1  概述

1.1   节能是水泥工业可持续发展的需要

    实施水泥工业可持续发展战略,其主要的工作范畴就是要努力实现下述五大目标,而且还要不断地改进和完善。(1)最大限度地综合利用自然资源和能源;(2)不断追求最高生产效率,尽量减少能耗和各项消耗,提高二次能源及二次资源的回收率,充分再利用;(3)极力保护环境,维护生态平衡,消除或尽量减少一切污染;(4)最高限度地消除废渣、废料、废水、废气的产出;(5)组织清洁生产,实现工业生态系统,在基本完成自身环保内循环和三废自净的基础上,与其他工业部门协作建立跨行业的区域性仿生群乐体,共同解决全社会的环保和生态平衡问题。

    本文主要内容将涉及前三项目标的范畴,兹系统论述,以利建立一个完整的概念。

1.2  水泥工业的能耗及其构成

    水泥工业的能耗主要由两大部分所组成,其一是熟料烧成的热耗,以生产单位熟料所需的热能计(kJ/kg);其二则是水泥整个生产过程中的电耗,以单位水泥所需的电能计(kWh/t)。其他的例如汽油、轮胎、炸药、耐火材料、金属材料、润滑油等等的消耗,实际上也属于能耗的范围,因其所占比例很小,且各厂的情况相差悬殊,故本文论述将不包含这部分能耗。

    上述的热能和电能均可以折算为标准煤,将热能换算成标准煤,十分简单,而将电能换算为标准煤,则涉及热电厂(锅炉与发电机)的效率。水泥厂的电耗、热耗、标煤消耗与热电厂效率之间的关系,如表1所列。采用不同生产方法、不同窑型、不同生料与水泥粉磨系统的水泥厂,其熟料热耗和水泥电耗之间的差别也较悬殊,因而其水泥总能耗也相差较大,可归纳为表2所列。表2中前4种情况属于我国目前较先进的水平,后3种情况则是国际较先进的水平,一并列出以资比较。

表1   水泥厂电耗、热耗、标煤消耗与热电厂效率之间的关系

表2   不同生产方法及装备水平水泥厂的能耗比较

注:1.换算为标煤时,热耗和电耗均取其中间值为准;2.电能换算时,每kWh电耗按耗标煤370g计。

    从表2可知,我国大中型重点水泥厂的水泥总能耗,随窑型之不同波动于160～300kg标煤/t之间,而国际先进水平仅135kg标煤/t左右,如果除去干法中空窑和湿法长窑以外,我国新型干法窑水泥厂的水泥总能耗实际介于160～170kg标煤/t。但是,无论国内或国外,有一点是相同的,那就是熟料热耗在水泥总能耗中占有很大比例,达75%,干法中空窑和湿法长窑水泥厂中其比例更大,而水泥电耗仅占总能耗的15%～25%。现实的情况恰是,熟料的理论热耗约为1759kJ/kg,欲进一步降低其热耗,最多可能还有837kJ/kg的挖潜余地。届时窑系统的热效率将从现今的最高值62%提高到88%,技术上的难度相当大,看来现今的预分解窑是难以胜任的,必须研制开发新的窑型。譬如沸腾层煅烧、流态化窑等等。相反地,由于粉磨装备最近的革新成就在节约水泥电耗方面显示了相当大的节能潜力,预计在不久的将来水泥电耗将会有较大幅度的下降,从现今的90kWh/t左右降到60kWh/t。当然这也有一定的难度,除了研制开发新型高效的粉磨装置以外,还要在水泥厂的总图布置、破碎均化、储存运输、过程控制、供配电以及自动化等各方面综合努力,才有可能付诸实现。