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越重要。自1985年以來，中國是世界上最大的水泥生產(chǎn)國，其水泥工業(yè)的主要熱能來源是不可再生資源煤。因此，中國面臨著更多的挑戰(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。

致力于通過熱力學(xué)分析，能源審計(jì)來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回轉(zhuǎn)窯爐殼，占總熱輸入的8％~15％。有證據(jù)表明，通過窯殼減少熱量損失可以帶來協(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程示意圖

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

殼溫度過高可能會(huì)造成無法彌補(bǔ)的損害，因此，大多數(shù)中國水泥公司已采用紅外熱像儀技術(shù)對煅燒區(qū)的殼溫度進(jìn)行連續(xù)掃描，以對回轉(zhuǎn)窯測溫。紅外熱像儀系統(tǒng)由四個(gè)主要部分組成：光學(xué)系統(tǒng)，紅外檢測器，窯速測量模塊和工業(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(zhuǎn)換為電信號并傳輸?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估熱損失。

在目前的工作中，提出了評估水泥熟料煅燒過程中通過窯殼的熱損失的方法以及影響因素。以中國一家當(dāng)?shù)厮喙镜幕剞D(zhuǎn)窯為例，所研究的水泥熟料生產(chǎn)過程的熱單位能耗（3.47 GJ / t）高于先進(jìn)工藝的中國國家標(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，以減少通過窯殼的熱損失，從而提高水泥熟料煅燒過程的可持續(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)過程，以減少通過窯殼產(chǎn)生的熱量損失。總之，通過紅外熱像儀對回轉(zhuǎn)窯測溫是回收或減少通過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.