水泥生產屬于世界上能源消耗最大的工業流程之一，其消耗約3*10⁴ GJ的(de)(de)(de)(de)(de)(de)熱(re)量(liang)來(lai)生(sheng)(sheng)產一(yi)(yi)噸熟(shu)料(liao)(liao)，其熱(re)效率(lv)低于54％。水(shui)泥(ni)(ni)(ni)生(sheng)(sheng)產消耗(hao)大(da)量(liang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)熱(re)能，占熱(re)能總輸入(ru)量(liang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)75％，而熱(re)能主(zhu)要由水(shui)泥(ni)(ni)(ni)熟(shu)料(liao)(liao)煅燒過(guo)程消耗(hao)。同時，水(shui)泥(ni)(ni)(ni)行(xing)業是(shi)一(yi)(yi)個(ge)二氧(yang)(yang)(yang)化(hua)碳密(mi)集型行(xing)業，主(zhu)要的(de)(de)(de)(de)(de)(de)二氧(yang)(yang)(yang)化(hua)碳排(pai)放之一(yi)(yi)來(lai)自化(hua)石(shi)燃(ran)料(liao)(liao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)燃(ran)燒，占水(shui)泥(ni)(ni)(ni)熟(shu)料(liao)(liao)生(sheng)(sheng)產的(de)(de)(de)(de)(de)(de)總二氧(yang)(yang)(yang)化(hua)碳排(pai)放量(liang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)40％~50％。根據《水(shui)泥(ni)(ni)(ni)可(ke)持(chi)(chi)續發(fa)展倡(chang)議》（CSI，2018），可(ke)持(chi)(chi)續轉(zhuan)型需要大(da)幅減少二氧(yang)(yang)(yang)化(hua)碳排(pai)放，而提高(gao)能源效率(lv)是(shi)支持(chi)(chi)水(shui)泥(ni)(ni)(ni)行(xing)業可(ke)持(chi)(chi)續轉(zhuan)型的(de)(de)(de)(de)(de)(de)主(zhu)要手段(duan)之一(yi)(yi)。為了減少二氧(yang)(yang)(yang)化(hua)碳的(de)(de)(de)(de)(de)(de)排(pai)放并提高(gao)窯(yao)爐系(xi)統的(de)(de)(de)(de)(de)(de)可(ke)持(chi)(chi)續性，提高(gao)能源效率(lv)變得越來(lai)越重(zhong)(zhong)要。自1985年(nian)以來(lai)，中國是(shi)世界上最(zui)大(da)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)水(shui)泥(ni)(ni)(ni)生(sheng)(sheng)產國，其水(shui)泥(ni)(ni)(ni)工業的(de)(de)(de)(de)(de)(de)主(zhu)要熱(re)能來(lai)源是(shi)不可(ke)再生(sheng)(sheng)資源煤。因此，中國面臨著更(geng)多(duo)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)挑戰，以使(shi)水(shui)泥(ni)(ni)(ni)生(sheng)(sheng)產更(geng)清潔，更(geng)可(ke)持(chi)(chi)續。為了提高(gao)中國水(shui)泥(ni)(ni)(ni)生(sheng)(sheng)產的(de)(de)(de)(de)(de)(de)總體可(ke)持(chi)(chi)續水(shui)平(ping)，提高(gao)能源效率(lv)和促進(jin)節能技術的(de)(de)(de)(de)(de)(de)應用至(zhi)關重(zhong)(zhong)要。

致力于通過熱力學分析，能源審計來研究降低能耗的潛力，以提高全世界水泥行業的能源效率。以及能源效率成本曲線等。主要發現表明，顯著的熱損失之一是通過回轉窯爐殼(ke)，占總熱(re)輸(shu)入的8％~15％。有證據表明，通過窯殼(ke)減少熱(re)量(liang)損失(shi)可(ke)以帶來(lai)協同效益，從(cong)而提(ti)高能源效率和二(er)氧化(hua)碳排放量(liang)，這有助于(yu)提(ti)高水泥(ni)的可(ke)持續性。

圖為水泥(ni)熟料煅燒(shao)過(guo)程示意圖

隨著紅外成像技術的發展，已在中國水泥回轉窯中得到廣泛應用，用于回轉窯測溫。受紅外熱像儀技術的(de)(de)(de)(de)潛力(li)以(yi)及對(dui)當地水泥(ni)(ni)公司(si)(si)中回轉窯(yao)(yao)的(de)(de)(de)(de)熱(re)(re)(re)損(sun)(sun)失(shi)進行(xing)評估的(de)(de)(de)(de)需求的(de)(de)(de)(de)啟發，應該提出(chu)一種(zhong)基于紅外熱(re)(re)(re)像儀捕獲(huo)的(de)(de)(de)(de)溫(wen)度(du)曲(qu)線(xian)來評估熱(re)(re)(re)損(sun)(sun)失(shi)的(de)(de)(de)(de)方法，而無需引入(ru)任何(he)其(qi)他設備。這(zhe)項工作對(dui)于促使公司(si)(si)管理員樹(shu)立(li)提高(gao)能源(yuan)效率的(de)(de)(de)(de)強烈意識是必要的(de)(de)(de)(de)，以(yi)便采取節能措(cuo)施來減少這(zhe)部分(fen)熱(re)(re)(re)量(liang)(liang)的(de)(de)(de)(de)損(sun)(sun)失(shi)。從(cong)而填補了(le)通過減少窯(yao)(yao)殼熱(re)(re)(re)量(liang)(liang)損(sun)(sun)失(shi)來提高(gao)水泥(ni)(ni)熟(shu)料(liao)煅燒工藝可持(chi)續性的(de)(de)(de)(de)空白。

