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摘要:
自1824年波特蘭水泥問世以來，至今已有170多年的歷史了。從生產(chǎn)工藝的變革，技術(shù)裝備的發(fā)展，品種、質(zhì)量的提高，節(jié)能、環(huán)保、自動(dòng)化的進(jìn)步，水泥工業(yè)的發(fā)展與20世紀(jì)科技的迅猛發(fā)展同步。水泥工廠從小到大，從手工作坊到機(jī)械化生產(chǎn)，直到今年已完全可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)。日產(chǎn)萬噸級(jí)的特大型新型干法水泥生產(chǎn)線已問世多年，就生產(chǎn)技術(shù)來說，水泥工業(yè)已經(jīng)形成了一個(gè)比較完備的現(xiàn)代化的生產(chǎn)體系，并達(dá)到了相當(dāng)高的水平。今后的水泥工業(yè)還怎么發(fā)展呢？這里就國(guó)內(nèi)外水泥工業(yè)的發(fā)展動(dòng)態(tài)，主要是水泥裝備技術(shù)的發(fā)展動(dòng)態(tài)作一簡(jiǎn)要分析。
生產(chǎn)線的大型化是其突出的特點(diǎn)之一，生產(chǎn)線的大型化帶動(dòng)了裝備的大型化，而裝備的大型化又推動(dòng)了生產(chǎn)線的大型化，兩者之間是相互促進(jìn)、共同發(fā)展的。
據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，現(xiàn)在全世界已建成的日產(chǎn)7000噸以上的大型新型干法水泥生產(chǎn)線就有20條以上。生產(chǎn)裝備的技術(shù)進(jìn)步和大型化也是圍繞大型化、高效率、低能耗、低污染和進(jìn)一步提高其運(yùn)轉(zhuǎn)的可靠性，延長(zhǎng)使用壽命來開展。這里僅就生料制備、熟料燒成和水泥粉磨三大系統(tǒng)作一簡(jiǎn)要介紹。
生料制備系統(tǒng)：
水泥廠目前采用的生料粉磨裝備主要有傳統(tǒng)的球磨機(jī)、立式磨、輥壓機(jī)等。傳統(tǒng)的球磨機(jī)雖然具有烘干兼粉磨的功能，生料粉電耗高，一般球磨系統(tǒng)單位生料粉磨電耗要22千瓦小時(shí)／噸，隨著生產(chǎn)線規(guī)模大型化，磨機(jī)的能力也隨之增大。日產(chǎn)5000噸水泥熟料生產(chǎn)線，生料磨機(jī)的配用功率要達(dá)到5500千瓦以上。從節(jié)能的角度看，將有逐步為節(jié)能粉磨所取帶的趨勢(shì)。
輥壓機(jī)生料粉磨系統(tǒng)是一種節(jié)能粉磨系統(tǒng)，用于生料粉磨系統(tǒng)主要有兩種工藝配置形式：一種是終粉磨系統(tǒng)，全部成品由輥壓機(jī)產(chǎn)生，取消了球磨機(jī)，能大幅度節(jié)能，單位生料粉磨電耗可低于15千瓦小時(shí)／噸；另一種是部分終粉磨系統(tǒng)，與球磨機(jī)、選粉機(jī)配合組成生料粉磨系統(tǒng)，輥壓機(jī)出來的料先經(jīng)過選粉機(jī)，分選出部分成品后，粗料再入磨機(jī)，使球磨機(jī)的負(fù)荷大大減輕，因而粉磨電耗也較低，一般在16－18千瓦小時(shí)／噸。為日產(chǎn)5000噸生產(chǎn)線配套的輥壓機(jī)產(chǎn)量要達(dá)到350－400噸／小時(shí)，配用功率也要達(dá)到3500－4000千瓦。