行業(yè)的眾多有識之士已經(jīng)認識到，若想提高設(shè)備完好運轉(zhuǎn)水平的第一關(guān)鍵是，人們在購買裝備時再不能只關(guān)心的價格，而是高性能與其價格的比較。因為它不僅關(guān)系到產(chǎn)量，而且減少開停車本身就是節(jié)能的重要前提。但是，在裝備的高性能含義中，很多人更多關(guān)注的是使用壽命的長短，對所用裝備的能耗水平卻未充分注意，這不能不說是最大的疏忽。裝備的主要性能不只是看其生產(chǎn)能力，看其為這種生產(chǎn)能力服務(wù)的壽命，更要看其為這種生產(chǎn)能力所支付能耗水平的高低。因為裝備價格只是對成本一次性起作用，壽命則是決定此一次性的周期長短及維修費用，而只有能耗水平才是在運行中時時刻刻對成本起作用。如果算經(jīng)濟帳，往往應(yīng)當(dāng)是寧可購置裝備時多付點費用，也不愿日積月累地增加消耗如同“鈍刀子割肉”。因此，本文試圖盤點當(dāng)前水泥裝備的節(jié)能水平，看看裝備選購中能對節(jié)能有多大影響。
一、高性價比裝備的標準及判定方法
1、某裝備的總使用費用(性價值)由三部分組成：采購價格與費用A;運行時單位產(chǎn)品能耗B;每年的維護費用及維修影響效益C。
從中可以看出：在同等價格條件下，關(guān)鍵是比裝備的使用壽命及使用過程中的能耗，二者都是關(guān)系使用成本的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。
2、計算公式
(A + B + C/η)(1-ξ)+(A + B + C/η+ D)×ξ
裝備使用壽命都以一年為比較基準，如果長于或不足一年，需要對C除以壽命系數(shù)η。
對于能帶病運轉(zhuǎn)的裝備，需要加帶病運轉(zhuǎn)比正常運轉(zhuǎn)減少的效益差D與帶病運轉(zhuǎn)率ξ之積(ξ介于1與0之間，無帶病運轉(zhuǎn)為0)
二、裝備向節(jié)能方向發(fā)展的趨勢不可阻擋
1、主機裝備對節(jié)能的貢獻
新型干法生產(chǎn)之所以越來越發(fā)展的原因之一，毫無疑問，是靠它的節(jié)能水平取勝的。但新型干法主機裝備的技術(shù)發(fā)展決不會終止，決不應(yīng)該理解為成熟技術(shù)而停步不前。
⑴ 煅燒裝備對節(jié)約熱能的貢獻方向與原理
熟料煅燒的煤耗列居水泥生產(chǎn)能耗的首位，它不僅占60%以上的成本，而且當(dāng)前實際消耗水平確實大有降低的潛力，理應(yīng)首當(dāng)其沖給以關(guān)注。
任何設(shè)備的節(jié)能都無非是從開源與節(jié)流兩方面努力。
對于窯的系統(tǒng)，開源則是要努力提高四大熱交換效率，使燃料發(fā)出的熱盡可能多地用于熟料的形成中去：先進的預(yù)熱器提高物料的分散程度及“固氣比”的設(shè)施，是為了提高預(yù)熱中熱交換效率;多型式的分解爐在比較后趨于同類，是有利于物料分解中的熱交換為依據(jù);這兩個階段的熱交換是以物料處于懸浮狀態(tài)為理想傳熱方式的。優(yōu)秀的燃燒器及加快窯的轉(zhuǎn)速，是提高燒成帶的熱交換效率;先進的篦冷機旨在提高熟料冷卻過程中的熱交換效率;后兩個階段又何嘗不想令物料以懸浮狀態(tài)作為換取高熱交換效率的方式呢?
節(jié)流則主要是減少散熱與漏風(fēng)，即盡量將已經(jīng)形成的熱量被不應(yīng)有的支出浪費掉：在降低系統(tǒng)襯料的導(dǎo)熱系數(shù)的同時，超短窯、單系列預(yù)熱器的優(yōu)勢之一正是可減少窯與預(yù)熱器的散熱面積;而燒成系統(tǒng)中每個支節(jié)也無不是為節(jié)能功不可沒：如窯頭、窯尾的加密魚鱗片密封技術(shù)、微動型閃動閥等配件旨在減少漏風(fēng);LV旋風(fēng)筒可提高分級效率，降低一級出口溫度等等。
主機裝備的選型在設(shè)計階段就要以節(jié)能為重要原則，否則就會成為生產(chǎn)線永遠的遺憾。
就以很多人認為沒有節(jié)能潛力的窯為例：超短窯是德國洪堡公司研制的技術(shù)，已在世界上應(yīng)用三十年，國內(nèi)引進的第一條線也運行二十余年，而且以臺商建設(shè)的新線最多，國內(nèi)自建的生產(chǎn)線卻很少引用或開發(fā)。它所獨具的優(yōu)勢：工藝上避免C2S及CaO礦物長大，使之反應(yīng)活性增大，有利于熟料燒結(jié);窯表面散熱減少，散熱損失可降低21 kJ/kg熟料;窯的負荷減小，有利機械傳動，降低窯的運行電流;二檔支撐，有利于找正、安裝;有利于提高窯內(nèi)耐火襯料壽命;設(shè)備重量減輕10%~15%、節(jié)省土建、設(shè)備、耐火筑爐、安裝等工作量達數(shù)百萬元。這樣的宣傳早在二十年前就有，然而，卻一直未得到國人認可，只是近幾年天津、南京等設(shè)計院才有所涉足，不料有些用戶還當(dāng)其洪水猛獸般抵制。究竟為什么呢?可能相當(dāng)多的人認為窯的增產(chǎn)潛力是與窯的長度成正比，他們認為熟料是需要延長窯內(nèi)停留時間“烘”出來。最近某雜志的一篇文章還強調(diào)掛窯皮不能快窯速，強調(diào)物料停留在磚上的時間要長，絲毫不提關(guān)鍵條件是磚的表面溫度，這種觀點表明對熟料煅燒特點格格不入。實踐中超短窯的增產(chǎn)能力絲毫不比長窯差，而且能耗與質(zhì)量都能得到改善。