殼溫度過高可能會造成無法彌補的損害，因此，大多數中國水泥公司已采用紅外熱像儀技術對煅燒區的殼溫度進行連續掃描，以對回轉窯測溫。紅外熱像儀系統由四個主要部分組成：光學系統，紅外檢測器，窯速測量模塊和工業計算機。每行掃描使用光學系統收集來自窯殼的紅外輻射，然后將其反射到紅外檢測器。紅外輻射能量被轉換為電信號并傳輸到工業計算機，在工業計算機中，該信號被轉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旋轉，圓柱形窯爐殼體的表面被連續掃描。窯速測量模塊可確保系統的掃描速度與窯速保持同步，即在窯旋轉一圈后，即可對煅燒區窯殼的整個表面進行掃描。為了(le)確保紅外圖像(xiang)的可靠(kao)性(xing)，紅外熱像(xiang)儀在安裝過程中進行了(le)調試(shi)和校(xiao)準。

圖為紅(hong)外熱像(xiang)儀(yi)技術的描述(shu)

對于研究的(de)(de)(de)(de)回(hui)轉窯(yao)(yao)，由于窯(yao)(yao)爐中煅燒的(de)(de)(de)(de)復雜性和窯(yao)(yao)爐涂層的(de)(de)(de)(de)存在，窯(yao)(yao)爐殼(ke)的(de)(de)(de)(de)溫(wen)(wen)度(du)(du)分布不(bu)均勻，爐殼(ke)溫(wen)(wen)度(du)(du)在100~400 C的(de)(de)(de)(de)范圍內(nei)。在計算通過窯(yao)(yao)爐殼(ke)的(de)(de)(de)(de)熱(re)損(sun)失時，假設殼(ke)溫(wen)(wen)是恒定的(de)(de)(de)(de)顯然是不(bu)合適的(de)(de)(de)(de)。與(yu)長度(du)(du)方向的(de)(de)(de)(de)溫(wen)(wen)度(du)(du)相(xiang)比，圓(yuan)周方向的(de)(de)(de)(de)溫(wen)(wen)度(du)(du)差更小(xiao)，因此方便地利用(yong)圓(yuan)周方向的(de)(de)(de)(de)平均溫(wen)(wen)度(du)(du)評估熱(re)損(sun)失。

在(zai)目(mu)前(qian)的(de)(de)(de)工作中，提(ti)出了評估水泥熟(shu)料煅燒過(guo)程中通過(guo)窯(yao)殼的(de)(de)(de)熱(re)損失的(de)(de)(de)方法以及影響因(yin)素。以中國(guo)(guo)一(yi)家當地水泥公司的(de)(de)(de)回(hui)轉窯(yao)為例，所研究的(de)(de)(de)水泥熟(shu)料生產過(guo)程的(de)(de)(de)熱(re)單位能(neng)耗（3.47 GJ / t）高(gao)于先進工藝的(de)(de)(de)中國(guo)(guo)國(guo)(guo)家標(biao)準3.17 GJ / t，表明該生產線(xian)具有(you)提(ti)高(gao)能(neng)源效率的(de)(de)(de)潛力。

基于以(yi)上(shang)結(jie)果(guo)，水泥(ni)公司的(de)管理人員將(jiang)提高意識，以(yi)實施此(ci)類(lei)節能措施，以(yi)減少通過(guo)窯(yao)殼的(de)熱(re)損失，從而提高水泥(ni)熟料(liao)煅燒過(guo)程(cheng)的(de)可(ke)(ke)持續(xu)性。此(ci)外，該結(jie)果(guo)還可(ke)(ke)以(yi)幫助(zhu)操作員控制水泥(ni)熟料(liao)的(de)生(sheng)產過(guo)程(cheng)，以(yi)減少通過(guo)窯(yao)殼產生(sheng)的(de)熱(re)量損失。總(zong)之，通過(guo)紅外熱(re)像儀對(dui)回(hui)轉窯(yao)測(ce)溫是回(hui)收或減少通過(guo)窯(yao)殼損失的(de)廢(fei)熱(re)的(de)基礎(chu)，從而使熟料(liao)生(sheng)產更清潔(jie)，更可(ke)(ke)持續(xu)。

參考文獻

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.