水泥生产工艺技术发展及节能降碳技术

巴力·白克力

吐鲁番天山水泥有限责任公司，新疆 吐鲁番 838001

摘要：随着公众对生态保护重要性的认识日益加深，以及环境保护措施的不断实施，水泥产业需要在确保产品质量不受影响的前提下，降低生产过程中的能源消耗和碳排放，是水泥产业亟待解决的关键问题之一。在此背景下，本文将从水泥生产工艺创新和能效减排技术两个方面展开分析，总结当前水泥生产工艺技术的发展，并提出切实可行的能源节约和减排措施，期望这些研究成果能为水泥产业的持续健康发展提供有益的观点和经验借鉴。

关键词：水泥；生产工艺；节能降碳

引言

水泥生产业作为全球温室气体排放的主要源头之一，面临着降低二氧化碳排放量的紧迫挑战。本文重点分析热能回收、创新燃料应用、环保型化工产品、智能化管理技术方案及其效果，对于推动水泥产业的可持续健康发展以及实施能源节约和减排策略具有重要的参考价值。通过深入探讨这些技术的实施情况和成效，为水泥产业的绿色转型提供了有力的技术支撑和参考依据。

1 水泥生产工艺技术发展分析

随着科技的日新月异和生态保护意识的逐步增强，传统水泥生产工艺已难以满足现代标准，从而催生新型水泥生产技术的诞生，相较于传统方法，在提升能源效率、减少资源消耗、实现环境保护及提高产能等多个方面均展现出显著优势，其发展历程可划分为几个主要阶段：首先，窑尾热利用技术阶段，典型的水泥生产过程中，窑尾排放的高温烟气温度常超过200摄氏度，导致大量热能浪费。通过应用窑尾余热回收系统，即利用余热锅炉收集并再利用窑尾散发的热量，提升能源使用效率；其次，新型水泥熟料制备技术阶段，传统水泥生产过程中普遍采用湿法生产技术制备熟料，存在生产效率低下、能源消耗大和废气排放量大等问题[1]。相较之下，新型干法和半干法生产工艺具有更低的能量消耗、更好的环境保护效果和更高的生产效率等诸多优点；再次，环保型水泥生产技术阶段，传统水泥生产过程中，原料的固有属性和化学反应产物导致大量废气和废水排放，对生态环境造成严重损害。相比之下，绿色水泥生产工艺通过精确调整原料比例及控制加工环节中的温度和时间等变量，可有效减少废弃物排放量，保障环境安全并增强企业长期发展潜力；最后，新型水泥磨技术阶段，现代水泥粉磨技术主要包括垂直磨机与辊压磨设备两种形式，相较于传统球磨设备，能够大幅降低功耗并提高产能效率。例如，采用垂直磨机不仅能显著减少用电量，还能提升水泥的细腻度。

2 水泥生产工艺中的节能降碳技术分析

2.1 热能回收技术

在水泥生产过程中，热回收系统的应用十分广泛，该系统通过回收利用生产过程中产生的高温烟气，将废弃的热能转化为有效能源，从而减少水泥生产过程中的能源消耗和排放量。在水泥生产过程中，回转窑、煤粉粉磨机和熟料冷却设备等主要排放源产生的废气温度超过一千度。因此，对高温废气进行回收和再利用，能够降低水泥生产时的能量消耗和排放量。

在实际应用中，有多种方法可以实现废气的回收和再利用，包括直接释放、通过热风炉燃烧回收、利用余热锅炉发电以及实施废气热量交换等，其中利用余热锅炉发电和实施废气热量交换是比较常见的废气回收再利用方式；余热发电技术的核心在于收集水泥生产过程中设备排放的高温废气，如熟料炉、煤粉机和熟料冷却机等，并将废气导入余热锅炉进行热能回收，通过蒸汽透平的作用，将回收的热量转化为电力，不仅有助于降低水泥生产过程中的能源消耗和排放量，还能将废弃气体中的热量转化为电力，实现能源的综合利用；尾气热能回收技术的应用将水泥生产过程中熟料窑、磨煤机和熟料冷却器等装置排放的高温废气与输入生产线的空气或水进行热量转移，将尾气中的热量转移至工序流程所需的空气或水中，从而实现热能的回收利用[2]。