⑵ 粉磨裝備對降低能耗的貢獻方向與原理
提高粉磨效率的關(guān)鍵是增加粉磨介質(zhì)與物料受力的機遇和有效性，從而達到節(jié)電的目的。因此介質(zhì)與物料的受力接觸，是由鋼球的點到磨輥的線，徐德龍院士正在開展由線到面的裝備開發(fā)。從管磨內(nèi)鋼球最初的無序運動，到襯板進步使其逐漸變得有序，到立磨、輥壓機能對磨輥有規(guī)律的調(diào)整與控制。都是為向施加到物料上的機械力更加有效方向發(fā)展。最近德國開發(fā)出的貝特磨，讓進入磨輥的物料更加有序，而產(chǎn)生顯著的節(jié)能效果。
煅燒裝備的例子在粉磨裝備中更多：輥壓機用于終粉磨生料，立磨用于終粉磨水泥，仍然有不少人以各種理由提出置疑。但有一點是無法動搖的，這就是裝備的節(jié)能趨勢，它必將對所謂‘成熟’技術(shù)發(fā)出挑戰(zhàn)。可以這樣理解，水泥作為產(chǎn)品問世二百年，就是節(jié)能工藝裝備的發(fā)展史。
⑶ 破碎裝備的節(jié)能方向
破碎是在物料粒度控制上為粉磨工藝創(chuàng)造條件的裝備，它與粉磨裝備有著明確的粒度分工，其產(chǎn)品過細、過粗都不利于總體的節(jié)能效果?，F(xiàn)代破碎設(shè)備不僅是在適應(yīng)不同礦物、提高自身破碎效率上做足文章，如波輥給料機篩分后的破碎、物料進料點的選擇等等;而且其大手筆是讓破碎設(shè)備可以根據(jù)礦山開采進度向采掘點移動，以實現(xiàn)電鏟直接向破碎機喂料，減少汽車倒運的工序與能耗。移動式破碎機雖然制作成本高，但它省去了基礎(chǔ)的土建投資，更挖掘出二次倒運的節(jié)能潛力，采礦成本大幅下降，將使它的發(fā)展趨勢不可阻擋。
2、輸送裝備對節(jié)能的貢獻
⑴ 減少自身消耗能量的舉措
作為輔機的輸送設(shè)備功率一般不會很大，但由于安裝找正精度、潤滑效果、密封水平的區(qū)別，都會導(dǎo)致完成同樣輸送任務(wù)，消耗能量大不相同。就以常用的皮帶輸送機說事，托輥的制造似乎相差不大，但由于端部密封水平不同，水氣與粉塵的進入不僅影響托輥的壽命，而且增加托輥旋轉(zhuǎn)阻力，直接影響電機電流增大，最大可有1/3以上的差距;螺旋輸送機是要減少吊軸承的數(shù)量，最長可20M內(nèi)不用，優(yōu)點也是減少阻力而節(jié)能;空氣斜槽用的透氣層要以低阻力、低吸潮率及低變形量為主攻方向，以降低能耗。鋼絲膠帶的提升機不僅運行平穩(wěn)，而且自身能耗比鏈條式低很多，使其在大高度的粉狀物料提升中獨領(lǐng)風(fēng)騷。
⑵ 盡量縮短輸送距離更是節(jié)能
輸送熟料的斜斗輸送機是走捷徑最為成功的案例，不但距離近，而且減少轉(zhuǎn)運次數(shù);開發(fā)的大傾角皮帶機也是同理，必將會受到越來越多的關(guān)注;少用氣力輸送，固然是節(jié)能的原則，但在量小途徑較遠時，可以跨越各種障礙而途徑短的料封泵，仍不失為優(yōu)勢裝備;在使用螺桿空壓機后，由于維護量的減少，集中布置已無必要，相反空氣輸送阻力消耗較大，分散布置空壓機才理所應(yīng)當(dāng)。
3、耐磨與耐火材料對節(jié)能的貢獻
耐磨材料、尤其是高溫耐磨材料的發(fā)展對窯、磨的降耗起著至關(guān)重要的作用。鋼球、磨輥及耐火磚延長使用壽命必將直接有利于主機設(shè)備的運轉(zhuǎn)率，尤其是在避免帶病運轉(zhuǎn)、提高完好運轉(zhuǎn)率中蘊藏著巨大節(jié)能效果。
工藝裝備任何位置的耐磨性都能保證嚴格兌現(xiàn)原設(shè)計要求，比如：鋼球、磨輥的耐磨可以保證磨機產(chǎn)量不會降低，能耗不會升高;篦條的耐磨可以保證破碎出料粒度不增大，為下道工序創(chuàng)造節(jié)能條件;風(fēng)機風(fēng)葉的耐磨可以保證風(fēng)壓與風(fēng)量的恒定;選粉機葉片的耐磨可以保證選粉效率不會隨磨損而衰減;燃燒器出口端部的耐磨是保證火焰不變形的基本要求;甚至輸送管道的耐磨不但可以不漏料，而且還不漏風(fēng)。為此，在耐磨鋼板的家族中，進口哈道斯鋼板比傳統(tǒng)錳鋼板提高使用壽命三倍以上，而UP板、三盾板、信鉻鋼等堆焊板則不斷推陳出新，為提高這些位置的耐磨水平都寫下了豐功偉績;最新耐火材質(zhì)，如鎂鐵鋁尖晶石磚、鎂鈣鋯磚、(紅)硅莫磚、各類定形與不定形澆注料等琳瑯滿目品種的相繼應(yīng)用，為延長窯的安全運轉(zhuǎn)周期可以超過一年立下了汗馬功勞，而每少開停一次窯所減少的耗能將是數(shù)十萬的效益。所有這些耐磨、耐火材料性能的改善，已經(jīng)為、并將繼續(xù)為實現(xiàn)水泥裝備高質(zhì)量、低能耗的運行做出了可圈可點的貢獻。
