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1、1 新型干法水泥生产的简述1.1 新型干法水泥生产的特点新型干法水泥生产，就是以悬浮预热和预分解技术为核心，把现代科学技术和工业生产最新成就，例如：原料矿山计算机控制网络化开采，原料预均化，生料均化，挤压粉磨，新型耐热、耐磨、耐火、隔热材料以及 IT 技术等广泛应用于水泥生产全过程，使水泥生产具有高效、优质、节约资源、清洁生产、符合环境保护要求和大型化、自动化、科学管理特征的现代水泥生产方法。新型干法水泥生产具有均化、节能、环保、自动控制、长期安全运转和科学管理六大保证体系，是当代高新技术在水泥工业的集成，其特征如下：（1）生料制备全过程广泛采用现代化均化技术。使矿山开采原料预均化生料粉磨生料
2、均化过程，成为生料制备过程中完整的“均化链” 。（2）用悬浮预热及预分解技术改变传统回转窑内物料堆积态的预热和分解方法。（3）采用高效多功能挤压粉磨技术和新型机械粉体输送装置。（4）工艺装备大型化，使水泥工业向大型化方向发展。（5）为“清洁生产”和广泛利用废渣、废料、再生燃料和降解有毒有害危险废弃物创造了有力条件。（6）生产控制自动化。（7）广泛采用新型耐热、耐磨、隔热、和配套耐火材料。（8）应用 IT 技术，实行现代化科学管理等。此外，许多学者认为是“均衡稳定”是新型干法水泥生产的重要特点。而水泥的生产过程中只有短暂的液相出现，更多的是固相反应。固态物料是最难实现均质稳定的形态，它需要从基本
3、建设阶段直到生产阶段，在原燃料管理、操作控制、质量检验、设备维护、仪表自动化等每个环节都要满足均衡稳定的要求。“均衡稳定” 是新型干法水泥生产中最为重要的问题，是搞好新型干法水泥生产的关键所在。它不但关系到生产能否正常运行，也直接影响到产品质量、产量、消耗，生产的安全、成本、效益和环境保护工作。“均衡稳定”是提高原料预均化效果的要求；是实现原料配料和烘干粉磨的必须；是保持预分解窑最佳热工制度的前提；是实现生产过程自动化的基础和目的；是提高收尘设备效率的需要；是降解利用二次燃料和废弃物的最佳条件。1.2 新型干法水泥生产的发展（1）国际水泥技术的发展趋势 近年来，代表当今水泥生产技术水平的新型干
4、法生产技术和装备，具有单位容积产量高、热利用效率好、电耗低、污染小、劳动生产效率高、产品质量稳定、规模经济效益良好等特点，使工厂在生产规模和技术装备上大型化、生产工艺节能化、操作管理自动化、环境保护生态化等方面取得了很大的进步和发展。 生产规模和技术装备大型化新型干法技术的发展，使水泥生产装备的单机能力和性能的可靠性大大提高，而设备的大型化又是实现先进工艺技术的手段和途径。目前世界上已有日产 1000012000 吨的水泥熟料生产线和 600 吨/ 小时以上的生料磨；大型的现代化水泥生产线和生产企业，大大提高了水泥生产效率，降低了生产成本。 生产工艺节能化高效低压损预热器，理想流场的预分解炉，
5、超短窑应用，四通道燃烧器，可控制流固定篦床式第四代篦冷机，中低温余热发电，无烟煤资源利用，立磨、辊压机、辊筒磨终粉系统代替传统球磨，高效选粉机使用，机械输送取代气力输送，变频调速代替风门开度等等，在水泥工业生产中推广与应用。 操作管理自动化计算机控制技术、高速通讯技术、图形动态显示技术的飞速发展，为生产过程实现自动化操作管理提供了方便；DCS 集散控制技术，QCS 生料质量管理控制系统，原料元素在线质量分析控制系统，回转窑模糊逻辑控制系统，磨机负荷控制系统，窑筒体温度检测系统等得到广泛应用；劳动定员大大地减少。 环保生态化对水泥工业生产中产生的粉尘和有害气体的排放标准要求将更加严格，粉尘收集设
