新型干法水泥

新型干法水泥生产工艺

摘要：通过预分解窑干法水泥生产来了解了新型干法水泥生产工艺的工艺流程，熟悉新型干法水泥生产工艺的特点，知道新型干法水泥生产客观规律以及“均衡稳定”的重要性。

关键词：新型干法水泥、原料预均化、预分解、均衡稳定

悬浮预热器窑和预分解窑工艺是当代水泥工业用于生产水泥的最新技术，通常称为新型干法水泥技术。

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、IT技术，及新型耐热、耐磨、耐火、隔热材料等广泛应用于干法水泥生产全过程，使水泥生产具有高效、优质、节能、环保和大型化、自动化及科学管理等特征的现代化水泥生产方法。

一、新型干法水泥生产工艺流程

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。