在耐磨材料的大軍中，非金屬材料也不甘落后，它們發(fā)揮著既耐高溫又耐磨的優(yōu)勢，不斷克服韌性及導(dǎo)熱性的不足。一種所謂的復(fù)合整體澆注耐磨陶瓷異軍突起，已經(jīng)在立磨磨輥的耐磨層上小試牛刀;如果將五級預(yù)熱器內(nèi)筒改用耐磨陶瓷制作，就可改變耐熱鋼材質(zhì)的壽命短、密閉性差等缺點。但至今三次風(fēng)閘板仍因材質(zhì)壽命不長，自重過大，使窯爐用風(fēng)平衡的調(diào)節(jié)經(jīng)常處于無效而粗獷的狀態(tài)，對窯的節(jié)能操作肯定是重大缺憾，仍應(yīng)大膽嘗試。
使用導(dǎo)熱系數(shù)越低的硅酸鈣板為代表的隔熱材料;以至最近有制作低導(dǎo)熱系數(shù)耐火磚在后過渡帶使用;對它們的科學(xué)使用，必將使散熱損失在總熱耗中的比例從最高的10%下降到6%以內(nèi)。
以硅酸鋁纖維為主材的高溫堵漏材料，可以有效減少漏風(fēng)，降低漏風(fēng)比例既能降低電耗，也能降低熱耗。
4、動力裝備的節(jié)能方向
賦予設(shè)備動力或傳遞動力的設(shè)備更要突出節(jié)能性能。
螺桿空壓機比往復(fù)空壓機已經(jīng)有較大幅度的節(jié)能，但是單螺桿空壓機比雙螺桿空壓機還要節(jié)能8.5%;再加之采用智能控制系統(tǒng)及全自動加、卸載調(diào)節(jié)，確保設(shè)備均按需求量自動開停;且當(dāng)空載運行時，能耗可減少60%。
冀東日彰公司新開發(fā)的風(fēng)機對葉輪前盤、后盤及葉片機殼與集風(fēng)器的結(jié)構(gòu)進行了優(yōu)化，減少了渦流、紊流損失，而使整機重量輕，結(jié)構(gòu)緊湊，在同一系統(tǒng)上用此風(fēng)機取代其它風(fēng)機后可以提高10~30%軸動力，相當(dāng)于節(jié)電幅度有10~30%;中小型羅茨風(fēng)機也正以S系列三葉型逐漸淘汰R系列二葉型，可節(jié)省3~8%電量;水泵的節(jié)能也以揚程及水量相同能力下，具有較高比轉(zhuǎn)數(shù)，同時制作精度要求葉輪與密封環(huán)間隙與橢圓度都小，使容積損失最小為競爭手段;對風(fēng)機與水泵的調(diào)節(jié)應(yīng)用變頻技術(shù)，已經(jīng)是家喻戶曉地節(jié)能手段，但是它自身也要消耗<5%的能量，因此，若使風(fēng)機、水泵節(jié)能，首先是根據(jù)工況選型使風(fēng)機工作在高效率區(qū)。只是需要經(jīng)常調(diào)節(jié)流量時，才為之配置變頻器，并拆除任何為調(diào)節(jié)而設(shè)置的閥門。
液壓傳動的先進性在于可比機械傳動節(jié)能25%-30%以上，而且能無級變速調(diào)節(jié)。因此，現(xiàn)在越來越多的裝備選擇液壓傳動。
中小型減速機開始重視強制冷卻潤滑技術(shù)的應(yīng)用，設(shè)置軸端泵或風(fēng)冷風(fēng)機，通過對潤滑油的強制冷卻，不僅有利于潤滑質(zhì)量，延長設(shè)備壽命;而且可以增加散熱能力，減小熱功率，為傳遞同樣功率，減速機選型可降低一號。
軸承性能的提高在傳遞能量過程中起著非同小可的作用：從Φ3.2M以下磨機改滑動軸承為滾動軸承后可達到5~6kW·h/t水泥的節(jié)能效果，電機選型可小一個型號;即便是不得不使用滑動軸承，對傳統(tǒng)銅瓦進行革命，以鋅基瓦代替就顯示出眾多優(yōu)點，其中摩擦系數(shù)僅是銅材的2/3，可以降低窯的運轉(zhuǎn)電流，窯主電機電流可下降30A;而提高滾動軸承質(zhì)量，從選用軸承鋼材料及高精度加工入手，說明現(xiàn)代軸承制造企業(yè)的起點越來越高，并非任何一個軸承企業(yè)都能達到。
5、環(huán)保設(shè)備也要降低能耗
盡管環(huán)境保護現(xiàn)在業(yè)已成為生產(chǎn)中必保的天子第一重要裝備，但同樣要考核自身的節(jié)能水平，否則同樣沒有生命力。
⑴ 提高收塵效率的同時降低自身能耗