6、备的效率可达到 99.99以上，排放量小于 0.01；而有害气体的排放标准在发展中国家要求小于 100 毫克标准立方米，在发达国家已达到了 50 毫克标准立方米以下。除此之外，在一些发达国家的水泥工业生产中，正在利用废料、垃圾作为燃料、原料或混合材生产水泥，变废为宝，保护生态环境。 （2）生料质量控制技术的最新进展 最初水泥生产大多采用芬兰工程有限公司在 70 年代推出的荧光分析法。但是由于荧光穿透能力较差，只能测定表面物料反射的二次荧光，即只能对表面的物料进行成分分析。1984 年美国 GAMMAMETRICS 公司推出 射线在线元素分析仪，并应用在水泥厂预均化堆场前用以控制石灰石的品位，指
7、导矿山开采。迄今为止，美国GAMMAMETRICS 公司已售出 50 多台 射线在线分析仪给水泥厂，近一半用于原料预均化堆场的质量控制，一半用于生料配料控制。由于它采用的是中子活化技术，被中子活化的原料的原子核将放出 射线，而 射线能穿透整个物料层，因此它是对物料流中全部的物料进行分析。 （3）粉磨技术的进展情况 进入 90 年代以来，立磨及辊压机技术得到进一步发展。各制造商都在提高设备可靠性，提高耐磨衬板（衬套）的使用寿命，改进磨盘、送粉机及其它部件结构，提高粉磨效率，进一步降低电耗等方面做出了很大努力。 由于生料配合原料的易磨性比熟料好的多，对机械性能要求不是很高，加之原料有烘干要求，立磨
8、终粉磨技术在原料粉磨方面应用的更为广泛。 对于水泥粉磨，国际上多采用辊压机预粉磨系统。为了和欧美的辊压机预粉磨系统相抗衡，日本川崎重工于 1987 年开发出立磨预粉磨系统并逐步得以完善。宇部兴产也相继开发立磨预粉磨系统。目前这项技术广泛用于日本和东南亚地区。在中国已用于江南小野田和华新水泥厂。和辊压机相比，立磨用于熟料粉磨的主要优点在于要求的磨辊压力低，因而对轴承及磨损件的要求低，即采用同样的材质，立磨的设备可靠性、磨损件的寿命等优于辊压机。例如：立磨磨损件的寿命可达 2 万小时以上。同时立磨磨损件的更换及其方便。另外，立磨预粉磨系统简单，系统的运行可靠性较高。欧洲一些公司在一些工程中也采用立
9、磨预粉磨系统粉磨熟料。 立磨终粉磨系统已大量用于矿渣粉磨。在这方面，川崎重工、宇部兴产、POLYSIUS 及莱歇公司有较大优势，它们都能够将矿渣粉磨至 40006000 平方厘米克的比表面积。当粉磨至 4000 平方厘米克时，系统电耗为 3337 千瓦小时吨，磨耗最低可达 4.7 克吨，磨损件寿命为 1000032400 小时。 目前最先进的粉磨设备当属法国 FCB 公司制造的 HOROMILL（筒辊磨） ，其特点是将球磨的作用和辊压机的优点融于一体，可大大提高粉磨效率。和辊压机预粉磨系统相比可节能 25。 熟料冷却技术取得较大进展，第四代篦冷机被广泛采用。在提高冷却机热效率的同时，努力提高篦
10、冷机的运行可靠性。虽然我国的新型干法水泥技术已达到国际先进水平，但是我们应看到我国新型干法水泥技术在整个水泥生产中比例还很低，技术研发方面研发能力还不足，因此我国还应继续加大新型干法水泥技术发展。2 参数的确定2.1 熟料率值的确定生产实践表明：预分解窑的优质高产，除了要有一个生料质量保障系统外，还要有一个适合其热工特性的配料方案。我国有不少预分解窑水泥厂仅通过“两高一中”配料方案，就获得了提高水泥产、质量和回转窑运转率的明显效果。从表 2-1 可以看出：国内新型干法窑生产水泥熟料 4 大矿物组成与国外水泥近似，但 KH、SM、IM 三个率值都比国外水泥稍低一些，看来这是是造成RISO 与 R
11、GB 强度差距的重要因素，国内重点水泥企业的窑型包括湿法、干法和立波尔窑，虽有较大差别，但均属低硅、高铁配料方案。我国水泥配料方案的重要特征是低硅、高铁。这对提高硅酸盐矿物含量和活性是不利的。从提高水泥熟料强度考虑，应尽量提高硅酸盐矿物含量（73%）、提高早强矿物含量（9% 10%）、降低铁铝酸四钙含量（13%）。欧洲通用水泥标准 ENV197-1-92 对波特兰水泥熟料提出这样规定“波特兰水泥熟料是一种水硬性材料，其中至少 2/3 是硅酸钙，其余为 Al2O3、Fe 2O3 和其他氧化物。 CaO/SiO2 重量比应不小于 2.0”。ENV197-1-92 标准特别强调了硅酸盐矿物在 4 大