當(dāng)前國(guó)際上餛壓機(jī)終粉磨系統(tǒng)只能滿足日產(chǎn)4000噸生產(chǎn)線規(guī)模需要。如KHD公司的Rp20．0／170～180，配用功率3000千瓦，生產(chǎn)能力300－350噸／小時(shí)，用于沙特MALkHET水泥廠和中國(guó)南昌水泥廠；POLYSIUS公司為直徑2．0×I．2米，配用功率為2800千瓦，生產(chǎn)能力300噸／小時(shí)，已用于秘魯ATO－CONGO水泥廠。輥壓機(jī)本身不兼有烘干作用，原料水分大時(shí)，還要增加輔機(jī)進(jìn)行烘干。
立式磨是集中碎、粉磨、烘干、選粉等功能于一體的節(jié)能粉磨系統(tǒng)，流程簡(jiǎn)單，便于布置。立式庭是應(yīng)用料床粉磨原理，粉磨電耗低。立式磨系統(tǒng)的單位生料粉磨電耗為球磨的75％－90％，而且烘干能力強(qiáng)，特別適用干SP窯或NSP窯，可以利用窯尾低溫度氣進(jìn)行烘干，甚至不需要建廠房，大大節(jié)省了基建投資。立式磨的人自原料粒度大、控制靈活、漏風(fēng)少、噪音低、運(yùn)轉(zhuǎn)率高、金屬磨耗少，因而成為當(dāng)今生料粉磨系統(tǒng)的主導(dǎo)設(shè)備。20世紀(jì)90年代以來，國(guó)際上的生磨技術(shù)又有了新的發(fā)展，運(yùn)用有限之分析、熱傳導(dǎo)分析、流體力學(xué)計(jì)算、工藝參數(shù)優(yōu)化等現(xiàn)代方法解決了大型磨機(jī)工藝和結(jié)構(gòu)的難點(diǎn)；特別是新型耐磨材料均應(yīng)用，大大延長(zhǎng)了使用的壽命。目前國(guó)際上最大的立式磨是LOESCHE公司于1999年設(shè)計(jì)制造的LM36/41，電機(jī)功率5600千瓦，生產(chǎn)能力600-700噸/小時(shí)，磨輥直徑3.0米，用于泰國(guó)Thung Song集團(tuán)的Siam水泥廠。PFEIFFER公司制造的MPS5600B立磨，電機(jī)功率5400千瓦，生產(chǎn)能力480噸／小時(shí)已用于印度的Maharashtrn水泥廠；POILYSIUS公司制造的RM69/29立窯機(jī)電功率5000千瓦，生產(chǎn)能力600噸／小時(shí)，已用于印尼INDROL/INDO水泥廠。
通過以上比較看出，立式磨已成為當(dāng)今大型化生料磨的首選系統(tǒng)。
另外，20世紀(jì)90年代以來，法國(guó)的FCB公司開發(fā)出HOROMILL（又叫臥式輥磨），它是將一圓筒形殼體通過大齒圈小齒輪驅(qū)動(dòng)實(shí)施例臨界轉(zhuǎn)動(dòng)，該驅(qū)動(dòng)裝置包含有自由旋轉(zhuǎn)輥、其通過液壓系統(tǒng)作用于殼體上，新物料由殼體一側(cè)進(jìn)入并受到離心力作用，由刮板從殼體帶走。而后借助于受控偏移系統(tǒng)落下。而此系統(tǒng)將物料重新混合，使得輥向的物料速度可以沿磨機(jī)調(diào)整，并已可以調(diào)整在輥?zhàn)优c殼體間物料的受輥壓次數(shù)。這種HOROMlLL磨被譽(yù)為是繼輥壓機(jī)、立式磨之后發(fā)展起來的第三代粉磨技術(shù)。作為終粉磨系統(tǒng)，主機(jī)設(shè)備少、工藝流程簡(jiǎn)單、布置方便，可大幅度降低土建工程費(fèi)用。粉磨電耗低，節(jié)電效果突出。系統(tǒng)內(nèi)負(fù)壓操作對(duì)環(huán)境無污染。原料綜合水分<0.5％時(shí)，可利用冷卻機(jī)廢氣（250℃）作為烘干介質(zhì)，在TSV選粉機(jī)內(nèi)供平，節(jié)省供干機(jī)。HOROMILL此已取得工業(yè)化的突破，并大型化。用于墨西哥的MOCThZUMA水泥廠的生料制備系機(jī)磨機(jī)規(guī)格為直徑3．8米，生產(chǎn)能力為225噸／小時(shí)，生料磨系統(tǒng)電耗為13．1千瓦小時(shí)／噸，顯示出更好的節(jié)能效果。