現(xiàn)在的袋收塵已進化到采用壓縮空氣作為清灰動力，但如何盡量降低清灰風(fēng)壓與清灰頻次，以達到系統(tǒng)節(jié)能而穩(wěn)定，成為袋收塵技術(shù)的先進標志。在各類清灰方式中，‘引射式’比傳統(tǒng)的‘氣箱式’，及當(dāng)前流行的‘行噴式’都更有優(yōu)勢：它通過大文丘里管對凈化后空氣的誘導(dǎo)作用，比高壓脈沖少1/2的低壓噴吹，與少量壓縮空氣混合后再用于清灰，從而節(jié)約壓縮空氣;它還選用淹沒式的低阻(<0.35kPa)脈沖閥及儲氣包組合結(jié)構(gòu)，直接將脈沖閥安裝在儲氣包上，極大減少氣流的無端耗能，再輔之以在線阻力的鏡像監(jiān)測，控制各區(qū)脈沖閥的開關(guān)，讓清灰過程變得輕緩柔和。所有措施不僅使系統(tǒng)阻力比氣箱式低300~500Pa，并節(jié)省1/3壓縮空氣用量;還免去機械提升閥等運動部件;花板開孔率低，清灰效果好，不易結(jié)露，保持系統(tǒng)壓降平穩(wěn)，極大延長濾袋壽命。遺憾的是，這種清灰方式卻始終未得到廣泛推廣，也可說是環(huán)保工作“只要求可靠，不要求節(jié)能”的緣故吧。
⑵ 降低對生產(chǎn)系統(tǒng)阻力的影響
袋收塵要比電收塵對系統(tǒng)阻力的影響明顯，影響濾袋阻力大小的因素則取決于濾袋的材質(zhì)，在原玻纖濾料的基礎(chǔ)上開發(fā)的玻纖覆膜濾料，其中基布起骨架作用，覆膜起透氣及過濾功能，表現(xiàn)出透氣性好，在縮小孔徑的同時，還能增大孔隙率，阻力才小;表面光滑，灰塵不易粘結(jié);過濾風(fēng)速高達1.2米/秒的三大優(yōu)勢。使收塵清灰所需壓力變小，次數(shù)減少，且清灰前后的過濾效果、風(fēng)阻幾乎為恒定，有利于生產(chǎn)系統(tǒng)狀態(tài)穩(wěn)定。原玻纖濾料改為玻纖覆膜濾料后，阻力可減少40%～75%，而通風(fēng)量提高至少15%。
增濕用的空氣霧化噴嘴，能通過靶釘、導(dǎo)氣環(huán)和噴孔的三次霧化，使霧化后的液滴表面積增加幾倍至十幾倍，水霧覆蓋面積大至3~4米，為少用水而能顯著降溫創(chuàng)造了可能。
包括使用將會日益廣泛的旁路放風(fēng)系統(tǒng)，也要考慮以最少的耗能達到降低氯、堿及硫含量的目的，先進的旁路放風(fēng)并不需要有專門的收塵器及風(fēng)機，而且收下的灰也能積極處理。
6、潤滑技術(shù)進步對節(jié)能的貢獻
高效潤滑不但能使設(shè)備在運轉(zhuǎn)中減少元件間的摩擦所消耗的能量，有顯著節(jié)能效果，電耗可降低2~10%不等，而且減少設(shè)備的磨損量90%以上，大幅降低維修成本;與此同時，潤滑油本身就是一種重要能源，優(yōu)質(zhì)潤滑油可使油質(zhì)自身有超長使用壽命，可延長換油周期10倍以上。同時，不斷改進潤滑油的包裝，至使用前的全過程都能嚴格防止粉塵、水分、空氣混入的可能，也是對潤滑油供應(yīng)商責(zé)任心的考核標準。
基于這種要求，單獨使用基礎(chǔ)油對設(shè)備潤滑的時代應(yīng)當(dāng)宣告結(jié)束，只有基礎(chǔ)油與添加劑合成的合成才能實現(xiàn)上述要求，這些添加劑包括抗磨劑、極壓劑、抗腐化劑、抗氧化劑、固體潤滑添加劑等;油脂還需要添加皂基增稠劑。
除此之外，潤滑油要根據(jù)軸承、齒輪等不同使用條件配制不同的油品，并采取不同的潤滑方式?，F(xiàn)代化水泥企業(yè)所需要的潤滑油品種決不是幾種，而要細致到十幾種、幾十種，為此，有實力的潤滑油供應(yīng)商應(yīng)該擁有大量專職潤滑工程師，能到用戶現(xiàn)場指導(dǎo)服務(wù)，而不是只將油品銷售作為服務(wù)的終點。
同樣，優(yōu)質(zhì)的稀油站與濾油機也是保障高效潤滑不可缺少的裝備。
7、檢驗儀表對節(jié)能的貢獻
為水泥生產(chǎn)服務(wù)的檢測儀表也在突飛猛進的發(fā)展，通過它們的技術(shù)進步，可以使操作者及時了解生產(chǎn)過程的控制效果，能滿足恰到好處的質(zhì)量要求，提高生產(chǎn)的穩(wěn)定性，從中取得顯著的節(jié)能效益。其中的重要發(fā)展趨勢之一是將離線檢驗的技術(shù)提高到在線檢驗的高度，這里以在線的γ-射線中子活化物料成分分析儀、在線的高溫廢氣氣體分析儀及在線的粉狀物料粒度分析儀，它們的在線檢測功能確實使生產(chǎn)控制及時而準確，避免人工離線檢測的數(shù)小時的滯后，這種滯后無論是溫度，還是壓力都意味著能量的浪費。
只有這類高水平的在線檢測數(shù)據(jù)提供，才可能使自動控制技術(shù)有更快的發(fā)展，也才能減少人為操作的差異而帶來的高能耗。也只有此時，水泥企業(yè)的節(jié)能才會實現(xiàn)高境界。
三、讓裝備充分發(fā)揮節(jié)能效果的條件
1、生產(chǎn)的均質(zhì)穩(wěn)定條件
筆者曾多次提出均質(zhì)穩(wěn)定的特點與要求是水泥節(jié)能生產(chǎn)的關(guān)鍵，當(dāng)然，同樣也是發(fā)揮裝備節(jié)能效果的條件。試想，在上述節(jié)能的裝備中，哪一項不是為了實現(xiàn)更好的均質(zhì)穩(wěn)定，而又是哪一項不要求均質(zhì)穩(wěn)定才能更圓滿地實現(xiàn)節(jié)能呢。再先進的燃燒器難道不需要煤質(zhì)的穩(wěn)定嗎?篦冷機能充分發(fā)揮熱交換效率的前提不正是進入篦冷機的熟料量要穩(wěn)定嗎?
