新型干法水泥工艺及设备发展现状.doc

新型干法水泥工艺及设备发展现状 成都辽远科技发展有限责任公司 杨继林 前言 近年以来，我国新型干法水泥工艺技术以及装备在世界水泥工业发展新高潮的推动下，发展比较迅速，各水泥工业设计研究院以及水泥装备厂家投入大量的人力、物力等进行装备的实验和研究，不断推出了新工艺以及新装备。笔者在阅读水泥技术书籍和杂志时候，将国内水泥技术以及装备最新发展动态资料进行了归纳和整理，通过以下资料与水泥行业的同仁共同了解目前国内水泥工艺及装备技术发展情况，文中有不妥之处，敬请指正。 一、 原料破碎生产工艺及设备发展现状 随着我国新型干法水泥生产线规模的大型化，原料破碎设备也逐渐实现了大型化。目前，原料破碎工艺使用较多的是一级破碎（即单段破碎），单段破碎系统具有生产流程简单，投资少的特点，与两段破碎系统相比，单段破碎系统车间设备减少62，设备质量减少32，土建厂房减少一半，基建投资减少47，单段破碎机装机功率是两段破碎机的4553，系统装机功率是两段的70，吨电耗为两段破碎系统的6066，每年可以节电45万kwh。单段破碎机还可以破碎含有湿粘泥土的石灰石，甚至是石灰石和黏土的混合料。对原料的适应性比较强。一级破碎设备除了单段破碎机以外，使用较多的是反击式破碎机。 国内生产大型破碎设备的厂家有郑州鼎盛工程技术有限公司、天津水泥设计研究院（天津仕名）、南京水泥工业设计研究院、江苏溧阳市重型机械厂以及嘉兴市一建机械制造有限公司。目前，我国新型干法水泥生产线已经发展到500010000t/h的规模，需要1500300t/h的大型单段锤式破碎机以及反机式破碎机与之匹配。[1] 二、原燃料预均化生产工艺及设备发展现状 原燃料是否选用预均化堆场，要看企业的规模、原料成分波动情况以及投资额度等条件综合考虑。当生产规模大、原料成分波动大或水分大、煤质成分波动大且不能定点供应等情况下，通常考虑采用原料预均化堆场。常见的堆场形式有长形和圆形两种，通常要求均化效果高或双组分预混合时，选用长形堆场；要求均化效果不高或石灰石中含湿黏物料不多时选用圆形堆场，从地形特征看，长条形地形适宜选用长形堆场，方宽形地形适宜选用圆形堆场。相比较之下，圆形堆场具有占地面积少、设备投资省。最大特点是可以不间断地堆料和取料。 随着大型回转窑对原料适应性的增强，原料预均化堆场逐渐成为原料破碎以及生料粉磨之间的缓冲。 常用的堆取料机主要有 1、悬臂式侧堆料机和桥式刮板取料机适用于长形预均化堆场，可以均化任何原料和原煤。 2、顶堆侧取混均堆取料机适用于圆形预均化堆场。可以均化原煤、砂岩、铁粉等物料。 3、悬臂式侧堆料机和悬臂刮板侧取料机适用于圆形预均化堆场，可以均化多种辅助原料。 主要设备厂家有上海新晟设备制造有限公司、天津水泥设计研究院、沈阳矿山机械有限公司。 三、 生料粉磨系统生产工艺及设备发展现状 水泥原料粉磨一直以来是以管磨为主，随着立磨粉磨技术的日趋成熟，立磨在水泥行业的应用越来越广泛。立磨不仅用于生料粉磨，还可以用于煤粉制备、矿渣粉磨以及水泥终粉磨系统。立磨具有系统简单、设备较少、可靠性和运转率高，操作调节灵活，占地面积小、无需厂房，可露天设置，产品单位电耗低、节约能源等优点。目前世界上最大的立磨单台产量可达600t/h，能与8000t/d熟料生产线配套粉磨水泥原料。