新型干法水泥生产技术现状及发展方向.doc

新型干法水泥生产技术现状及发展方向第一讲 新型干法水泥生产技术现状及发展方向一、新型干法水泥生产技术的含义 悬浮预热和窑外分解技术，是国际公认的代表当代技术发展水平的水泥生产方法新型干法水泥生产技术的特点是生产能力大、自动化程度高、产品质量高、能耗低、有害物排放量低、工业废弃物利用量大新型干法水泥生产技术的内容是原料矿山计算机控制开采、原料预均化、生料均化、新型节能粉磨、高效预热器和分解炉、新型篦式冷却机、高耐热耐磨及隔热材料、计算机与网络化信息技术等，使水泥生产具有高效、优质、节能、资源利用符合环保和可持续发展的要求二、新型干法水泥生产技术的主要经济指标：熟料烧成热耗降至2884kJ/kg，熟料单位容积产量160～270kg/(m3?h)；吨水泥单位电耗90kWh，并继续下降；运转率可达92%，年运转周期达到320～330d；人均劳动生产率达5000t/a，可利用窑尾和篦冷机320℃～420℃废气进行余热发电表1 新型干法水泥厂主要技术经济指标生产规模（t/d） 1000 2000 4000 5000 8000 10000年产熟料（万t）年产水泥（万t）设备重量（t）装机容量（kw）计算负荷（kw）年耗电量（kwh）劳动定员（人）厂区占地（ha）熟料热耗（Kj/kg）标煤耗（kg/kg）熟料电耗（kwh/t）水泥电耗（kwh/t） 31333100110076004.03×1071808～123302~3471113～119110～120 626662001900133006.93×10730016～183094106102～106 12413411050350002600013.77×10733020～24301111456100～105 155370002750013.77×10732018~203000104～59~95 248477003000014.88×10732324288498.66095 310322171004680022.7×10731021288598.65695三、新型干法水泥生产工艺过程中涵盖的技术成果 1矿山开采与生料制备（1）在探明原料矿山地质构成及矿物成分之后，采用现代计算机技术、地质学、矿物学理论与技术，编制矿体三维模型软件，指导矿石搭配开采，矿山开采、运储过程中预先均化，既保证了进厂矿石成分尽可能均匀，又能有效地对在传统开采方式下必须丢弃的废石进行合理有效利用。

2）采用自控及机电一体化堆、取料技术，在原、燃料进厂后进一步均化，完全改变了传统生产工艺中原、燃料储库仅可用于储存物料的原始功能，使原、燃料储库具有预均化和储存物料的双重新功能，既减少了物料储期，又为原料配料、生料制备和熟料烧成创造了稳定的生产条件 （3）采用现代数学优化理论技术成果以及X荧光分析仪和物料成分连续测试、计量仪表、仪器系统，并与计算机联网，编制原料配料软件程序，实现生料自动配料，解决了熟料成分均匀稳定即“均化链”中长期难以解决的课题4）采用粉体工程学理论的技术成果，将传统工艺中的生料储库，优化为具有生料粉连续式气力均化装置，保证在入窑煅烧前得到充分均化的生料2熟料烧成工艺及设备（1）利用现代流体力学、燃烧动力学、气固两相流稀相输送、热量一质量一动量传递机理、硅酸盐物理化学、胶体化学等化学工程以及热工学、热力学等现代科学技术理论，指导新型悬浮预热、分解炉系统的研制开发和工程优化目前已开发出许多不同形式的高效低压损预热器和新型分解炉，以满足不同原、燃料特性和工艺特殊要求，不仅有利于提高燃料燃烧率和燃尽率，而且保证物料在窑中充分分散、均匀分布，提高了气固换热效率、入窑物料分解率以及整个窑系统的热效率。

