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1、本科生毕业设计1第 1 章 绪 论1.1 引言 新型干法水泥生产自问世以来倍受世界各国的关注，特别是 上世纪 80 年代以来得到了突飞猛进的发展，国际水泥工业以预分解技术为核心，将现代科学技术和工业化生产的最新成果广泛应用于水泥生产的全过程，形成了一套具有现代高科技为特征和符合优质、高效、节能、环保以及大型化、自动化的现代生产方法。新型干法水泥技术代表了现阶段最高的水泥烧成技术，可以提高窑单位容积产量、 提 高窑砖衬寿命和运转率 ，且自动化水平高、生产规模大，可以选用低质燃料或低价废物燃料，节省燃料，降低热耗和电耗，减小设备和基建投资费用、 CO 和 NO x 生成量少和事故率低，操作稳定。发
2、展新型干法水泥技术是环境保护和资源综合利用的必然结果。同时，新型干法水泥技术涵盖了许多丰富的理论和科研成果，指导着水泥工业设计、研发、生产等工作的不断完善、优化和提升。近年来，我国新型干法水泥生产技术也得到了飞速发展。尤其是进入 21 世纪，大批 4000，5000t/d 熟料新型干法水泥生产线的建成、投产，标志着我国新型干法水泥生产技术已经成熟。 1.2 国内外现状目前，以悬浮预热和窑外分解为核心的新型干法水泥生产技术已经成为当今水泥工业发展的主导技术和最先进的工艺。目前，日本、德国、法国等发达国家新型干法技术已占 95% 以上，其他的发达国家也达到 80% 以上，而我国的新型干法技术只占到
3、 55% ，其余的全是立窑和其他落后的生产方法，因此发展我国的新型干法水泥技术任重道远。在我国，新型干法水泥起步于上世纪 70 年代，至今已有 30 多年，但发展步伐较小，速度缓慢。进入新世纪以来，随着我国国民经济的飞速发展，我国新型干法水泥生产的发展进入了快车道。通过技术引进、科研开发等一系列措施，生产线的技术装备水平和规模得到长足发展。装备上从完全进口到现在日产 4000t、5000t 以下生产线的完全国产化达到 95%及日产 8000t、10000t 生产线的基本国产化，表明我国建材机械工业发展已经进入了发展的新阶段。一批自行设计建设的 3000 t/d、4000 t/d、5000t/d
4、 及10000 t/d 熟料生产线已投入运行，建设投资和生产耗能大大降低。截止 2007 年上半年，新型干法的比重已达到 53%。随着我国新型干法水泥设备与工艺的日臻完善、大型水本科生毕业设计2泥装备国产化的解决和国家节能检排政策的实施，新型干法水泥技术将占据主导地位。伴随着 20 世纪 70 年代初期日本石川公司（IHI）预分解窑的诞生，新型干法水泥技术向水泥生产全过程发展。同时，随着与分解技术日趋成熟，各种类型的旋风预热器与各种不同的预分解方法相结合，发展成为许多类型的预分解技术 。到 90 年代中期，通过不断的技术改进，预分解窑旋风筒换热管道分解炉回转窑篦冷机以及挤压粉磨，和同它们配套的
5、耐热、耐磨、耐火、隔热材料，自动化空盒子，环保技术等的全面发展和提高，新型干法水泥生产的各项技术经济指标得到进一步优化。新型干法水泥生产技术的出现,彻底改变了水泥生产技术的格局和发展进程,它采用现代最新的水泥生产工艺和装备,逐步取代了立窑生产技术、湿法窑生产技术、干法中空窑生产技术以及半干法生产技术,从而把水泥工业生产推向一个新的阶段。随着工业的不断发展,能源与资源短缺的问题越来越突显,环境保护、节约资源和能源也就成为世界关注的热点问题。水泥工业作为耗能大户，降低能耗,重视环保是我国水泥企业赖以持续发展的根本途径。新型干法水泥生产工艺是一种能耗较低,污染较少的水泥生产方法。众所周知,湿法回转窑