国内立磨生产厂家主要有沈阳重型机械集团的MLS和MLK型立磨；合肥水泥研究设计院的HRM立磨；天津水泥工业设计研究院设计的TRM型立磨；成都建筑材料工业设计研究院的CDRM型立磨以及中信重机的LGM和LMS型立磨。下面分别对上述各设备厂家的情况作简要介绍 1、沈阳重型机械集团的MLS和MLK型立磨（简称沈重） 沈重立磨已经形成了7005000t/d水泥生产线的系列产品，其中MLS3626立磨可以满足2500t/d水泥生产线原料制备的需要，MLS4531立磨可以满足5000t/d水泥生产线原料制备的需要，MLS立磨的特点是高效节能、辊、盘优化设计，提高粉磨效率，选粉机为笼型转子选粉机，电机变频调速，提高了选粉效率，增设抬辊装置，实现了磨机轻载、空负荷启动；增设压力框架水平缓冲装置，降低磨机的振动；磨机采用外部物料循环设计，降低磨损，减少系统电耗，中心进料，易损件寿命长等。 MLS立磨采用了具有国际先进水平的高效组合式选粉机，对磨盘和磨辊组成的研磨机构进行了优化设计。磨机具有先进的检修装置、带有锁风功能的三道闸门，具有三种操作功能的电气控制系统。 沈重用于粉磨矿渣的MLK系列立磨，解决了“稳定料床防止振动”、“磨内除铁”、“磨辊和磨盘的磨损”、“高效选粉”等关键技术难题。MLK立磨应用于钢厂矿渣的制粉系统，也适用于粉磨水泥熟料以及其它化工原料。 2、合肥水泥研究设计院的HRM型立式磨（简称合肥院） HRM型立磨是合肥水泥设计研究院研制的一种高效节能烘干兼粉磨设备。它既有可翻辊检修的优点，又具有辊套可翻面使用、寿命长的特点，在煤粉制备、矿渣粉磨、石膏粉磨煅烧以及粉磨非金属矿等项目上也迅速得到了推广应用，同时该设备在水泥熟料、矿渣的预粉磨方面，也有良好的发展前景。 目前合肥院已经开发出十种规格三十多个型号HRM型立式磨，可满足3002500t/d熟料生产线生料制备要求，HRM煤磨可满足3005000t/d熟料生产线煤粉制备要求。其中HRM4800立磨可以为50006000t/d熟料生产线配套粉磨原料，单台产量就可以满足窑的需要。完全可以替代进口设备。 3、成都建筑材料设计研究院的CDRM型立式磨（简称成都院） 成都院为了实现科技成果产业化，在成都国家经济技术开发区建立了占地100亩的科技产业园区，设立了化验室、工程实验室、机械制造车间，将基础研究、科学实验、技术开发和产业化工作融为一体。据悉，成都院已经独立研制了用于日产20005000吨水泥生产线上的CDRM型立磨，并且已经成功应用在工程中。据了解，CDRM型立磨是一种高效节能烘干兼粉磨设备，它的特点是平盘锥辊、结构简单，运行可靠，摇臂结构，磨辊独立加载振动小，磨辊可以快速翻出，可在线检修和维护；限位装置可防止磨辊磨盘相碰；烘干能力大，物料适应性强，变频调速的笼式转子动态选粉，效率高。 4、天津水泥工业设计研究院TRM型立式磨（简称天津院） 天津院研制的TRM系列立磨在日产2000吨生产线上得到成功应用。用于日产5000吨的TRM53.4型立磨已经成功推向市场。TRM53.4立磨的特点是磨盘转速较快，磨辊工作压力较高，因此在规格相同的条件下，产量较高。能适应于风扫式和部分物料外循环系统，可大幅度降低系统的通风电耗。 TRM3131S型矿渣立磨是专业为矿渣终粉磨系统开发的主机设备，主要用于粒化高炉矿渣的高细粉磨，具有粉磨效率高、运行稳定、产品细度调节灵活等特点。 5、中信重机的LGM和LMS型立磨 中信重机是世界上生产立磨类型、品种、规格和数量最多的设备制造厂，也是了解和掌握各种机型技术最全面的厂家。