2.2 新型燃料技术

为减少水泥生产过程中的能源消耗与环境排放，积极寻求创新能源技术的运用，采用环保型替代能源替代传统化石资源，替代性燃料主要包括废料能源和生物能源两大类；废料能源来源于各种工业活动产生的可燃性废物，例如废旧轮胎、废弃纸张和塑料等；生物能源是通过燃烧植被、农作物残余和木料等可再生自然资源获得能量。以废旧轮胎为例，作为替代燃料的加工过程包括：首先，对收集来的废旧轮胎进行前期处理，如剥离轮胎表面和移除钢丝等杂质，以确保其燃烧性能；通过机械滚压、切割等方式将轮胎破碎成可供燃烧使用的小颗粒，经过处理流程，废轮胎可作为替代能源投入生产。在水泥生产过程中，备选燃料与主要原材料（如石灰岩、粘土等）同步送入回转窑内，经过高温燃烧反应形成水泥熟料，替代热源与水泥主要成分在高温窑炉中同步投入，引发煅烧作用，最终形成水泥熟料，同时替代热源燃烧时释放的热量可回收利用，为窑炉供热或用于发电等多种用途。

2.3 绿色化学品技术

环保型化工技术在水泥生产过程中涉及多个重要因素。首先是矿物质掺合料，经过精细研磨、活化和热加工等处理，包括粉煤灰和矿物渣等粉状物质，掺合料可以作为水泥的部分原料替代品，有助于降低水泥生产过程中的能源消耗和碳排放量。例如，每增加10%的粉煤灰掺和，可使水泥生产过程中的能量消耗减少约3%，同时碳排放量也相应降低约2%；其次，新型助磨剂，传统水泥生产中常用的助磨剂多为有机高分子化合物，其生产过程往往伴随着高能耗和环境污染，如挥发性有机化合物的产生

[3]。新型助磨剂采用无机物或复合物为基础原料，通过特殊生产技术加工而成，不仅具有优异的助磨效果，还符合环保节能的理念，以硅酸盐类助磨剂为例，能够有效提高水泥生产效率达15至20个百分点，并在生产过程中减少约2至4个百分点的二氧化碳排放；最后，高效减水剂，其主要功能是降低水泥浆中的含水量，从而提高水泥的强度和流动性，能够有效减少用水量，同时对生态环境无负面影响，以磷酸盐类减水剂为例，使水泥生产过程中的能耗降低10%至20%，同时二氧化碳排放量也相应减少2至4个百分点。

2.4 智能化控制技术

智能化控制技术在水泥生产流程中能够显著降低能源消耗和二氧化碳排放，能源消耗可减少10%至15%，二氧化碳排放可减少5%至10%。在实施智控技术时，有几个关键的技术环节：首先，数据采集与加工，通过运用智能控制技术，结合传感器、控制单元等工具，能够实时追踪和收集水泥生产各阶段的关键指标，利用先进的数据处理方法对收集到的信息进行深入分析、精确推算和预估，从而为后续的操作和改进提供数据基础；其次，智控系统的应用，该系统将高级信息技术与自动化技术相结合，实现了水泥制作流程中各环节的一体化、协同和智能化管理，提高了全程生产的精确性和自主性，也有助于降低能源消耗和二氧化碳排放，实现绿色生产。再次，决策辅助系统，能够实时跟踪和分析生产流程中的多项关键指标，为管理层提供基于数据和科学的战略制定依据。同时，通过运用仿真模拟等技术手段，决策辅助系统还能对提高生产效率和技术创新提供有力的指导和支持。

3 结论

综上所述，本文梳理了水泥生产技术的发展历程，深入探讨当前水泥产业面临的能耗高与二氧化碳排放量大等核心问题，同时阐述在水泥生产过程中，通过采用余热利用、替代燃料、环保化工产品应用、智能化管理提升等技术手段，有效降低能源消耗和减少碳排放的具体措施。展望未来，水泥产业必将面临更加严峻的能源消耗与生态环境保护双重挑战，因此迫切需要持续加强节能减排技术的研发与应用，严格制定并执行行业规范，以确保水泥行业的可持续发展。

参考文献：

[1]吴桂林.水泥生产工艺技术发展及节能降碳技术[J].石材,2023,(03):92-94.

[2]汪澜.水泥生产工艺技术发展及节能降碳前瞻性技术分析[J].水泥,2022,(06):1-4.

[3]徐生双,杨桥材,赵海军,等.浅谈水泥生产工艺中节能技术的应用[J].中国水泥,2023,(03):86-87.