6、是一种能耗大的生产工艺。湿法回转窑的热耗约为 50206070KJ/Kg 熟料 (12001450Kcal/Kg 熟料),热效率约为 29.0%33.5%;而新型干法回转窑热耗约为 29303350KJ/熟料(700800Kcal/Kg 熟料),热效率约为 4249.5% 。湿法窑的热耗是新型干法窑的 1.8 倍以上。在降低能耗方面,后者比前者具有更大的优越性。社会和经济的发展,使得国家的各种基础设施的建设蓬勃展开,人们对工程质量的要求越来越高,相应地对混凝土质量以及水泥的性能提出了越来越高的要求。熟料质量的好坏决定水泥质量的高低。高品质熟料的生产条件是提高煅烧温度,增快冷却速度,即实现高温煅
7、烧和快速冷却。立窑工艺难以满足高温煅烧和快速冷却的要求；湿法转窑不能避免回转窑的煅烧矛盾,难以满足高温煅烧的要求；新型干法回转窑工艺是实现高温煅烧和快速冷却的重要方法。新型干法转窑工艺的特点是采用了窑外分解技术，使生料入窑生料的碳酸钙表观分解率,从原来的悬浮预热器的 40%50%提高到85%95%,由于这一特点,使得窑内传热已不是主要矛盾,这样可适当延长烧成带长度,也可提高窑内的煅烧温度,使熟料质量大大提高 。伴随着新型干法水泥熟料生产工艺技术水平的发展,我国水泥工业窑尾节能技术水平有了长足的进步,高温余热已在水泥生产过程中被回收利用,水泥熟料热耗已由过本科生毕业设计3去的 46006700k
8、J/kg 下降至 29003300kJ/kg。继国内低参数、多级进气汽轮机的开发成功,国产装备的纯中、低温余热电站也进入了成熟阶段,采用中、低品位余热动力转换机械的纯中、低温余热发电技术具有更显著的节能效果。到 2010 年，我国新型干法水泥采用预热发电的生产线窑达到干法水泥生产线的 40%。在水泥厂利用废物的工作也在逐步展开，新型干法窑是处理和利用废物最好的焚烧设备，这项工作尚处于起步阶段，以后将进一步推广。我国的新型干法生产工艺技术和装备的研制开发一直紧跟世界发展动向，并结合本国国情做了一系列卓有成效的工作，取得可喜成果。使我国水泥生产装备大型化、现代化，赶上国际先进水平。现阶段，我国的预
9、分解系统的设备研发越来越成熟，实践证明，由天津、南京、成都以及合肥设计院自行开发设计的各类分解炉和高效低压损旋风筒等设备，如 TWD、TDF、TSD、TFD、NC、CDC 等品牌已得到国内很多新建水泥厂的青睐，并且发展越来越快。我国水泥工艺技术和装备已走出国门，出口到世界多个国家，并且已打入到欧洲市场。2005 年，成都建筑材料工业设计研究院有限公司在阿联酋承建了世界界上单线生产能力最大的生产线之一（10000t/d）。2007 年 4 月 26 日顺利通过了业主和咨询公司组织的性能考核，各项指标均达到并超过设计值。该生产线是迄今为止我国在海外总承包建成投产的最大规模的水泥熟料生产线，标志着我
10、国在技术及装备上打破了欧洲企业长期垄断国际大规模水泥工程建设的局面，使我国在装备大型化和 总承包工程上迈上一个新台阶，具有里程碑的意义。1.3 目前世界水泥行业的先进技术和发展预热器系统采用多少级最为合理是随着人们的认识角度和技术发展的进程而不断变化的。目前，国际上主要几家大的水泥公司德国伯利休斯（德国蒂森克虏伯ThyseenKrupp）公司，丹麦史密斯公司，德国洪堡公司等正在研发六级预热器，主要在印度等一些能源较短缺的国家采用。从上世纪 90 年代至今，印度已经投产的水泥厂中有数十条生产线采用六级预热器。中国山东的大宇泗水 8000t/d 水泥熟料生产线也采用伯利休斯公司的六级预热器系统。采
11、用六级预热器系统后，由于废气温度下降到 280左右，生料磨不开时，采用管道喷水降温至 200以下入袋收尘器是完全有可能的；当生料磨开时，管道喷水降至所需温度入磨。这样系统可以省去增湿塔以及辅助设备，废气处理系统变得相对简单和经济，显然是既节能又省钱的方案。本科生毕业设计4很明显，用旋风预热器对流换热直接降低废气温度来节能的效率是大大高于通过一个复杂的发电系统来节能的效率的，由于节能和经济等原因，国际上采用六级预热器技术的工厂也越来越多，尤其是能源较短缺的一些国家和缺水的国家。国外几大水泥公司都有六级预热器的技术并都有较多工程的业绩，可以认为这项技术是先进的和有发展前景的。六级预热器能够进一步降