开发设计出具有自主知识产权的LGM系列矿渣立磨和水泥原料立磨，可单配年产60万吨矿渣粉磨线和日产5000吨水泥生产线。 据报道，LGMS4624水泥矿渣立磨台时产量保持在90吨以上，预计年产矿粉80万吨，生产80万吨矿粉水泥可以少耗40多万吨的熟料。[2] 四、预热分解系统生产工艺及设备发展现状 根据报道[3],天津水泥工业设计研究院研制开发出了新一代带高效环保分解炉的六级预热器系统。目前，国内常规五级预分解系统正常生产时，预热器出口废气的平均温度为310330℃，可满足综合水分为7的物料烘干需要。而国内常用砂岩配料，原料水分一般低于3，从而导致大量预热器出口废气热量没有得到有效利用就排到大气，造成整个系统能量的浪费。若窑尾预热器系统提升为六级，预热器级数增加，有利于系统热交换，降低预热器出口废气温度，与此同时，完善预分解系统，优化分解炉结构及流场，延长分解炉内部不同性能燃料燃烧时间，提高燃料的燃尽率，避免燃料在预热器内继续燃烧而增加废气温度。此外，适当增加分解炉内燃料比例和采用分级燃烧，有利于降低系统NOx的排放值。上述技术措施实施后，预热器出口废气温度可降低至≤280℃，仍然可以满足原料综合水分4的烘干要求。降低预热器出口温度3050℃，热耗降低约每公斤熟料83.60104.50kj/kg。 对分解炉的研究，天津院目前的主导炉型为双喷腾的TDF炉，在此基础上形成了三喷腾型的TTF分解炉，其工艺特点如下 1、三喷腾效应TTF炉固气停留时间比（Tm/Tg4.8）大，在相同炉容下，炉流场大大优化，物料停留时间长，有利于煤粉的充分燃烧及生料充分分解。 2、喂料方式上下料点合理分料，分解炉中部局部温度可达1300℃，可大幅度提高煤粉燃烧效果，高温区间设计1.5s，可保证劣质煤及无烟煤的充分燃烧；物料置于三次风正上方，可充分分散，分解炉物料分布均匀，流场更合理，同时可减少锥部塌料，分解炉的压损可大幅减少，系统阻力相应降低； 3、喂煤方式二通道对称四点喷入，优化分解炉温度场； 4、通过燃料分级及三次风的分级设置，分解炉的下柱段有较大脱硫硝空间，可满足NOx小于500mg/m3标（10O2）的要求，同时分解炉出口管道预留喷氨位置，根据实际情况可满足更严格的环保要求。 5、分解炉中柱段预留设置废弃物处置口，可满足一定要求的废弃物处置； 6、增设后置管道适当增加分解炉炉容，方便与C5筒连接，降低塔架高度； 7、可操作性分解炉操作简单，对燃原料适应性强。 五、熟料煅烧系统生产工艺及设备发展现状---新型超短窑 所谓“新型超短窑”指的是新型干法窑的“两档窑”或“双支撑窑”。目前，国内至少有不下10条生产线采用新型超短窑技术，主要有新疆天山水泥股份有限公司、山西晋牌水泥集团有限公司、龙岩三德公司、都江堰拉法基公司等。但是这些都是从国外引进的，国产的“NC型两支撑短窑”2008年4月11日已经通过鉴定。NC型两支承短窑采用两档支承，窑的长径比在10～12，填补了国内空白。目前5000t/d水泥生产线配套的ф5.261m的NC型两支承短窑，已经于2004年11月在江苏联合水泥有限公司投运，运转率达到97，实现了100无烟煤燃烧，熟料热耗719.774.18kJ/kg.cl，熟料电耗仅为52kWh/t.cl，熟料产能5446t/d，耐火砖耗0.26kg/t.cl。5000吨级NC型两支承短窑与国外进口设备相比，窑重量轻了20多吨，电机功率低了80kW；与ф4.874m三支承窑比耐火材料少48吨，设备散热表面积减少119m2,系统投资节省约20。 