熟料燒威系統(tǒng)：
近30年來，以預(yù)分解密為中心的新型干法生產(chǎn)技術(shù)得到迅速發(fā)展，隨著新型干法生產(chǎn)工藝各環(huán)節(jié)的不斷發(fā)展、完善與優(yōu)化，預(yù)分解密熟料燒成向著大型化、自動(dòng)化、高效率、低能、低污染的方向發(fā)展。預(yù)分解窯的單機(jī)規(guī)模越來越大，最大的可達(dá)日產(chǎn)12000噸位（直徑6.2X105米）。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，日前全世界日產(chǎn)7000噸以上的大型新型干法生產(chǎn)線有20條以上。關(guān)干預(yù)熱器，國(guó)外各大公司采用的多級(jí)預(yù)熱器結(jié)構(gòu)形式各有特點(diǎn)，為實(shí)現(xiàn)節(jié)能、高效，一般多從結(jié)構(gòu)上或工作參數(shù)上進(jìn)行優(yōu)化，達(dá)到降低預(yù)熱器的壓損，提高分高效率。最低的系統(tǒng)壓損已降到4000帕以下。根據(jù)原產(chǎn)綜合水分及余熱利用的要求不同，一般預(yù)熱器都沒計(jì)為4-6級(jí)，大我數(shù)為5級(jí)，按照回轉(zhuǎn)窯的生產(chǎn)能力大小可設(shè)1-4列預(yù)熱器，大型窯多數(shù)為雙列。分解爐有單爐和雙爐。日產(chǎn)4000噸也可設(shè)計(jì)雙列單爐。
關(guān)于分解爐，國(guó)外各大公司也有各具特色的爐型。為適應(yīng)不同燃料燃燒的一需要和低Nox排放，各公司對(duì)爐型都進(jìn)行了改進(jìn)，已達(dá)數(shù)10種之多。入窯物料碳酸鈣分解率達(dá)到90％－95％，為適低揮發(fā)省質(zhì)煤和無煙煤的燃燒，出現(xiàn)了多種在主爐外增加預(yù)燃爐或后燃燒裝置的組合型分解爐。為減少Nox排放，在分解爐初始段造成還原氣氛是其通用的做法。關(guān)于冷卻機(jī)，世界上第1臺(tái)冷卻機(jī)是1890年向世的單簡(jiǎn)冷卻機(jī)，大約30年后才出現(xiàn)多商冷卻機(jī)，直到20世紀(jì)40年代才出現(xiàn)蓖式冷卻機(jī)，新型干法窯一般都用推動(dòng)式篦冷機(jī)。
第一代篦冷機(jī)采用的是180－185毫米厚的薄料層，因此單位面積產(chǎn)量很低。第二代篦冷機(jī)要求南床上熟料層厚度達(dá)到400－500毫米，進(jìn)口部分提高到760毫米。相應(yīng)的對(duì)南極作了很多改進(jìn)，如增加篦板高度，采用單蓖板與雙篦板布置使縱縫錯(cuò)開，篦板平橫梁支撐等。第三代南冷機(jī)采用的是控制空氣流動(dòng)的高阻力蓖板，保證熟料均勻分布在篦床全寬上，篦板可以每一側(cè)、每一排、每一區(qū)單獨(dú)供風(fēng)，使南床上熟料層中空氣分布得到很大改善，大大降低冷卻空氣量，提高2次、3次空氣溫度，從而提高冷卻機(jī)熱回收效率。篦板表面得到充分冷卻，大大降低篦板熱負(fù)荷，大大延長(zhǎng)篦板使用壽命，一般可達(dá)3年以上。阻力蓖板還可防止細(xì)熟料漏入篦下室。現(xiàn)在FLS公司又開發(fā)了COOLER（庫(kù)勒）更新式篦式的冷卻機(jī)，在篦板上部加1個(gè)十字推桿，冷卻風(fēng)量可降到2標(biāo)準(zhǔn)立方米／千克熟料以下；預(yù)計(jì)將會(huì)有較快發(fā)展。