2、精細管理與操作
任何優(yōu)秀的裝備不僅不能代替科學(xué)的管理和正確的操作，而且這是優(yōu)秀裝備發(fā)揮效益所離不開的。比如，任何裝備都需要有負荷極限，盲目的加大負荷勢必導(dǎo)致短期損壞;又如，優(yōu)秀裝備更需要先進的潤滑手段等等。由于篇幅所限，這方面的論述將在相關(guān)專述中展開。
本文概括展示了各類裝備在水泥生產(chǎn)中節(jié)能水平上的技術(shù)進步，而且也強調(diào)了發(fā)揮裝備節(jié)能的條件。雖然可能只是現(xiàn)實中的九牛一毛，但水泥人完全可以通過現(xiàn)有裝備的不斷改進與更新，使它們對水泥企業(yè)節(jié)能發(fā)揮越來越重大的作用，企業(yè)的單位產(chǎn)品能耗必將攀登上新的水平。
【作者：謝克平】
行業(yè)的眾多有識之士已經(jīng)認識到，若想提高設(shè)備完好運轉(zhuǎn)水平的第一關(guān)鍵是，人們在購買裝備時再不能只關(guān)心的價格，而是高性能與其價格的比較。因為它不僅關(guān)系到產(chǎn)量，而且減少開停車本身就是節(jié)能的重要前提。但是，在裝備的高性能含義中，很多人更多關(guān)注的是使用壽命的長短，對所用裝備的能耗水平卻未充分注意，這不能不說是最大的疏忽。裝備的主要性能不只是看其生產(chǎn)能力，看其為這種生產(chǎn)能力服務(wù)的壽命，更要看其為這種生產(chǎn)能力所支付能耗水平的高低。因為裝備價格只是對成本一次性起作用，壽命則是決定此一次性的周期長短及維修費用，而只有能耗水平才是在運行中時時刻刻對成本起作用。如果算經(jīng)濟帳，往往應(yīng)當(dāng)是寧可購置裝備時多付點費用，也不愿日積月累地增加消耗如同“鈍刀子割肉”。因此，本文試圖盤點當(dāng)前水泥裝備的節(jié)能水平，看看裝備選購中能對節(jié)能有多大影響。
一、高性價比裝備的標準及判定方法
1、某裝備的總使用費用(性價值)由三部分組成：采購價格與費用A;運行時單位產(chǎn)品能耗B;每年的維護費用及維修影響效益C。
從中可以看出：在同等價格條件下，關(guān)鍵是比裝備的使用壽命及使用過程中的能耗，二者都是關(guān)系使用成本的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。
2、計算公式
(A + B + C/η)(1-ξ)+(A + B + C/η+ D)×ξ
裝備使用壽命都以一年為比較基準，如果長于或不足一年，需要對C除以壽命系數(shù)η。
對于能帶病運轉(zhuǎn)的裝備，需要加帶病運轉(zhuǎn)比正常運轉(zhuǎn)減少的效益差D與帶病運轉(zhuǎn)率ξ之積(ξ介于1與0之間，無帶病運轉(zhuǎn)為0)
二、裝備向節(jié)能方向發(fā)展的趨勢不可阻擋
1、主機裝備對節(jié)能的貢獻
新型干法生產(chǎn)之所以越來越發(fā)展的原因之一，毫無疑問，是靠它的節(jié)能水平取勝的。但新型干法主機裝備的技術(shù)發(fā)展決不會終止，決不應(yīng)該理解為成熟技術(shù)而停步不前。
⑴ 煅燒裝備對節(jié)約熱能的貢獻方向與原理
熟料煅燒的煤耗列居水泥生產(chǎn)能耗的首位，它不僅占60%以上的成本，而且當(dāng)前實際消耗水平確實大有降低的潛力，理應(yīng)首當(dāng)其沖給以關(guān)注。
任何設(shè)備的節(jié)能都無非是從開源與節(jié)流兩方面努力。
對于窯的系統(tǒng)，開源則是要努力提高四大熱交換效率，使燃料發(fā)出的熱盡可能多地用于熟料的形成中去：先進的預(yù)熱器提高物料的分散程度及“固氣比”的設(shè)施，是為了提高預(yù)熱中熱交換效率;多型式的分解爐在比較后趨于同類，是有利于物料分解中的熱交換為依據(jù);這兩個階段的熱交換是以物料處于懸浮狀態(tài)為理想傳熱方式的。優(yōu)秀的燃燒器及加快窯的轉(zhuǎn)速，是提高燒成帶的熱交換效率;先進的篦冷機旨在提高熟料冷卻過程中的熱交換效率;后兩個階段又何嘗不想令物料以懸浮狀態(tài)作為換取高熱交換效率的方式呢?
節(jié)流則主要是減少散熱與漏風(fēng)，即盡量將已經(jīng)形成的熱量被不應(yīng)有的支出浪費掉：在降低系統(tǒng)襯料的導(dǎo)熱系數(shù)的同時，超短窯、單系列預(yù)熱器的優(yōu)勢之一正是可減少窯與預(yù)熱器的散熱面積;而燒成系統(tǒng)中每個支節(jié)也無不是為節(jié)能功不可沒：如窯頭、窯尾的加密魚鱗片密封技術(shù)、微動型閃動閥等配件旨在減少漏風(fēng);LV旋風(fēng)筒可提高分級效率，降低一級出口溫度等等。
主機裝備的選型在設(shè)計階段就要以節(jié)能為重要原則，否則就會成為生產(chǎn)線永遠的遺憾。
