水泥技术

2024年, 第1卷, 第5期　刊出日期：2024-09-25

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节能降碳

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水泥行业双碳体系下全氧燃烧碳减排技术装备研发及示范应用

彭学平, 陈昌华, 代中元, 万夫伟, 金周政

水泥技术, 2024, 1(5): 11-18. doi:10.19698/j.cnki.1001-6171.20245011

摘要 ( 252 )

PDF (9764KB) ( 52 )

分析了水泥工业碳排放的来源及特点，介绍了实现水泥工业碳减排的主要技术路径，对比了全氧燃烧、钙循环、燃烧后捕集等典型碳捕集纯化技术特点，结果表明，采用全氧燃烧技术综合成本较低，碳减排效率较高。通过全氧燃烧关键核心技术装备攻关，研发了“强旋流全氧预燃烧炉+富集提浓组合式分解炉”专利技术，建立了O₂/CO₂介质的燃烧模型和高CO₂浓度下的生料分解模型，进行了全氧耦合无焰燃烧技术开发和热态模拟中试试验，建成了国内外水泥行业规模最大的年捕集20万吨CO₂工业级示范线。实践表明，利用全氧燃烧技术，可将水泥厂废气中的CO₂浓度提高至80%以上，经过变压吸附和低温蒸馏后，CO₂纯度>99%。

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5 000t/d水泥熟料生产线节能降碳升级改造实践

高为民, 马娇媚, 张伟, 隋明洁, 俞为民

水泥技术, 2024, 1(5): 19-25. doi:10.19698/j.cnki.1001-6171.20245019

摘要 ( 216 )

PDF (6874KB) ( 18 )

某5 000t/d水泥熟料生产线存在预热器换热效果差、C1旋风筒出口温度高、分解炉容积偏小、NO_X排放浓度高、冷却系统热回收效率低、熟料单位产品综合能耗指标较高等问题，是水泥行业碳达峰和碳减排技改试点项目。该项目提出了烧成系统节能降碳升级改造方案，并同步对生料粉磨系统及水泥粉磨系统进行了整体优化升级。通过采取分解炉扩容、应用低能耗自脱硝技术、将五级预热器升级为六级、扩大烟室缩口尺寸、更换三次风管、采用带中置辊式破碎机的行进式稳流冷却机并配套高效风机等技改措施，熟料单位产品综合煤耗低于国标1级能效指标，每年可节约标煤3.5×10⁴t，减少CO₂排放7.7×10⁴t，节约氨水用量0.3×10⁴t，NO_X排放浓度<50mg/Nm³，节能降碳效果显著。

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水泥厂低碳建筑实现途径的探讨

郭云, 李振强, 刘云庆, 王兆明

水泥技术, 2024, 1(5): 26-30. doi:10.19698/j.cnki.1001-6171.20245026

摘要 ( 119 )

PDF (1283KB) ( 16 )

低碳建筑全面关注建筑全生命周期内的能源消耗和CO₂排放，是建筑领域碳减排的主流发展方向。介绍了建筑低碳化发展历程及建筑全生命周期低碳化理念，结合水泥厂建筑全生命周期各阶段碳排放量分析及建筑结构特点，提出水泥厂低碳建筑方案设计应重点关注建材生产与运行维护阶段的碳排放量，从具体工程项目特点出发，采取低碳设计、运输、施工、运行、拆除回收利用等主要低碳技术措施。同时，以生料库筒仓结构设计为例，对比分析了阶段碳排放量对比法、全生命周期关联分析目标函数法、先进工程对标调整法等低碳建筑方案确定方法；以长螺旋钻孔灌桩桩基技术、钢结构预应力技术、高强度钢材技术为例，探讨了其对水泥厂结构方案创新及建筑碳减排的重要作用，为实现水泥厂建筑低碳化提供了参考途径。

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6 000t/d水泥熟料生产线烧成系统节能降耗技术改造

薛承志, 张林菊, 李东, 王文清, 孙志鹏

水泥技术, 2024, 1(5): 31-35. doi:10.19698/j.cnki.1001-6171.20245031

摘要 ( 141 )

PDF (4628KB) ( 12 )

某水泥公司6 000t/d水泥熟料生产线存在电耗及标煤耗水平较高、分解炉炉容较小且利用率低、氨水使用量较大，冷却机热回收效率低等问题，各项运行指标均已接近设计水平。通过分解炉扩容、构建自脱硝系统、扩大各级旋风筒进口面积、更换新型撒料盒、将烟室升级为低阻低扬尘烟室、回转窑提速、采用步进式冷却机、更换大推力燃烧器等措施进行了节能降耗技术改造。改造后，熟料单位产品综合能耗降低4.9kgce/t.cl，每年可节约标煤1.2×10⁴t，减少CO₂排放3×10⁴t，节约氨水用量0.4×10⁴t，实现了“能耗双控”下生产技术的全面升级。

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数字智能

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球磨机能耗和研磨效率离散元数值仿真设计优化

水沛, 范威, 谢传东, 殷腾飞

水泥技术, 2024, 1(5): 36-41. doi:10.19698/j.cnki.1001-6171.20245036

摘要 ( 164 )