水泥粉府系統(tǒng)：
現(xiàn)代粉磨技術(shù)中，有種類繁多的水泥粉磨形式，除了傳統(tǒng)的開流與圈流水泥粉磨系統(tǒng)外，又開發(fā)了立式磨、輥壓機(jī)等用于水泥粉磨系統(tǒng)。在各種水泥粉磨系統(tǒng)中，預(yù)粉碎上磨 加球磨機(jī)的圈流系統(tǒng)和輥壓機(jī)加球磨機(jī)的圈流 粉磨效率高、單位電耗低。就對(duì)固流球．磨的增產(chǎn)效果來看，立磨預(yù)粉磨系統(tǒng)，是當(dāng)今大型水泥廠較多采用的兩大節(jié)能型粉磨系統(tǒng)，其共同特點(diǎn)是粉磨效率高、單位電耗低。就對(duì)圈流球磨的增產(chǎn)效果來看，立磨預(yù)粉磨系統(tǒng)與輥壓機(jī)的混合粉磨系統(tǒng)基本相當(dāng)，單位水泥的能耗，立磨預(yù)粉磨系統(tǒng)比輥壓機(jī)的混合粉磨系統(tǒng)稍低；立磨預(yù)粉磨系統(tǒng)比輥壓機(jī)的混合粉磨系統(tǒng)稍低；立磨預(yù)粉磨系統(tǒng)的綜合費(fèi)用比輥壓機(jī)的混合粉磨系統(tǒng)稍低。從國(guó)內(nèi)前幾年引進(jìn)的輥壓機(jī)使用情況來看，輥壓機(jī)系統(tǒng)設(shè) 備故障率較高，維修工作量較大，運(yùn)行的可靠性不甚理想。近幾年來，國(guó)內(nèi)立磨水泥預(yù)粉磨系統(tǒng)已開始采用，江南一小野田水泥有限公司和華新水泥股份有限公司已經(jīng)投產(chǎn)、運(yùn)行結(jié)果表明，該系統(tǒng)調(diào)試方便，震動(dòng)較小，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，系統(tǒng)達(dá)產(chǎn)快，生產(chǎn)狀況良好，系統(tǒng)運(yùn)行可靠，能耗低，操作方便。還要說一說，法國(guó)FCB公司開發(fā)的HOLOMILL在墨西哥 MOCTEZUMA水泥廠用于水泥粉磨系統(tǒng)、磨機(jī)規(guī)格也為直徑3．8米，生產(chǎn)能力為108噸／小時(shí)，細(xì)度為4200平方厘米／克，磨機(jī)電耗為17.0千瓦小時(shí)／噸，水泥粉磨系統(tǒng)電耗為24．5千瓦小時(shí)/噸。該廠生料和水泥粉磨系統(tǒng)均采用HOROMILL，其水泥綜合電耗僅為80千瓦小時(shí)／噸，是現(xiàn)有各種粉磨系統(tǒng)中電耗最低的系統(tǒng)。利用HOROMILL粉磨水泥與管磨相比，在相同比表面積下，水泥顆粒級(jí)配相近，水泥強(qiáng)度略有提高，其它各項(xiàng)水泥性能指標(biāo)正常。另外，在改變水泥品種時(shí)，系統(tǒng)調(diào)整過程只需10一15分鐘，磨機(jī)硬件不需作任何改變，可適應(yīng)市紛不同需要。FCB公司開發(fā)的HOROMILL已用于生料、水泥、煤粉制備等，是電耗最低的粉磨系統(tǒng)。目前全系統(tǒng)已銷售30臺(tái)以上，是最有希望的磨機(jī)。現(xiàn)在生產(chǎn)到最大規(guī)格為直徑4．2米，可滿足日產(chǎn)5000噸大型水泥廠的需要。 |