NC型两档窑实际应用的表现代表着新型超短窑的先进性即对原燃料的适应性更强，既可以烧劣质烟煤，也可以烧劣质无烟煤；同时因采用两档支撑，使回转窑的结构简化、机重减轻；可使检修和土建费用降低，运转率提高等。[4] 六、煤粉燃烧器系统生产工艺及设备发展现状 回转窑燃烧器是烧成系统的重要工艺设备。它不仅影响窑的热耗及操作性能，还对熟料质量和有害物质排放量产生影响。目前国内外燃烧器的种类繁多，国外公司主要为Pillard、FLS、KHD等，国内则生产企业众多。一台好的燃烧器首先要有足够高的火焰温度生产质量好的熟料；同时又要求火焰峰值温度稳定，以保持窑皮稳定，延长耐火砖的使用周期；火焰形状调节灵活，保证燃料燃烧完全，减少窑尾CO的生成量；同时燃烧器设计时尽可能降低一次风量，以降低热耗及减少NOx的排放。 目前，国内烧成系统使用的燃烧器，大多因各种原因燃煤输送风量偏大，一次风量普遍高达1315，而国外先进燃烧器的一次风量平均为810，二者相差35，一次风量多了，则高温的二次风入窑量相应减少，按二次风用量最少减少3考虑，则可以节省热量约16kj/kg4kcal/kg。天津院推出的新型大推力的煤粉燃烧器，结构为四通道型式，其主要特点是 1、无磨损、使用寿命长； 2、推力大，可达1500m/s以上，对各种煤质的适应性好； 3、一次风用量少，净化比例为8.5，较老燃烧器小3.56.5。[5] 七、熟料冷却系统生产工艺及设备发展现状 篦冷机是水泥生产线烧成系统的主机设备，在第三代充气梁篦冷机技术之后，世界上出现了一种完全革新理念的新一代冷却机，这种篦冷机具有模块化、无漏料、磨损少、列运动、输送效率高、热回收率高、运转率高、重量轻等特点。第三代篦冷机在生产运行存在以下问题 1、由于采用高压控制气流冷却的方式，进风量无法控制，熟料量大时风力不能相应加大，熟料量小时风力又不能相应减小，从而造成熟料量不稳定； 2、采用高阻力篦板（床），吨熟料冷却配风功率达8.5千瓦10.5千瓦，电耗较高； 3、篦床下部设立集料斗并配置相应的锁风阀、拉链机等一系列装置，致使整个冷却装置体积庞大，系统复杂，且耗费大量钢材； 4、采用活动篦板向前移动送料，无法从根本上解决小颗粒熟料从篦板间下漏到送风系统的问题。 通过国内多家水泥设计研究院和装备公司的艰苦努力，在第三代篦冷机的基础上，推出了第四代熟料冷却设备，即第四代篦冷机。下面介绍的是目前比较有代表性的几家装备公司和设计研究院推出的第四代篦冷机。 1、低压控制气流高效节能冷却机 江苏瑞泰重型机械有限公司推出的低压控制气流高效节能冷却机（专利号ZL200610038758.X）已经分别应用于中联南阳淅水集团、贵州风冈西部水泥有限公司、云南昭通昊龙水泥有限公司等日产4000吨、3000吨和2000吨的水泥生产线。低压控制气流高效节能冷却机有以下几个特点 （1）根据料层厚薄自动控制调空风量，吨熟料冷却功率为4.55.5kwh，冷却每公斤熟料用风量小于2立方米，比传统篦冷机节电约40。 （2）气动迷宫式防漏熟料床及固定式推进装置，无集料斗、拉链机等辅助装置，整机重量轻，节约钢材约30。 （3）降低窑高3米，节约冷却机土建费用80。 （4）伊顿液压智能传动系统，运转率达95以上。 2、JXBD节能型篦冷机 南京集新重型机械有限公司研制的JXBD节能型篦冷机（专利号ZL200620125535.2），JXBD节能型篦冷机是集第三代篦冷机的全部优点，同时克服了第三代篦冷机的缺点。