12、低水泥烧成热耗， 节约 104.5125.4kJ/kg 熟料热耗，同时可以降低窑尾管道喷水难度并节约喷水量三分之一左右， 对节能节水是很有利的。六级预热器作为一种选择， 适合于原料水分不是很高的工厂，尤其对能源和水资源较短缺的国家是一种较好的选择，开发应用前景良好。1.4 生产需求状况改革开放以来，我国水泥工业取得了较快发展，已连续 22 年位居世界产量首位，占世界总产量的比重达 48%左右。不过，我国水泥工业仍存在着整体发展粗放，工艺水平落后，资源、能源消耗高，污染严重，产业集中度低等问题。我国水泥产业现在发展重点是鼓励发展新型干法水泥，重点支持在有资源的地区建设日产四千吨及以上规模新型干法
13、水泥项目。我国现有水泥企业 5000 多家，平均规模为 25 万吨。企业平均规模普遍偏小，与世界平均规模 90 万吨相差甚远。水泥企业在我国分布广泛，除西藏外，全国各省、区、市均有大中型水泥厂。生产企业数量偏多，产业集中度低。在水泥产量方面，2005 年全国水泥产量达到 10.64 亿吨，比 2004 年年增长9.69%，增速比上年回落 3.2 个百分点。水泥行业固定资产投资完成额比上年下降5.1%，施工项目减少 116 个，新开工项目减少 125 个，全年计划总投资下降 9.2%。投资趋于理性。水泥行业完成工业总产值 2683.84 亿元，销售收入 2608.35 亿元，产销率达98.37%
14、，销售款回收率达 87.97%，全行业利润总额达到 80.50 亿元。劳动生产率由2004 年的 682 吨水泥/人年提高到 2005 年 790 吨水泥/人年。出口水泥 1137.25 万吨，比 2004 年增长 89%。出口水泥熟料 1078.49 万吨，比 2004 年增长 949.66%。2005 年，水泥出厂价格下降，能源价格上涨，全行业主要是靠企业提高劳动生产效率和节能降耗降低成本实现利润。2006 年全国规模以上企业累计生产水泥 12.04 亿吨，比 2005 年同期增长 19.07%，水泥工业的销售收入为 3216.92 亿元，同比增长 23.33%，利润总额达到 150.38
15、 亿元。 2007 年我国水泥工业经济运行状况良好，多项经济指标创出新高，水泥产量突破 13.5 亿吨大关，水泥销售收入将超过 4,000 亿元，利润冲破 200 亿元。水泥总产量已连续 22 年世界第一。今年上半年，全国水泥行业的吨利润率与去年基本持平（每吨盈利 12 元至 13 元），本科生毕业设计5经营情况比较平稳。受固定资产投资回落水泥需求受到抑制影响，今年上半年全国水泥产量 6.48 亿吨，同比增长 8.7%，增速比去年同期减缓 7.3%。加之水泥行业产能扩张仍在大步向前，水泥产业前景有些令人担忧。从工业化进程和人均消费水泥增长规律两个方面的数据判断，中国水泥业至少还有 10 年左右
16、的增长期。有研究结果显示，整个水泥行业拐点大约在 2018 年至 2020 年间才可能出现。而随着投资结构不断优化，单位固定资产投资对水泥的需求将快速下降。并且，由于目前中国水泥消费总量已经在高位运转，虽然每年需求量仍保持继续增长，但反映到速度上，将逐年下降。其中，华东及沿海地区将率先出现低速增长甚至低速回落；中部地区的增速也会在较高的水平上逐年降低；西部地区、环渤海及黑龙江等地将出现高速增长的态势。从 2008 年 8个月的水泥产量走势看，六大区域已经出现了分化：华东、华北、西南地区 18 月累计水泥产量增速还要低于全国增速，特别是华东地区，已经出现了负增长，华北地区产量增速趋近零；东北、中南地区与全国平均增速大致持平；仅西北地区仍然保持两位数的高增长率。从以往国内外发展经验测算，全国水泥需求仍将保持增长，但速度会有所减缓。中国水泥需求将告别两位数增长的年代。在价格上，今年以来原燃材料价格上涨，造成水泥厂成本较高，是国内水泥价格上涨的重要因素。进入 9 月份，在全球经济衰退的影响下，煤炭库存量持续增加，价格开始回落，煤炭
