水泥熟料烧成系统发展史

水泥熟料烧成系统发展史

1.引言

水泥的历史最早可追溯到古罗马人在建筑中使用的石灰与火山灰的混合物，这种混合物与现代的石灰火山灰水泥很相似。用它胶结碎石制成的混凝土，硬化后不但强度较高，而且还能抵抗淡水或含盐水的侵蚀。长期以来，它作为一种重要的胶凝材料，广泛应用于建筑工程。但水泥是一种高污染、高能耗、高排放的产品，因此，人们总是试图改善它的烧成系统以达到生产处满足要求的水泥并尽量减少能耗以及对环境的污染。自1824年10月21日，J. Aspdin获英国5022号专利权（即波特兰水泥）以来，水泥窑的发展经历了立窑—回转窑—悬浮预热器窑—流化床煅烧的发展历程，在这些发展过程中，水泥烧成系统越来越优化，为社会的发展做出了巨大的贡献。

2．水泥窑的发展过程

仓窑

仓窑：1824年波特兰水泥发明时的煅烧设备为瓶窑，48年后的1872年在瓶窑基础上发明专门用于水泥烧制的仓窑，成为第一代水泥窑窑型，造就了水泥生产的仓窑时代。

立窑

立窑：1884年Dietzsch发明立窑并取得专利权。其与仓窑的最大不同是将烧成过程由沿水平运动变为垂直方向。

我国目前使用的立窑有两种类型：普通立窑和机械立窑。我国经历了人工间歇作业的普通立窑向机械化连续生产的机立窑的发展过程，带来了劳动强度降低、产量提高和质量改善的变化。

普通立窑是人工加料和人工卸料或机械加料，人工卸料；机械立窑是机械加料和机械卸料。机械立窑是连续操作的，它的产、质量及劳动生产率都比普通立窑高。根据建材技术政策要求，小型水泥厂应用机械化立窑，逐步取代普通立窑。

干法回转窑

从干法中空回转窑起步，并由此发展出余热锅炉窑、干法长窑和立波尔窑等。干法将生料制成生料干粉，水分一般小于1%，因此它比湿法减少了蒸发水分所需的热量。中空式窑由于废气温度高，所以热耗不低。干法生产将生料制成干粉，其流动性比泥浆差。所以原料混合不好，成分不均匀。

中空回转窑：英国人Cramton于1877取得英国专利；1895年美国人Hurry和Seaman获得煅烧水泥成功并取得专利；

余热锅炉窑：1897年德国人发明，解决了干法中空回转窑窑尾废气温度高、热效率低的问题。该窑型流传时间长但热效率较低，不是普遍的水泥烧成设备。

干法长窑：20世纪三四十年代采用，热效率差、窑尾粉尘大，未能普遍推广。

立波尔窑：1928年德国人Lellep与德国Polysius公司合作制造，用“Lepol”命名，属半干法生产，曾盛行于世界各地，直到上世纪60年代被新的窑型取代。

湿法回转窑

1912年丹麦公司首先取得煅烧试验成功，以后得到普遍推广成为一代盛行的窑型。湿法生产是将生料制成含水为32%~40%的料浆。由于制备成具有流动性的泥浆，所以各原料之间混合好，生料成分均匀，使烧成的熟料质量高，这是湿法生产的主要优点。

该类窑包括普通湿法窑、料浆蒸发机湿法窑、湿法长窑等。

新型干法回转窑

20世纪50年代出现悬浮预热器窑，20年后发展出预分解窑。

悬浮预热器窑：1932年捷克首次提出四级旋风筒悬浮预热器的专利，20世纪50年代初德国洪堡公司首先应用于水泥生产。

组成：由预热器+分解炉等窑尾系统+回转窑+冷却机+窑头燃烧器等。

悬浮预热器窑和预分解窑统称为新型干法水泥生产。

旋风式悬浮预热器窑流程图

悬浮预热器简称SP，带悬浮预热器的回转窑称为SP窑。

预分解窑生产流程图

预热器分旋风预热器和立筒预热器。旋风预热器窑主要包括Humboidt、Smidth和Dopel等；立筒预热器窑主要包括Krapp、ZAB、PreRov等。不同的预热器其流动换热特征包括同流旋流、逆流旋流、喷-旋流动、喷腾运动和旋-旋流动等。

预分解窑：1971年日本石川岛磨重工业公司首创，其与SP窑的不同是在窑尾与预热器之间增设一分解炉，预分解窑简称NSP窑。

流化床水泥窑

回转窑是可靠的水泥熟料烧成设备，但它的致命弱点是热效率低、转动功率大，且体积庞大，一直是人们想要“革命”的对象。为此，50年代以来，美国、日本、中国、俄罗斯、印度等国家都相继对不带回转窑的沸腾烧成工艺进行了研究。由于当时的科技水平所限，用沸腾炉(流化床)锻烧水泥熟料时，在高温(1300℃一1400℃)条件下的自造粒而不粘结炉壁、结大块、维持正常的流态化操作难度很大，90年代之前均未取得完全的成功，更达不到工业化的要求。在水泥工业中，流态化技术成功地应用于水泥生料的预热和预分解，从根本上改变了生料在预热和预分解过程中物料和气流间热交换过程，使生料的预热和预分解时间缩短到几十秒钟，从而成倍地增加了窑产量，大幅度降低了燃料消耗。可以说，流态化技术在水

泥生料预热和预分解中的成功应用，是水泥发展史上的一次重大变革。基于流态化技术的上述优点，能否将水泥熟料的烧成环节也置于流态化状态下，一直是世界各国水泥工作者研究的课题之一。但是由于高温气固反应的复杂性和大颗粒流态化技术的不成熟以及试验装置的放大受各种因素的影响等，使得此项技术的研究工作目前仅停留在理论研究和半工业试验研究阶段。流化床水泥窑的特点是：1、大幅度地扩大了煤种的选择范围。可选用烟煤、无烟煤或低质煤。2、良好的节能指标。可降低10-25%的热消耗量。 3、热回收效率高。把造粒装置和烧结装置合并计算，热回收率大于80%，比现有的蓖冷机提高了20%以上。4、较好的环保性能。CO2排放减少10-25%，NOx排放减少40%以上。5、节约建设费用，减低运行成本。与同规格的回转窑相比，设备投资节约20%，运行成本降低25%。由于其良好的工作指标和占地面积小等特点，适合我国目前量大面广的立窑改造。

5. 结语

水泥熟料烧成系统在长时间的发展过程中变得越来越完善，给人类的现代化建设带来了巨大的贡献，但是依然有很多问题有带解决，如我国的水泥能耗超出发达国家。水泥依然是高能耗、高排放、高污染的产品，我们还有很多问题需要解决。这些问题义不容辞的落到我们水泥人身上了，路漫漫其修远兮，吾将上下而求索。