12、矿折中所占比例，在 Al2O3 和 Fe2O3 的关系中更重视 Al2O3 的作用。所以为提高水泥强度，适应新标准要求，回转窑企业改进配料方案，向高硅、低铁型转变和采用与此配料方案相适应的烧成技术尤为重要。表 2-1 国内外水泥熟料成分及矿物组成类别 SiO2 AI2O3 Fe2O3 CaO f-CaO KH SM IM C3S C2S C3A C4AF国外水泥（23个）21.22 4.80 3.01 64.13 0.92 0.90 2.73 1.61 57 20 8 10国内新型干法（20个）22.00 5.29 3.44 64.39 0.96 0.88 2.53 1.54 53 24 8
13、10国内重点水泥企业（56个）21.14 5.59 4.44 74.74 1.14 0.89 2.12 1.27 54 20 7 14国内立窑 20.62 5.63 4.68 64.07 23 0.92 2.0 1.2 59 14 7 14考虑上述各种情况，结合目前率值的大致范围：KH=0.860.92, SM=2.12.6, IM=1.31.8 。确定本次设计的率值是：KH=0.93 0.02, SM=2.60.1, IM=1.750.1。2.2 熟料热耗的确定水泥厂中影响熟料热耗的因素很多，国内系统热耗较高的主要原因是：结皮堵塞现象严重，还有设备故障比较频繁，从而导致窑的运转率不高。而国外
14、水泥厂家通过采用低阻高效的多级预热系统，以及新型篦式冷却机和多通道喷煤管等先进工艺，降低了水泥生产的熟料热耗。表 2.2 国内部分预分解窑的熟料热耗工厂名称 冀东 宁国 柳州 江西 淮海 新疆 本溪 燕山熟料热耗（kJ/kg）3385 3323 3439 3573 3650 3862 3366 3548参照国内同类型窑熟料热耗的数据表 2.2 ，并考虑到熟料硅率较高，故本设计熟料热耗确定为 3350kJ/kg。2.3 熟料标号的确定熟料标号是以其 28 天抗压强度值来划分等级的。生产 42.5R 级矿渣硅酸盐水泥,要求熟料标号大于 42.5，但工厂不能等到 28 天强度结果出来后再决定混合材掺
15、量、粉磨细度等生产控制指标。因此，迅速而准确地查知熟料强度情况，对生产厂无疑具有重要的实用价值。众所周知，水泥熟料是由 SiO2 、Al 203、Fe 203、CaO 等主要氧化物， 按一定比例化合而成的多矿物集合体。一般用 C3S、C 2S、C 3A、C 4AF、f-CaO 等来表示。作为熟料组成主体的这些矿物，它们与熟料率有如下关系：KH= S2356.180SM= AFC430.4.IM= +0.6383 AFC415将式(+1)整理，得：L= =125.1pnKHAFCSAFS42438.0= 75.69.02.8由上图得知熟料标号完全满足设计要求。2.4 矿渣、石膏加入量的确定2.4.1 石膏加入量的确定适当加入石膏，是生产水泥的重要措施之一，这可保证在水泥硬化之前形成足够的钙矾石，有利于水泥强度的发展。矿渣硅酸盐水泥中的 SO3 含量一般波动在 3%4%。由于所用石膏中 SO3 含量为 43.77%，由公式 43.77% ，其中 d%4d7.4为石膏加入量。取 d 为 7%，符合矿渣硅酸盐水泥的指标。2.4.2 混合材加入量的确定国家标准（GB1752007）对矿渣硅酸盐水泥矿渣加入量有明确的规定：在矿渣硅酸盐水泥中，矿渣加入量在 20%70%内。综合考虑矿渣活性、熟料标号和水泥标号等问题，确定矿渣的加入量为 45