同时降低了系统的废气排放量、排放温度和还原窑气中产生的NOx含量，降低了二氧化碳排放量等，减少了对大气的污染2）根据矿物晶体化学、硅酸盐物理化学固相反应机理及相图，进一步缩短回转窑长度，研制“两支点超短窑”在预分解系统中，水泥熟料生产过程中耗热量最大的碳酸盐分解过程基本完成，新生态CaO、SiO2等微晶矿物成分，在入窑后，快速进行固相反应，使固相反应的放热过程直接用于物料升温，实现“熟料速烧，促使熟料矿物结构微晶化，提高熟料品质”，同时，也减少了窑体过大造成的筒体散热损失3）根据流体力学、结晶化学及自控技术研制成功第三代空气梁控制流篦式冷却机，既可保证出窑高温熟料骤冷、以防熟料中硅酸三钙（3CaO?SiO2）晶体长大、硅酸二钙（2CaO?SiO2）晶体变型，又可使铝酸盐（3CaO?A12O3等）、铁铝酸盐（4CaO?A12O3?Fe2O3）固溶体等熔融矿物形成玻璃体，提高熟料活性，同时，也优化了熟料冷却机作为热回收装备的功能，使炽热熟料进入篦冷机后达到急冷的同时，又提高了热回收效率，从而可将入窑二次风温从原来850～950℃提高到1100℃以上，入炉三次风温由原来600～700℃提高到850～950℃，这对入窑及入炉燃料燃烧，优化全窑系统的热工制度，降低热耗也起到了巨大作用。

4）研制开发新型多通道燃料燃烧器，进一步减少低温一次风量，便于窑内火焰及温度的合理控制，有利于低质燃料及二次燃料利用，并可减少NOx生成量5）研制成功了“中、低温余热发电”系统，以充分利用预热器、蓖冷机排出的热风，达到能源充分回收目的，提高了系统效率6)根据硅酸盐化学原理，现代水泥工业采用了具有高新技术的新型干法水泥生产工艺，在硅酸盐水泥熟料设计上，国际水泥界普遍采用了“高硅酸盐矿物（C3S+C2S总量达78%以上）、高硅酸三钙（C3S含量达65%以上），根据需要选择适宜的铝酸三钙（C3A）的矿物含量”的优化设计方案，以便尽可能生产出优质熟料，为生产适合不同需要的优质水泥打下基础这样，不仅可以在混凝土工程中节约水泥用量，延长使用寿命，也可满足日益发展的高性能混凝土的需求7）根据系统工程学原理，将预分解窑系统中的旋风筒、换热管道、分解炉、回转窑、冷却机进行全面优化，并且力求采用高级合金材料，即耐热、耐磨、耐火、隔热、保温材料、电子计算机、自控信息系统、高效除尘设备及精密的装备制造技术，使全部窑系统的优化成为一个完整的热工系统工程体系，再辅以现代化管理，确保水泥生产时所需的熟料锻烧热工过程达到优质、高效、节能、环保和稳定生产的目的。

3水泥粉磨及设备大型化（1）在水泥装备方面，向大型化发展仍没有改变，但停留在8000～10000t/d最高水平上，大多数在2000～5000t/d的水平上在粉磨系统技术装备方面，开发了具有巨大潜力的立式磨、挤压机等新型挤压粉磨设备2）根据破碎力学、三大粉碎原理及物料层间挤压粉碎学说，研制开发了新型立式磨（rollermill）及挤压机(rollerpress)终粉磨制备生料采用挤压机一球磨机或立式磨一球磨机等作为半终粉磨系统装备粉磨水泥，不仅改变了效率低下的球磨机在水泥工业生产中长期一统天下的局面，而且实现了高效节能化生产，并保留球磨机对粉状物料所具有的球形化及级配合理化的功能，提高了水泥产品的质量4生产过程的优化及计算机管理控制系统（1）分散控制、集中管理系统成为主流，同时，对工况较为复杂的预分解窑系统在原有控制程序表格控制、模糊控制的基础上，开发出了专家系统软件，有利于达到生产过程稳定以及节能降耗的效果2）在ISO9000质量体系认证得到了广泛实施后，又颁布了ISO14000环境管理标准，并己在许多发达国家及部分发展中国家直接采用目前，国际水泥工业界正在采取高新技术手段，为解决大气环境与生态平衡等问题积极进行工作，现代化的水泥工厂也将实现清洁生产。

