒｍａｌ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ；Ｓｅａｌ；Ｈｅａｔ ｉｓｏｌａｔｉｏｎ；ｗａｓｔｅ ｈｅａｔ ０前言 水泥基材料以其优良的工程性能和相对低廉的 检测数据。其中￣ＧＺＢ １为带料浆过滤机湿法生产工 艺，入窑料浆水分为２０．２５％，ＳＤＷＣ、＃ＨＸＹＤ１和 ＧＺＹＢ均为窑外分解干法生产工艺。入窑生料水分 均在１％以内。 ２节能途径分析 生产成本成为各类建筑工程最主要的建筑材料。但 在水泥材料的生产过程中却存在着一个不容忽视的 问题。即水泥熟料的生产对自然资源和能源的严重 消耗与温室气体的大量排放。即使以预分解窑生产 对表１至表３中列出的４个水泥生产厂家熟料 线采集的统计数据仍然表明，目前我国每生产１ ｔ 生产线相同项目的检测数据进行比较分析，我们可 水泥熟料要消耗１．５８—１，６２ ｔ生料．０．１０～０．１２ ｔ标准 以认识到。在节能降耗工作上，以下几个方面应当 煤，排放约１ ｔ二氧化碳（ＣＯ ）。因此，水泥工业 这种以自然资源和能源的大量消耗作为其发展模式 的生产方式，在经济快速发展的今天必然受到不可 做为工作的重点。 ２．１更新陈旧的工艺设备 ＃ＧＺＢ１窑与ＳＤＷＣ生产线的对比数据说明， 在旋窑的规格（直径）相当的情况下，采用预分解 窑生产工艺。窑的生产能力净增了２００％以上，窑 的容积产量由２７，７７ ｋｇ／（ｍ ·ｈ）大幅度提高到 ２００，８２ ｋｇ／（ｍ ·ｈ），单位热耗则减少了４０％以上，系 再生资源、能源短缺和环境保护压力的冲击。因 此。水泥工业应采取怎样的措施以显著提高能源的 利用率，并使自身逐步成为循环经济产业的重点， 就具有深刻的现实意义和历史意义。 １检测数据 统热效率由３４．２０％提高到５７．３８％。其原因在于： 是干法生产人窑物耗的水分均在１％以下。 表１至表３是作者近几年对若干不同生产工 艺，不同生产规模水泥熟料生产线进行的热工性能 蒸发水分耗热支出大幅度减少。 二是改变了热传递的状态。在湿法窑及传统的 干法窑中，物料的预热及分解过程是在堆积状态下 １０一 求ｉ７ｌ工程 维普资讯 http://www.cqvip.com 表１不同规模生产线主要技术指标 为窑尾烟室的烟气量与烟气含尘 表２每ｋｇ熟料系统表面散热分解 （ｋＪ＆ｇ） ＧＺＹＢ窑尾为双系列预热器 表３每ｋｇ熟料系统料流散热详解 （１）温度单位，℃；热量单位，ｋＪ／ｋｇ。 （２） 为窑尾烟室的废气与含尘温度。 进行的．而在预分解窑系统中，这一过程则是在悬 间发生紧密接触使固相反应多点发生，迅速进行从 浮状态下进行的。有研究资料［１１表明，物料在悬浮 而形成一个比较集中的固相反应带，其反应放热有 状态下与热气流充分接触时，其传热面积比在回转 利于物料的进一步升温烧结而得到有效利用。 窑内成千倍地增加。传热速率大大加快。使在窑内 ２．２主机设备的大型化与辅助设备能力的配套 堆积状态下约需１ ｈ的预热升温与部分分解过程在 表１中数据表明。预分解生产线的产能随着 悬浮状态下仅需约３０ ｓ就可完成，即使经分解炉进 旋窑规格的大型化而显著提高．当旋窑规格由 步换热后．使人窑物料达到９０％以上表现分解 ０４．０ｍ升高到０５．２ｍ时．产能提高了１倍以上． 率所需的时间也在６０ｓ以内。 单位热耗也由约３ １００ ｋＪ／ｋｇ降低至２ ８５０ ｋＪ／ｋｇ左 三是在预分解系统中，物料颗粒处在悬浮状 右。窑的容积产量与系统热效率相对稳定。其中 态．颗粒间缺少紧密接触的条件，致使新生态的 ￣ＨＸＹＤ１线的热耗偏高的原因在于其实际产量较设 ＣａＯ难以与其它矿物组分发生固相反应，这种高度 计产能大幅提高１７％以上后，系统表面温度偏高及 分解的高温生料人窑后进入堆积状态，各矿物颗粒 冷却机生产能力不匹配导致出机熟料温度偏高所 求 工程 塑 维普资讯 http://www.cqvip.com 朱明，等：水泥熟料煅烧过程中的节能降耗 至。