就以很多人認為沒有節(jié)能潛力的窯為例：超短窯是德國洪堡公司研制的技術(shù)，已在世界上應(yīng)用三十年，國內(nèi)引進的第一條線也運行二十余年，而且以臺商建設(shè)的新線最多，國內(nèi)自建的生產(chǎn)線卻很少引用或開發(fā)。它所獨具的優(yōu)勢：工藝上避免C2S及CaO礦物長大，使之反應(yīng)活性增大，有利于熟料燒結(jié);窯表面散熱減少，散熱損失可降低21 kJ/kg熟料;窯的負荷減小，有利機械傳動，降低窯的運行電流;二檔支撐，有利于找正、安裝;有利于提高窯內(nèi)耐火襯料壽命;設(shè)備重量減輕10%~15%、節(jié)省土建、設(shè)備、耐火筑爐、安裝等工作量達數(shù)百萬元。這樣的宣傳早在二十年前就有，然而，卻一直未得到國人認可，只是近幾年天津、南京等設(shè)計院才有所涉足，不料有些用戶還當(dāng)其洪水猛獸般抵制。究竟為什么呢?可能相當(dāng)多的人認為窯的增產(chǎn)潛力是與窯的長度成正比，他們認為熟料是需要延長窯內(nèi)停留時間“烘”出來。最近某雜志的一篇文章還強調(diào)掛窯皮不能快窯速，強調(diào)物料停留在磚上的時間要長，絲毫不提關(guān)鍵條件是磚的表面溫度，這種觀點表明對熟料煅燒特點格格不入。實踐中超短窯的增產(chǎn)能力絲毫不比長窯差，而且能耗與質(zhì)量都能得到改善。
⑵ 粉磨裝備對降低能耗的貢獻方向與原理
提高粉磨效率的關(guān)鍵是增加粉磨介質(zhì)與物料受力的機遇和有效性，從而達到節(jié)電的目的。因此介質(zhì)與物料的受力接觸，是由鋼球的點到磨輥的線，徐德龍院士正在開展由線到面的裝備開發(fā)。從管磨內(nèi)鋼球最初的無序運動，到襯板進步使其逐漸變得有序，到立磨、輥壓機能對磨輥有規(guī)律的調(diào)整與控制。都是為向施加到物料上的機械力更加有效方向發(fā)展。最近德國開發(fā)出的貝特磨，讓進入磨輥的物料更加有序，而產(chǎn)生顯著的節(jié)能效果。
煅燒裝備的例子在粉磨裝備中更多：輥壓機用于終粉磨生料，立磨用于終粉磨水泥，仍然有不少人以各種理由提出置疑。但有一點是無法動搖的，這就是裝備的節(jié)能趨勢，它必將對所謂‘成熟’技術(shù)發(fā)出挑戰(zhàn)。可以這樣理解，水泥作為產(chǎn)品問世二百年，就是節(jié)能工藝裝備的發(fā)展史。
⑶ 破碎裝備的節(jié)能方向
破碎是在物料粒度控制上為粉磨工藝創(chuàng)造條件的裝備，它與粉磨裝備有著明確的粒度分工，其產(chǎn)品過細、過粗都不利于總體的節(jié)能效果?，F(xiàn)代破碎設(shè)備不僅是在適應(yīng)不同礦物、提高自身破碎效率上做足文章，如波輥給料機篩分后的破碎、物料進料點的選擇等等;而且其大手筆是讓破碎設(shè)備可以根據(jù)礦山開采進度向采掘點移動，以實現(xiàn)電鏟直接向破碎機喂料，減少汽車倒運的工序與能耗。移動式破碎機雖然制作成本高，但它省去了基礎(chǔ)的土建投資，更挖掘出二次倒運的節(jié)能潛力，采礦成本大幅下降，將使它的發(fā)展趨勢不可阻擋。
2、輸送裝備對節(jié)能的貢獻
⑴ 減少自身消耗能量的舉措
作為輔機的輸送設(shè)備功率一般不會很大，但由于安裝找正精度、潤滑效果、密封水平的區(qū)別，都會導(dǎo)致完成同樣輸送任務(wù)，消耗能量大不相同。就以常用的皮帶輸送機說事，托輥的制造似乎相差不大，但由于端部密封水平不同，水氣與粉塵的進入不僅影響托輥的壽命，而且增加托輥旋轉(zhuǎn)阻力，直接影響電機電流增大，最大可有1/3以上的差距;螺旋輸送機是要減少吊軸承的數(shù)量，最長可20M內(nèi)不用，優(yōu)點也是減少阻力而節(jié)能;空氣斜槽用的透氣層要以低阻力、低吸潮率及低變形量為主攻方向，以降低能耗。鋼絲膠帶的提升機不僅運行平穩(wěn)，而且自身能耗比鏈條式低很多，使其在大高度的粉狀物料提升中獨領(lǐng)風(fēng)騷。
⑵ 盡量縮短輸送距離更是節(jié)能
輸送熟料的斜斗輸送機是走捷徑最為成功的案例，不但距離近，而且減少轉(zhuǎn)運次數(shù);開發(fā)的大傾角皮帶機也是同理，必將會受到越來越多的關(guān)注;少用氣力輸送，固然是節(jié)能的原則，但在量小途徑較遠時，可以跨越各種障礙而途徑短的料封泵，仍不失為優(yōu)勢裝備;在使用螺桿空壓機后，由于維護量的減少，集中布置已無必要，相反空氣輸送阻力消耗較大，分散布置空壓機才理所應(yīng)當(dāng)。
3、耐磨與耐火材料對節(jié)能的貢獻
耐磨材料、尤其是高溫耐磨材料的發(fā)展對窯、磨的降耗起著至關(guān)重要的作用。鋼球、磨輥及耐火磚延長使用壽命必將直接有利于主機設(shè)備的運轉(zhuǎn)率，尤其是在避免帶病運轉(zhuǎn)、提高完好運轉(zhuǎn)率中蘊藏著巨大節(jié)能效果。
工藝裝備任何位置的耐磨性都能保證嚴格兌現(xiàn)原設(shè)計要求，比如：鋼球、磨輥的耐磨可以保證磨機產(chǎn)量不會降低，能耗不會升高;篦條的耐磨可以保證破碎出料粒度不增大，為下道工序創(chuàng)造節(jié)能條件;風(fēng)機風(fēng)葉的耐磨可以保證風(fēng)壓與風(fēng)量的恒定;選粉機葉片的耐磨可以保證選粉效率不會隨磨損而衰減;燃燒器出口端部的耐磨是保證火焰不變形的基本要求;甚至輸送管道的耐磨不但可以不漏料，而且還不漏風(fēng)。為此，在耐磨鋼板的家族中，進口哈道斯鋼板比傳統(tǒng)錳鋼板提高使用壽命三倍以上，而UP板、三盾板、信鉻鋼等堆焊板則不斷推陳出新，為提高這些位置的耐磨水平都寫下了豐功偉績;最新耐火材質(zhì)，如鎂鐵鋁尖晶石磚、鎂鈣鋯磚、(紅)硅莫磚、各類定形與不定形澆注料等琳瑯滿目品種的相繼應(yīng)用，為延長窯的安全運轉(zhuǎn)周期可以超過一年立下了汗馬功勞，而每少開停一次窯所減少的耗能將是數(shù)十萬的效益。所有這些耐磨、耐火材料性能的改善，已經(jīng)為、并將繼續(xù)為實現(xiàn)水泥裝備高質(zhì)量、低能耗的運行做出了可圈可點的貢獻。