其采用固定篦床而取消了篦床下面的灰斗、锁风阀、拉链机，彻底根除了漏料的弊病，从而使设备高运转率得到更为可靠的保证。与第三代篦冷机相比，使用JXBD篦冷机窑中心线下降2米，预热器框架高度下降5米，土建费用大为节约。篦床冷却风全部采用模糊调控，按需分配，控制简单、精确，热效率高。风机总装机功率只有第三代篦冷机的50-60，风机投资及运行费用大大降低。目前该节能型篦冷机已经配套到日产7000新型干法水泥生产线上了。 3、行进式稳流冷却机 2008年5月6日，天津院推出了型号为TCFC型行进式稳流冷却机。这种新型熟料冷却机具有独特的结构，使用了空气流量控制阀、梭式往复推动无漏料篦床、四联杆机构传动系统等多项专有技术，保证了该冷却机比第三代冷却机提高热回收率35，熟料冷却效率大幅度提高，冷却风机电机电耗降低20，篦床寿命成倍增加，并具有高运转率、低磨损率、易于维修维护、整机结构紧凑、节省投资等显著特点。 行进式稳流冷却机具有“三高一低”的性能，即高热回收效率、高冷却效率、高运转率、低磨损。其主要技术性能指标如下单位篦面积产量4446t/m2.d;单位冷却风量1.71.9Nm3kg熟料；热回收率大于75；运转率大于98，料温度65℃环温（粒度≤25mm）。[6] 八、水泥粉磨系统工艺及设备发展现状 水泥粉磨系统主要包括两个方面的内容，一是水泥粉磨设备的选择；一是与各种粉磨设备相关的工艺流程的选择。传统上水泥粉磨一直使用的主要设备是管磨机，由于管磨机的能量利用率极低，一般仅为1，因此使得水泥粉磨在整个水泥制造过程中电耗最高。 水泥粉磨系统工艺应用较多的是预粉磨系统、半终粉磨系统以及终粉磨系统。预粉磨系统是将物料由辊压机（或辊式磨）进行挤压预处理，而后送入球磨机粉磨至成品。预粉磨系统又有以下几种配置“辊压机＋球磨机＋高效选粉机”、“辊式磨＋球磨机＋高效选粉机”、“细碎机＋球磨机＋高效选粉机”；半终粉磨系统是将辊压机挤压后的物料经打散送入选粉机选出一部分成品，选粉机的粗粉进入球磨机继续粉磨，半终粉磨系统工艺配置为辊压机＋静态选粉机＋分离器＋球磨机＋高效选粉机；终粉磨系统的成品完全由辊压机产生，经过打散机，送入选粉机直接分选出成品。[7]水泥粉磨采用料床终粉磨系统已经成为一种趋势。以3500cm2/g比表面积的普通硅酸盐水泥为例，圈流球磨系统电耗约为40kwh/t，辊压机加球磨机的联合粉磨系统电耗可以降低到33 kwh/t左右，辊磨终粉磨电耗则为28 kwh/t左右。在我国，水泥辊磨实际投入运行的还不多，主要原因是担心料床终粉磨水泥产品性能与球磨机产品性能相比存在差异。如果水泥粉磨采用料床终粉磨系统，则水泥粉磨电耗可以降低7kwh/t左右，，即粉磨综合电耗可以降低到49 kwh/t水泥，约占水泥生产综合电耗86 kwh/t的57。[8] 九、煤粉制备系统工艺及设备发展现状 水泥工业以煤为燃料已经成为我国的一项技术政策。采用新型干法生产1吨水泥熟料，消耗的标准煤约在100130kg之间，燃料费用约占水泥生产成本的15[9]。 基于原煤含水量（一般应用基水分为10～12％）和对煤粉水分控制指标（1％）的要求，可供选择的煤粉制备系统有 1风扫球磨系统该系统由风扫球磨、动态选粉机、（分离器、）系统风机和除尘器组成。其优点是对煤质适应性强、生产调节（特别是细度）灵活。 