PDF (10932KB) ( 16 )

球磨机是水泥粉磨系统中的关键性设备，基于离散元法和Rocky DEM软件，对球磨机运行时研磨介质和物料的运动过程进行了数值仿真，分析了球磨机转速、研磨介质材料属性、填充率、级配对物料颗粒运动状态和设备能耗的影响。研究表明，在不同的物料特性和加工要求下，球磨机转速、研磨介质最佳填充率和级配各不相同；使用陶瓷球代替钢球可以明显降低球磨机能耗，研磨介质级配对球磨机能耗利用率的影响大于研磨介质材料属性，研磨介质的碰撞恢复系数对球磨机能耗利用率的影响大于研磨介质的密度。基于单因素分析和多目标优化设计方法，不仅可以改进球磨机研磨介质的材质和级配，还可以实现水泥粉磨系统的节能降耗。

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冷却机托轮柔性数字化加工生产线的应用

艾军, 周敏虎, 李云雷, 胡华君

水泥技术, 2024, 1(5): 42-47. doi:10.19698/j.cnki.1001-6171.20245042

摘要 ( 113 )

PDF (2481KB) ( 13 )

针对传统冷却机托轮“辊圈-轴-轴承盖”加工生产线存在的加工区域分布广、加工流程长、所需操作工人多等问题，天津水泥院自主研发设计了冷却机托轮装置柔性数字化加工生产线。该生产线主要由数控卧式车床、立式加工中心、淬火机床、工业机器人等构成，可实现工件多工序自动化加工；机器人可根据工件的不同种类快换夹具，同时引入了软浮动控制功能，可实现机器人弹性运动与随动运动；采用水汽清洗与去铁屑盘刷相结合的清洁方式，可降低因铁屑粘附造成的气密检测报警频次；采用数字化集成控制系统，可实现对设备状态及测量数据的实时采集，并与工厂管理系统连接。应用实践表明，柔性加工生产线大幅提升了冷却机托轮生产效率和产品质量，减少了人力运营需求，可为企业带来显著的经济效益。

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辊压机稳流仓仓重自抗扰智能控制技术的研究

褚彪, 刘双飞

水泥技术, 2024, 1(5): 48-52. doi:10.19698/j.cnki.1001-6171.20245048

摘要 ( 132 )

PDF (2098KB) ( 13 )

在水泥生产联合粉磨过程中，精准调控稳流仓仓重是优化辊压机预粉磨过程，降低粉磨系统能耗的关键。介绍了水泥联合粉磨系统工艺流程及辊压机稳流仓的重要作用；以稳流仓仓重为被控量、喂料量为控制量、回粉量为扰动量，建立了稳流仓仓重自抗扰智能控制系统；基于稳流仓仓重ARMAX模型，设计了稳流仓仓重自抗扰智能控制器。实验仿真表明，该控制器能够较好地跟踪稳流仓仓重设定值，仓重调控过渡平稳，抗扰动能力较强，具有无超调特性及广泛的适应性，为稳流仓仓重的精确控制开辟了新路径。

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水泥生产企业能源管理智能化系统的建立及应用

胡清社, 甘爱均

水泥技术, 2024, 1(5): 53-58. doi:10.19698/j.cnki.1001-6171.20245053

摘要 ( 135 )

PDF (28339KB) ( 3 )

某水泥公司各个工业信息化控制系统间相互独立，能耗指标、成本分析、设备维护等生产管理数据分散，需多系统跨专业综合汇总分析，存在工作量大、耗时长、效率低等问题。通过引入能源管理智能化系统，构建能源管理与生产管理一体化的综合管控平台，应用智能化计量仪器仪表，多种方式采集水泥生产工艺参数、质量检测参数、能源消耗参数，控制中心利用接口机整合各个运行控制系统实时采集的能源计量数据并进行统计分析，可实现多种能源从购入储存、加工转换、输送分配到最终使用的全过程“可视、可知、可控”的智能化管理。应用能源管理智能化系统后，每年可节约标煤16 677t，综合节能率7.2%；可增加净利润452万元，投入产出比达1：2，经济效益明显。

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实验研究

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高能振动磨水泥粉磨特性研究

李铭哲, 杜鑫, 秦中华, 聂文海

水泥技术, 2024, 1(5): 59-64. doi:10.19698/j.cnki.1001-6171.20245059

摘要 ( 143 )

PDF (1762KB) ( 14 )

为探究高能振动磨制备水泥的粉磨特性，以比表面积1 850cm²/g的水泥半成品为实验原料，研究了高能振动磨粉磨时间、料球比、研磨体尺寸及填充率等关键控制参数对水泥比表面积和粉磨电耗的影响。结果表明：高能振动磨具有较好的水泥粉磨能力，其粉磨效率随着粉磨时间的延长而逐渐降低，水泥比表面积与粉磨时间的对数存在良好的线性关系。在兼顾粉磨效率与生产能力的同时，高能振动磨料球比和研磨体填充率均存在适宜的关键参数区间，研磨体尺寸微型化可进一步提高其细磨能力。在料球比8%、钢球直径?6mm、填充率80%的实验条件下，高能振动磨粉磨效率最高，粉磨5min时水泥比表面积可达3 486cm²/g，粉磨电耗为7.9kW·h/t。