这说明挖掘系统的生产能力一定要与系统各辅 机设备的生产能力相匹配，既合理提产以保证能耗 最低。 ２．３．４降低出系统废气的含尘量 对于预分解工艺而言，提高Ｃ 筒的分离效 率，减少出系统粉尘的再循环能有效减少热量损 失。表１和表３中的测试数据表明，当出Ｃ。筒的 废气含尘由＊ＨＸＹＤ１窑的０．１１５ ０ ｋｇ／ｋｇ下降到 ＧＺＹＢ窑的０．０４９ ３ ｋｇ／ｋｇ时。含尘所带走的热量由 ３４．６５ ｋＪ／ｋｇ下降为１３．７１ ｋＪ／ｋｇ（未扣除温度因素）。 不仅如此，含尘量的降低还能显著降低生产中的实 ２．３ 降低出系统物流的温度与流量，充分回收余热 ２．３．１降低出冷却机熟料温度 降低出冷却机熟料的温度．有利于减少出系统 熟料带走的热量，表３中所列的数据明确地显示了 这一点。单纯从降低出冷却机熟料温度的角度考 虑，加大单位熟料的冷却用风量有助于出冷却机熟 际料耗。 料温度的降低（表１），但若加上出冷却机余风所 ２．４加强系统的密封性能 带走的热量，未必能降低热耗。因此，在合理的送 总体而言，系统各部位的漏风会破坏原有的 风范围内，根据各区段冷却目的不同，最大限度地 温度场，降低换热效率从而造成热耗的增加，且这 做到对风量的合理分配与使用．提高风料问的换热 种影响在系统的高温部位则更强烈日。表３中的测量 效率，从而在相对低的用风量条件下，尽可能多的 数据显示在三条预分解生产线中，＊ＨＸＹＤ １窑的系统 提高二、三次风温，降低出冷却机熟料温度和余风 漏风量最大．达Ｎｏ．１６１６ ｋｇ／ｋｇ．应该说这也是造成 温度，减少余风风量，是有效降低系统热耗的又一 ＨＸＹＤ１ 窑在３条预分解生产线中热耗最高的原因 途径。 之一。 ２－３．２减少出冷却机余风热量 ２．５加强系统的隔热保温 冷却机余风带走的热量涉及到两个参数．即风 表１和表２中的测量数据表明．在几乎相同 温和风量。显然，这是一对矛盾体。在稳定生产的 的旋窑容积产量条件下，ＨＸＹＤ１ 窑的系统表面散 条件下，扣除二、三次风量，增大鼓风，增大余风 热及各部位表面散热分解均较ＧＺＹＢ窑要高．其原 量．一般能达到使出冷机熟料温度及余风温度均降 因就在于系统表面的温度差别。而造成温度差别的 低的目的．而减少余风量在现有的生产操作水平下 原因．一方面在于所采取的隔热保温措施，另一方 通常会导致二者温度的升高。这二种操作显然都会 面则应考虑到生产操作中各部位的温度控制是否合 导致热耗的升高（表３），冷却机的热效率降低 理，虽然可能只有１０℃左右的差别，但由此造成 （表１），因而均不可取。因此，在生产中结合实际 的热损失却不能小视。 工况控制冷却机合理的鼓风量与余风量是有效节能 表２列出的表面散热数据还显示，由于ｃ 筒 降耗的一个重要途径。 普遍未采用隔热保温措施，因而Ｃ。筒的表面散热 值得注意的是．目前预分解工艺的冷却机余风 在预热器系统中均是最高的。因此，是否对Ｃ。筒 温度均在３００℃左右，这部分余风若不加利用而白 进行适当的保温，也是一个可以考虑的问题。 白排人大气将明显增加热耗。因此，采用纯低温余 ２．６建立合理的热工制度 热发电技术很有必要。 热工制度指的是与水泥熟料煅烧过程中所发生 ２．３－３减少出窑尾系统（Ｃ。筒）废气热量 的一系列物理、化学变化过程相适应和相匹配的热 影响出窑尾系统废气带走热量的因素依然是温 力分布制度。这一制度通常受到燃料燃烧规律和热 度和废气量二个因素，且最终热损的多少是与温度 量传递规律的制约；这－－Ｎ度的直接反映就是系统 与和废气量的乘积成正比。表３中数据显示，不论 各部位的温度分布，压力分布及气流量状况，而这 湿法生产还是新型干法生产，这一热损失在６００ 必然与系统燃料量的分配（窑炉燃料比）和来料量 ｋＪ／ｋｇ左右。应该说这一热损失与系统内气一固两相 有关。即稳定的热工制度需要相对稳定的生料喂料 间的换热及系统漏风有关，强化气一固两相间的换 与生料成分，稳定的燃料分配与燃料热值释放及稳 热有利于降低废气温度，加强系统密封性能不仅有 定的设备运行操作『ｌ】与之匹配作为保证。窑系统 利于维护稳定的温度场，也有利于降低系统废气 只有在优化的稳定的热工制度下运行，才有可能取 量．进而有利于减少热损失。 （下转第ｌ６页） １２一 永ｉ７ｌ工程 维普资讯 http://www.cqvip.com