2辊式磨系统该系统由辊式磨、（分离器、）系统风机和除尘器组成。其优点是系统相对简单，烘干能力强，单位产品电耗较低。 近年来，辊式煤磨已较普遍地运用于水泥工业（包括在5000t/d级生产线上的使用），但对于国内生产的辊式磨在粉磨无烟煤而要求控制煤粉细度在3％以下的情况还没有足够的运转实绩。 煤粉输送系统近年来建设投产的生产线基本上都把回转窑和分解炉的煤粉喂料系统设置在煤磨车间，再由气力输送系统（与喂煤粉系统一体化）将煤粉送至燃烧器。 但是随着生产线规模的扩大（煤磨至燃烧器之间距离加大）、煤质的变差（发热量降低，灰份增加），而且喂煤装置承压（气力输送）能力的不足，加上工程设计的疏忽，造成料气比偏小（设计要求不低于4.5kg/kg，实际往往在3～3.5kg/kg），一次风量超过10％。其结果是燃烧器的煤风管磨损严重，熟料热耗增加。因此对于5000t/d级及以上规模的生产线要根据煤质情况、总图布置和喂煤输送装置的技术性能保证等实际进行综合分析，必要时可考虑在窑头和窑尾分别设置煤粉仓，通过该煤粉仓再向窑和分解炉喂煤粉。 十、水泥包装及散装系统工艺及设备发展现状 目前较常见的水泥包装工艺是电动分料阀将水泥打向包装系统时，水泥进入振动筛，筛分后的水泥进入中间仓，水泥出中间仓以后，经过螺旋闸门、叶轮给料机、包装机溜槽进入包装机，包好的袋装水泥卸到卸袋输送机上，经过顺袋机、清袋机、胶带输送机送往成品站台储存；也可以通过安装在胶带输送机上的电动转弯溜子，将袋装水泥输送到移动式汽车装车机上，送至汽车外运。水泥包装机下散落的水泥，以及清包后的散水泥，经过螺旋输送机送回到提升机、振动筛，再次进入包装系统进行包装。提升机、中间仓、包装机的废气经过袋除尘器处理后，由排风机排入大气；收下的水泥回到螺旋输送机中，再次循环。 水泥散装工艺按出料方式可以分为库底出料、库侧出料、库底和库侧相结合以及中间仓出料等四种。 库底出料具有工艺布局简捷，所需输送设备少，单位电耗相对较低，维护方便，操作简单等优点，但是必须增加库的高度，造成土建投资大，同时装车点受到限制。 库侧出料具有降低贮库高度，适用于利用原有的水泥贮存库进行水泥简易发放设施的技术改造等，但是位于库侧卸料设备高度位置以下部分水泥，存在卸不净的弊病。对于新建库侧出料工艺，则需要在贮库内设置充气流化床出料系统或专用库侧卸料充气设备。 库底和库侧相结合出料工艺，具有将库底和库侧出料工艺结合起来，融合两者工艺的优点，互补其相对独立出料工艺存在的不足等特点。 中间仓出料工艺具有工艺简单，投资省，见效快等特点，但是因为受中间仓容量的限制，散装水泥进出库比较频繁，一次性发放能力受到限制。 在散装水泥工艺设计时，一般应该考虑散装水泥的质量控制和出厂数量要求，使散装水泥的供应和质量控制不矛盾，并且具有工艺布置简单，经济技术指标先进，能耗低等特点。[10] 参考文献 [1] 新型干法水泥厂设备选型使用手册熊会思 熊然 主编 [2] 水泥商情2008年3月27日B1920 [3] 水泥技术2008 2 水泥工厂节能技术和设计方案 [4] 水泥商情2008年6月26日B20 [5] 水泥技术2008 2 水泥工厂节能技术和设计方案 [6] 水泥商情2008年6月26日B24 [7] 新型干法水泥技术 刘志江 主编 [8] 水泥技术2008 2 水泥工厂节能技术和设计方案 [9] 新型干法水泥实用技术全书 于兴敏 主编 [10] 新型干法水泥实用技术全书 于兴敏 主编 89