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除氯系统对水泥窑协同处置含氯固废的影响分析

任明政, 方磊, 张新勇, 李永帅

水泥技术, 2024, 1(5): 65-68. doi:10.19698/j.cnki.1001-6171.20245065

摘要 ( 183 )

PDF (1422KB) ( 7 )

水泥窑协同处置固废技术具有环境友好、处置高效、技术可靠等显著优势，但固体废物的氯离子含量偏高，导致预分解窑系统结皮严重，固废入窑处置量减少。分析了水泥熟料煅烧过程中氯盐在窑尾系统内循环富集的过程，对比研究了除氯系统开启前后以及不同固废投加量对水泥窑系统运行的影响。结果表明，除氯系统的运行显著降低了氯元素在窑系统的循环量，减少了预分解窑系统结皮现象，提高了固废投加量。在实际生产过程中，应结合不同阶段原燃材料的氯含量本底浓度及固废中的有害元素成分情况，及时调整除氯系统放风率及开启时长，以优化除氯系统运行成本及热能损失。

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新型干法脱硫剂的性能研究与工业应用

李帅帅, 李振山, 刘瑞芝, 赵琳, 赵亮

水泥技术, 2024, 1(5): 69-75. doi:10.19698/j.cnki.1001-6171.20245069

摘要 ( 198 )

PDF (2666KB) ( 7 )

水泥生产常用的干法钙基脱硫剂存在成本高、脱硫效率低、制备工艺复杂等问题，为实现钙基脱硫剂的降本增效，以Ca(OH)₂作为脱硫剂的钙基基底，充分模拟含SO2的工业烟气，研究了脱硫剂比表面积以及掺加活性组分、催化组分、工业矿粉等对脱硫剂脱硫性能的影响，开发了掺杂工业矿粉的新型干法脱硫剂。结果表明，在Ca(OH)₂中掺入15%氨基类活性物质、5%铁钛矿以及5%毒重石所制备的新型干法脱硫剂具有良好的脱硫效果，工业应用验证了该脱硫剂脱硫效率高达90%以上，无副产物排放，且成本较低，市场应用前景广阔。

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矿山技术

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大型矿山发展时代技术应对方法的探讨

黄东方

水泥技术, 2024, 1(5): 76-81. doi:10.19698/j.cnki.1001-6171.20245076

摘要 ( 99 )

PDF (1147KB) ( 12 )

鉴于年产超1 000万吨的大型水泥原料矿山和砂石原料矿山具有投资额大、运营费用高，矿区占地面积大、开采深度高，开采技术条件复杂，矿石质量变化大，对周边环境及配套条件要求高等特点，结合大型矿山的设计，提出了大型矿山前期矿点的选择应充分评价矿区及周边环境、矿石品质、矿山储量折减程度、矿山地质条件、开采条件、可综合利用资源等重要技术因素；同时，应对大型矿山进行合理分区开采规划、合理平衡采矿与剥离的超前关系、合理选择开拓运输系统、科学确定溜井平硐系统参数、合理配置开采设备、充分利用采空区排废、合理设计排废场等节能降耗措施，为大型矿山建设提供了技术应对方法。

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装备技术

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闲置水泥设备保护性拆除及循环利用

曹嘉平, 吴鹤庆

水泥技术, 2024, 1(5): 82-85. doi:10.19698/j.cnki.1001-6171.20245082

摘要 ( 146 )

PDF (6977KB) ( 3 )

针对当前国内水泥行业存在的产能过剩、大量设备闲置等问题，提出了设备保护性拆除及循环利用的系统解决方案，强调在设备拆除过程中，既要确保设备主体与外观的完好无损，又要保留其机械性能和可恢复性，同时兼顾拆除作业的安全性、设备运输的便捷性及安装作业的简易性。拆除后的设备，作为二手设备进行循环再利用，延长其使用寿命，减少新设备的制造和购买；对于不能作为二手设备直接利用的设备，将其中有价值的零部件和材料提取出来进行再加工或再制造。通过对闲置水泥设备的保护性拆除、循环再利用和再制造，可最大限度减少设备浪费，实现资源的可持续利用。

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激光熔覆再制造技术在水泥装备中的应用

石海川, 黄金成

水泥技术, 2024, 1(5): 86-90. doi:10.19698/j.cnki.1001-6171.20245086

摘要 ( 140 )

PDF (13710KB) ( 2 )

激光熔覆再制造技术能够有效修复水泥生产装备零部件表面磨损，但熔覆层的开裂问题成为制约其广泛应用的关键瓶颈。从热力学和动力学两方面分析了熔覆层开裂的原因，讨论了影响熔覆层开裂的因素和抑制方法，提出了采用基体预热与缓冷方式解决熔覆层开裂的激光熔覆再制造优化技术。实践表明，运用该技术修复轴类、内孔类、衬套类水泥装备，装备使用寿命可提高一倍以上，以辊压机或立磨维修为例，年可节约维修费用10~30万元，经济效益显著。

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