在耐磨材料的大軍中，非金屬材料也不甘落后，它們發(fā)揮著既耐高溫又耐磨的優(yōu)勢，不斷克服韌性及導(dǎo)熱性的不足。一種所謂的復(fù)合整體澆注耐磨陶瓷異軍突起，已經(jīng)在立磨磨輥的耐磨層上小試牛刀;如果將五級預(yù)熱器內(nèi)筒改用耐磨陶瓷制作，就可改變耐熱鋼材質(zhì)的壽命短、密閉性差等缺點。但至今三次風(fēng)閘板仍因材質(zhì)壽命不長，自重過大，使窯爐用風(fēng)平衡的調(diào)節(jié)經(jīng)常處于無效而粗獷的狀態(tài)，對窯的節(jié)能操作肯定是重大缺憾，仍應(yīng)大膽嘗試。
使用導(dǎo)熱系數(shù)越低的硅酸鈣板為代表的隔熱材料;以至最近有制作低導(dǎo)熱系數(shù)耐火磚在后過渡帶使用;對它們的科學(xué)使用，必將使散熱損失在總熱耗中的比例從最高的10%下降到6%以內(nèi)。
以硅酸鋁纖維為主材的高溫堵漏材料，可以有效減少漏風(fēng)，降低漏風(fēng)比例既能降低電耗，也能降低熱耗。
4、動力裝備的節(jié)能方向
賦予設(shè)備動力或傳遞動力的設(shè)備更要突出節(jié)能性能。
螺桿空壓機比往復(fù)空壓機已經(jīng)有較大幅度的節(jié)能，但是單螺桿空壓機比雙螺桿空壓機還要節(jié)能8.5%;再加之采用智能控制系統(tǒng)及全自動加、卸載調(diào)節(jié)，確保設(shè)備均按需求量自動開停;且當(dāng)空載運行時，能耗可減少60%。
冀東日彰公司新開發(fā)的風(fēng)機對葉輪前盤、后盤及葉片機殼與集風(fēng)器的結(jié)構(gòu)進行了優(yōu)化，減少了渦流、紊流損失，而使整機重量輕，結(jié)構(gòu)緊湊，在同一系統(tǒng)上用此風(fēng)機取代其它風(fēng)機后可以提高10~30%軸動力，相當(dāng)于節(jié)電幅度有10~30%;中小型羅茨風(fēng)機也正以S系列三葉型逐漸淘汰R系列二葉型，可節(jié)省3~8%電量;水泵的節(jié)能也以揚程及水量相同能力下，具有較高比轉(zhuǎn)數(shù)，同時制作精度要求葉輪與密封環(huán)間隙與橢圓度都小，使容積損失最小為競爭手段;對風(fēng)機與水泵的調(diào)節(jié)應(yīng)用變頻技術(shù)，已經(jīng)是家喻戶曉地節(jié)能手段，但是它自身也要消耗<5%的能量，因此，若使風(fēng)機、水泵節(jié)能，首先是根據(jù)工況選型使風(fēng)機工作在高效率區(qū)。只是需要經(jīng)常調(diào)節(jié)流量時，才為之配置變頻器，并拆除任何為調(diào)節(jié)而設(shè)置的閥門。
液壓傳動的先進性在于可比機械傳動節(jié)能25%-30%以上，而且能無級變速調(diào)節(jié)。因此，現(xiàn)在越來越多的裝備選擇液壓傳動。
中小型減速機開始重視強制冷卻潤滑技術(shù)的應(yīng)用，設(shè)置軸端泵或風(fēng)冷風(fēng)機，通過對潤滑油的強制冷卻，不僅有利于潤滑質(zhì)量，延長設(shè)備壽命;而且可以增加散熱能力，減小熱功率，為傳遞同樣功率，減速機選型可降低一號。
軸承性能的提高在傳遞能量過程中起著非同小可的作用：從Φ3.2M以下磨機改滑動軸承為滾動軸承后可達到5~6kW·h/t水泥的節(jié)能效果，電機選型可小一個型號;即便是不得不使用滑動軸承，對傳統(tǒng)銅瓦進行革命，以鋅基瓦代替就顯示出眾多優(yōu)點，其中摩擦系數(shù)僅是銅材的2/3，可以降低窯的運轉(zhuǎn)電流，窯主電機電流可下降30A;而提高滾動軸承質(zhì)量，從選用軸承鋼材料及高精度加工入手，說明現(xiàn)代軸承制造企業(yè)的起點越來越高，并非任何一個軸承企業(yè)都能達到。
5、環(huán)保設(shè)備也要降低能耗
盡管環(huán)境保護現(xiàn)在業(yè)已成為生產(chǎn)中必保的天子第一重要裝備，但同樣要考核自身的節(jié)能水平，否則同樣沒有生命力。
⑴ 提高收塵效率的同時降低自身能耗
現(xiàn)在的袋收塵已進化到采用壓縮空氣作為清灰動力，但如何盡量降低清灰風(fēng)壓與清灰頻次，以達到系統(tǒng)節(jié)能而穩(wěn)定，成為袋收塵技術(shù)的先進標志。在各類清灰方式中，‘引射式’比傳統(tǒng)的‘氣箱式’，及當(dāng)前流行的‘行噴式’都更有優(yōu)勢：它通過大文丘里管對凈化后空氣的誘導(dǎo)作用，比高壓脈沖少1/2的低壓噴吹，與少量壓縮空氣混合后再用于清灰，從而節(jié)約壓縮空氣;它還選用淹沒式的低阻(<0.35kPa)脈沖閥及儲氣包組合結(jié)構(gòu)，直接將脈沖閥安裝在儲氣包上，極大減少氣流的無端耗能，再輔之以在線阻力的鏡像監(jiān)測，控制各區(qū)脈沖閥的開關(guān)，讓清灰過程變得輕緩柔和。所有措施不僅使系統(tǒng)阻力比氣箱式低300~500Pa，并節(jié)省1/3壓縮空氣用量;還免去機械提升閥等運動部件;花板開孔率低，清灰效果好，不易結(jié)露，保持系統(tǒng)壓降平穩(wěn)，極大延長濾袋壽命。遺憾的是，這種清灰方式卻始終未得到廣泛推廣，也可說是環(huán)保工作“只要求可靠，不要求節(jié)能”的緣故吧。