柱脚底板的支承条件所确定的最大弯矩，Ｎ·ｍｍ； 厂——柱脚底板的抗弯强度设计值，Ｎ／ｍｍｚ。 ４结语 （ｂ）锚栓的确定。根据外包式联接的传力特 （１）根据我们多年来的研究和一系列的工程 点。图２中锚栓仅作安装过程中固定之用，锚栓的 直径ｄ是根据其与钢柱板件厚度和底板厚度相协调 确定，应Ｉ＞２０ｍｍ；锚固长度（不含弯钩）要大于３０ｄ （ｄ为锚栓直径）；锚栓的个数根据钢柱截面的大 实践，钢结构用于窑尾塔架具有强度高、塑性韧性 好，抗震性能优越、延性好，重量轻、制作简便和 小、形式确定，以保证安装方便和经济合理为原则。 （Ｃ）图５中圆柱头焊钉个数ｎ 的确定。可按 下式计算： ／７， ≥Ｎ Ｎｖｃ 施工工期短等众多优点，因此综合经济效益好。 （２）由中国中材国际工程有限公司总承包的 ＲＣＣ ５ ０００ ｔ／ｄ水泥熟料生产线工程的顺利完工。标 志着中材国际总承包工程的能力上了一个台阶。目 前ＲＣＣ ５ ０００ ｔ／ｄ水泥熟料生产线二期工程的设计 施工正紧张进行，是由南京院总承包。 式中：ⅣＦ——由于弯矩 、 脚内钢柱某侧的最大剪力。Ⅳ： 的作用，在外包柱 【作者简介】董维标（１９７０－）男，毕业于武汉理工大学－ｒ－￣－ｂ 民用建筑工程（学士），高级工程师。范小平（生于１９６３一）， 男，毕业于同济大学一工业与民用建筑专业（学士），高级工程 师，主任工程师，研究方向：水泥厂建（构）筑物结构设计。 Ⅳ 一单个圆柱头焊钉的受剪承载力设计值。Ⅳ。 ＮＦ＝Ｍ／ｈｃ 作用在外包柱脚顶部绕ｌ，轴向弯矩。 Ｎ／ｍｍ。； ｈ ——外包柱脚钢柱的截面高度，ｍ。 （编辑：徐凤娟）（校对：沈新） （收原稿日期：２００８一Ｏ６＿ｌ７；修改日期：２００８—０６－２０） （上接第１２页） 得长期的稳产、高产、低耗收益。因此。对于一条 给定的工艺生产线，如何根据已有的原、燃料条 结合所拥有的生产原料与燃料尽快建立一套优化的 热工制度控制参数。是实现长期稳产、高产、低耗 的根本保证。而生产规模的适当大型化．严格生产 中的操作与管理．采取各种有效措施尽可能减少各 项热损失．强化余热回收．不断提高生产系统的热 效率，则是生产中实现节能的一项长期任务。 参考资料 【１】陈全德，等．水泥预分解技术与热工系统工程【Ｍ】．第１ 件，在生产中尽快摸索，并制定出一套最佳的热力 分布控制参数。从而实现稳产、高产、低能耗的目 标，是生产管理的重中之重。 从表中所列的各项散热损失数据亦可看出。生 产中的热损失控制应当是系列损耗的综合结果，不 能以某一项热耗的多少就事论事，只有把生产中的 热损失控制作为一项系统工程进行通盘考虑才可能 收到良好的效果。譬如，仅就人窑物料的表现分解 率与实际热耗数据来看，似乎人窑物料的表现分解 率越高，热耗越低。此外，尚有燃烧器的优劣，一 次空气的比例，空气系数的设置等众多影响生产能 耗的因素并未在本文所列的表中反映出来，这些均 版．北京：中国建材工业出版社，１９９８年，１７３． 【２】胡道和．水泥工业热工设备【Ｍ】锑１版．武汉工业大学 出版社，１９９２，５４． 【作者简介】朱明（１９６０一），男，博士研究生，副教授，主 要从事水泥性能与热工工程。陈袁魁（１９５６一），男，硕士研 究生，副教授，主要从事水泥生产过程及原理、生态环境 材料、工业及生活废弃物资源化利用的研究。 （编辑：徐凤娟） （校对：沈新）（收稿日期：２００８—１１—２５） 有待进一步完善与探讨。． ３结语 上述相关分析表明，淘汰落后的生产方式，采 用先进的新型干法生产工艺与设备是水泥熟料生产 节能降耗的根本措施。当采用先进的工艺设备后， １６一 求淤工程