3）采用超细粉磨技术与装备，将同硅酸盐水泥成分近似的高炉矿渣、电厂粉煤灰、煤研石等激活改性成为功能调节性材料这样，不仅彻底改变了以往仅将这些废渣、废料作为代替和减少熟料的单纯混合材性质，亦可进一步增加废渣用量5环境保护与废渣利用（1）目前，新型干法生产技术已日臻成熟，国外水泥工业已更加重视提高质量、节能、环保以及废渣资源的二次综合利用的开发和应用先进国家对废气、粉尘的排放标准要求越来越严格，其排放标准通常为30～50mg/m3以下，并且规定了严格的惩罚措施对于水泥锻烧工艺产生的高温废气中二氧化硫、氧化碳、NOx气体的含量以及微量重金属的排放量，发达国家也采取了严格的限制措施窑系统向着控制NOx、二氧化硫、二氧化碳以及微量重金属排放量的方向发展，出现了以低氮为主设计的分解炉、燃烧器由此可见，当今世界水泥工业在环保工作方面，已开始从被动治理转向主动治理，从单项指标控制转到综合指标和总量控制阶段2）节能、利废、资源的二次综合利用技术的发展由于在水泥生产过程中，以大量的石灰石为原料，并需要很高的锻烧温度，存在一个固有的问题就是向大气排放较多的氧化碳和NOx氧化碳的排放与燃料、石灰石消耗、燃烧温度有关，减少氧化碳的排放量可采用降低燃料和石灰石消耗的措施。

NOx排放量的降低则需要降低燃烧温度，燃料消耗的降低需要石灰石单位消耗量以及锻烧温度的下降因此，要减少氧化碳、NOx的排放量，必须降低水泥的锻烧温度以及燃料和石灰石消耗量，以开发有利于环境的水泥3 )世界各国采取积极的态度和有利的措施，着手科学地处理、利用垃圾，将垃圾列为维护经济持续发展的第二资源，向垃圾要资源，要能源，要效益一些废渣，如矿渣、粉煤灰、硅粉、石膏副产品和铁渣己作为水泥生产原料，其它如煤灰、燃烧剩余物、废旧轮胎、废石、废橡胶、废塑料和废木材等可燃材料，都可作为水泥原料和燃料其所占比例，1999年德国、瑞士为18%～22%，北欧诸国为10%～14%，英国为8%，美国为5%瑞典、美国的个别企业，烧废料的比例高达80%瑞典利用各种废油和化学溶剂做水泥的二次燃料4）欧洲一些国家正在试验用废纸制造水泥废纸回收重新造纸后会有30%的剩余物，这些泥浆状的剩余物因无法再利用只能排入下水道，造成污染研究发现，这些泥浆中除纤维外还含有一些矿物质，如高岭土和石灰当这些矿物质达到一定浓度时，泥浆可以用来制造水泥，而且生产的水泥质量很好目前，比利时、丹麦、西班牙等国已经建立了用废纸生产水泥的试验性设施。

5）因回转窑生产熟料具有温度高火焰与物料温度可分别达1850℃及1500℃以上，热容量大，工况稳定，气、料流在窑内滞留时间长（气体在1100℃以上高温区达4s以上，物料达30min左右）以及窑内高温气体湍流强烈，碱性气氛等优点，能消解可燃性废料及化工、医药行业排出的危险性废弃物，同时可将废料、废渣、危险废弃物中的绝大部分重金属元素固熔在熟料中，生成稳定的盐类矿物6)目前，利用废渣和二次能源生产的水泥新品种有：破布水泥、粉煤灰水凝水泥、米糠水泥、变色水泥、木质水泥、夜光水泥、球粒水泥、陶瓷水泥等水泥生产过程中可利用、处理其它工业大量的废料的特点，将使水泥工业发生重大的变革，成为高效能、低消耗、高耐久性以及对生态环境最友好的工业之一由于没有二次废渣和有害气体排出，避免了对环境二次污染原来即使发达国家对危险废弃物的处理也仅有填埋及建设废料焚烧炉两种方法，不仅容易造成二次污染，投资亦相当可观目前，美、英、法、德、加等国家已扩大采用水泥回转窑处理法利用二次燃料及危险废弃物，与对废渣、废料以及生活垃圾的处理和利用一起，己赋予现代水泥工业环保型绿色工业的新理念四、新型干法水泥生产工艺流程 第二讲 原料预均化一、 原料预均化的基本原理。