⑵ 降低對生產(chǎn)系統(tǒng)阻力的影響
袋收塵要比電收塵對系統(tǒng)阻力的影響明顯，影響濾袋阻力大小的因素則取決于濾袋的材質(zhì)，在原玻纖濾料的基礎(chǔ)上開發(fā)的玻纖覆膜濾料，其中基布起骨架作用，覆膜起透氣及過濾功能，表現(xiàn)出透氣性好，在縮小孔徑的同時，還能增大孔隙率，阻力才小;表面光滑，灰塵不易粘結(jié);過濾風(fēng)速高達1.2米/秒的三大優(yōu)勢。使收塵清灰所需壓力變小，次數(shù)減少，且清灰前后的過濾效果、風(fēng)阻幾乎為恒定，有利于生產(chǎn)系統(tǒng)狀態(tài)穩(wěn)定。原玻纖濾料改為玻纖覆膜濾料后，阻力可減少40%～75%，而通風(fēng)量提高至少15%。
增濕用的空氣霧化噴嘴，能通過靶釘、導(dǎo)氣環(huán)和噴孔的三次霧化，使霧化后的液滴表面積增加幾倍至十幾倍，水霧覆蓋面積大至3~4米，為少用水而能顯著降溫創(chuàng)造了可能。
包括使用將會日益廣泛的旁路放風(fēng)系統(tǒng)，也要考慮以最少的耗能達到降低氯、堿及硫含量的目的，先進的旁路放風(fēng)并不需要有專門的收塵器及風(fēng)機，而且收下的灰也能積極處理。
6、潤滑技術(shù)進步對節(jié)能的貢獻
高效潤滑不但能使設(shè)備在運轉(zhuǎn)中減少元件間的摩擦所消耗的能量，有顯著節(jié)能效果，電耗可降低2~10%不等，而且減少設(shè)備的磨損量90%以上，大幅降低維修成本;與此同時，潤滑油本身就是一種重要能源，優(yōu)質(zhì)潤滑油可使油質(zhì)自身有超長使用壽命，可延長換油周期10倍以上。同時，不斷改進潤滑油的包裝，至使用前的全過程都能嚴格防止粉塵、水分、空氣混入的可能，也是對潤滑油供應(yīng)商責(zé)任心的考核標準。
基于這種要求，單獨使用基礎(chǔ)油對設(shè)備潤滑的時代應(yīng)當(dāng)宣告結(jié)束，只有基礎(chǔ)油與添加劑合成的合成才能實現(xiàn)上述要求，這些添加劑包括抗磨劑、極壓劑、抗腐化劑、抗氧化劑、固體潤滑添加劑等;油脂還需要添加皂基增稠劑。
除此之外，潤滑油要根據(jù)軸承、齒輪等不同使用條件配制不同的油品，并采取不同的潤滑方式。現(xiàn)代化水泥企業(yè)所需要的潤滑油品種決不是幾種，而要細致到十幾種、幾十種，為此，有實力的潤滑油供應(yīng)商應(yīng)該擁有大量專職潤滑工程師，能到用戶現(xiàn)場指導(dǎo)服務(wù)，而不是只將油品銷售作為服務(wù)的終點。
同樣，優(yōu)質(zhì)的稀油站與濾油機也是保障高效潤滑不可缺少的裝備。
7、檢驗儀表對節(jié)能的貢獻
為水泥生產(chǎn)服務(wù)的檢測儀表也在突飛猛進的發(fā)展，通過它們的技術(shù)進步，可以使操作者及時了解生產(chǎn)過程的控制效果，能滿足恰到好處的質(zhì)量要求，提高生產(chǎn)的穩(wěn)定性，從中取得顯著的節(jié)能效益。其中的重要發(fā)展趨勢之一是將離線檢驗的技術(shù)提高到在線檢驗的高度，這里以在線的γ-射線中子活化物料成分分析儀、在線的高溫廢氣氣體分析儀及在線的粉狀物料粒度分析儀，它們的在線檢測功能確實使生產(chǎn)控制及時而準確，避免人工離線檢測的數(shù)小時的滯后，這種滯后無論是溫度，還是壓力都意味著能量的浪費。
只有這類高水平的在線檢測數(shù)據(jù)提供，才可能使自動控制技術(shù)有更快的發(fā)展，也才能減少人為操作的差異而帶來的高能耗。也只有此時，水泥企業(yè)的節(jié)能才會實現(xiàn)高境界。
三、讓裝備充分發(fā)揮節(jié)能效果的條件
1、生產(chǎn)的均質(zhì)穩(wěn)定條件
筆者曾多次提出均質(zhì)穩(wěn)定的特點與要求是水泥節(jié)能生產(chǎn)的關(guān)鍵，當(dāng)然，同樣也是發(fā)揮裝備節(jié)能效果的條件。試想，在上述節(jié)能的裝備中，哪一項不是為了實現(xiàn)更好的均質(zhì)穩(wěn)定，而又是哪一項不要求均質(zhì)穩(wěn)定才能更圓滿地實現(xiàn)節(jié)能呢。再先進的燃燒器難道不需要煤質(zhì)的穩(wěn)定嗎?篦冷機能充分發(fā)揮熱交換效率的前提不正是進入篦冷機的熟料量要穩(wěn)定嗎?
2、精細管理與操作
任何優(yōu)秀的裝備不僅不能代替科學(xué)的管理和正確的操作，而且這是優(yōu)秀裝備發(fā)揮效益所離不開的。比如，任何裝備都需要有負荷極限，盲目的加大負荷勢必導(dǎo)致短期損壞;又如，優(yōu)秀裝備更需要先進的潤滑手段等等。由于篇幅所限，這方面的論述將在相關(guān)專述中展開。
本文概括展示了各類裝備在水泥生產(chǎn)中節(jié)能水平上的技術(shù)進步，而且也強調(diào)了發(fā)揮裝備節(jié)能的條件。雖然可能只是現(xiàn)實中的九牛一毛，但水泥人完全可以通過現(xiàn)有裝備的不斷改進與更新，使它們對水泥企業(yè)節(jié)能發(fā)揮越來越重大的作用，企業(yè)的單位產(chǎn)品能耗必將攀登上新的水平。
【作者：謝克平】
