水泥生產(chǎn)屬于世界上能源消耗最大的工業(yè)流程之一，其消耗約3*10⁴ GJ的熱量來(lái)生產(chǎn)一噸熟料，其熱效率低于54％。水泥生產(chǎn)消耗大量的熱能，占熱能總輸入量的75％，而熱能主要由水泥熟料煅燒過(guò)程消耗。同時(shí)，水泥行業(yè)是一個(gè)二氧化碳密集型行業(yè)，主要的二氧化碳排放之一來(lái)自化石燃料的燃燒，占水泥熟料生產(chǎn)的總二氧化碳排放量的40％~50％。根據(jù)《水泥可持續(xù)發(fā)展倡議》（CSI，2018），可持續(xù)轉(zhuǎn)型需要大幅減少二氧化碳排放，而提高能源效率是支持水泥行業(yè)可持續(xù)轉(zhuǎn)型的主要手段之一。為了減少二氧化碳的排放并提高窯爐系統(tǒng)的可持續(xù)性，提高能源效率變得越來(lái)越重要。自1985年以來(lái)，中國(guó)是世界上最大的水泥生產(chǎn)國(guó)，其水泥工業(yè)的主要熱能來(lái)源是不可再生資源煤。因此，中國(guó)面臨著更多的挑戰(zhàn)，以使水泥生產(chǎn)更清潔，更可持續(xù)。為了提高中國(guó)水泥生產(chǎn)的總體可持續(xù)水平，提高能源效率和促進(jìn)節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用至關(guān)重要。

致力于通過(guò)熱力學(xué)分析，能源審計(jì)來(lái)研究降低能耗的潛力，以提高全世界水泥行業(yè)的能源效率。以及能源效率成本曲線等。主要發(fā)現(xiàn)表明，顯著的熱損失之一是通過(guò)回轉(zhuǎn)窯爐殼，占總熱輸入的8％~15％。有證據(jù)表明，通過(guò)窯殼減少熱量損失可以帶來(lái)協(xié)同效益，從而提高能源效率和二氧化碳排放量，這有助于提高水泥的可持續(xù)性。

圖為水泥熟料煅燒過(guò)程示意圖

隨著紅外成像技術(shù)的發(fā)展，已在中國(guó)水泥回轉(zhuǎn)窯中得到廣泛應(yīng)用，用于回轉(zhuǎn)窯測(cè)溫。受紅外熱像儀技術(shù)的潛力以及對(duì)當(dāng)?shù)厮喙局谢剞D(zhuǎn)窯的熱損失進(jìn)行評(píng)估的需求的啟發(fā)，應(yīng)該提出一種基于紅外熱像儀捕獲的溫度曲線來(lái)評(píng)估熱損失的方法，而無(wú)需引入任何其他設(shè)備。這項(xiàng)工作對(duì)于促使公司管理員樹(shù)立提高能源效率的強(qiáng)烈意識(shí)是必要的，以便采取節(jié)能措施來(lái)減少這部分熱量的損失。從而填補(bǔ)了通過(guò)減少窯殼熱量損失來(lái)提高水泥熟料煅燒工藝可持續(xù)性的空白。

殼溫度過(guò)高可能會(huì)造成無(wú)法彌補(bǔ)的損害，因此，大多數(shù)中國(guó)水泥公司已采用紅外熱像儀技術(shù)對(duì)煅燒區(qū)的殼溫度進(jìn)行連續(xù)掃描，以對(duì)回轉(zhuǎn)窯測(cè)溫。紅外熱像儀系統(tǒng)由四個(gè)主要部分組成：光學(xué)系統(tǒng)，紅外檢測(cè)器，窯速測(cè)量模塊和工業(yè)計(jì)算機(jī)。每行掃描使用光學(xué)系統(tǒng)收集來(lái)自窯殼的紅外輻射，然后將其反射到紅外檢測(cè)器。紅外輻射能量被轉(zhuǎn)換為電信號(hào)并傳輸?shù)焦I(yè)計(jì)算機(jī)，在工業(yè)計(jì)算機(jī)中，該信號(hào)被轉(zhuǎn)換為溫度值并可視化為紅外圖像。隨著窯爐在其軸線上的連續(xù)旋轉(zhuǎn)，圓柱形窯爐殼體的表面被連續(xù)掃描。窯速測(cè)量模塊可確保系統(tǒng)的掃描速度與窯速保持同步，即在窯旋轉(zhuǎn)一圈后，即可對(duì)煅燒區(qū)窯殼的整個(gè)表面進(jìn)行掃描。為了確保紅外圖像的可靠性，紅外熱像儀在安裝過(guò)程中進(jìn)行了調(diào)試和校準(zhǔn)。

圖為紅外熱像儀技術(shù)的描述

對(duì)于研究的回轉(zhuǎn)窯，由于窯爐中煅燒的復(fù)雜性和窯爐涂層的存在，窯爐殼的溫度分布不均勻，爐殼溫度在100~400 C的范圍內(nèi)。在計(jì)算通過(guò)窯爐殼的熱損失時(shí)，假設(shè)殼溫是恒定的顯然是不合適的。與長(zhǎng)度方向的溫度相比，圓周方向的溫度差更小，因此方便地利用圓周方向的平均溫度評(píng)估熱損失。

在目前的工作中，提出了評(píng)估水泥熟料煅燒過(guò)程中通過(guò)窯殼的熱損失的方法以及影響因素。以中國(guó)一家當(dāng)?shù)厮喙镜幕剞D(zhuǎn)窯為例，所研究的水泥熟料生產(chǎn)過(guò)程的熱單位能耗（3.47 GJ / t）高于先進(jìn)工藝的中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)3.17 GJ / t，表明該生產(chǎn)線具有提高能源效率的潛力。

基于以上結(jié)果，水泥公司的管理人員將提高意識(shí)，以實(shí)施此類節(jié)能措施，以減少通過(guò)窯殼的熱損失，從而提高水泥熟料煅燒過(guò)程的可持續(xù)性。此外，該結(jié)果還可以幫助操作員控制水泥熟料的生產(chǎn)過(guò)程，以減少通過(guò)窯殼產(chǎn)生的熱量損失?？傊?，通過(guò)紅外熱像儀對(duì)回轉(zhuǎn)窯測(cè)溫是回收或減少通過(guò)窯殼損失的廢熱的基礎(chǔ)，從而使熟料生產(chǎn)更清潔，更可持續(xù)。

參考文獻(xiàn)

Wei-Ning Wu, Xiao-Yan Liu, Zhou Hu, et al. Improving the sustainability of cement clinker calcination process by assessing the heat loss through kiln shell and its influencing factors: A case study in China. Journal of Cleaner Production. 2019.