水泥工業(yè)技術(shù)進(jìn)展與我國(guó)濕法窯的改造
我國(guó)是水泥大國(guó),2000年的產(chǎn)量達(dá)到5.76億噸,占全球水泥總產(chǎn)量的三分之一,目前,我國(guó)水泥工業(yè)存在的主要問(wèn)題是能源消耗高,經(jīng)濟(jì)效益差,污染嚴(yán)重的小企業(yè)占絕大多數(shù),上述狀況在今后較長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)將制約我國(guó)建材工業(yè)的發(fā)展。調(diào)整水泥工業(yè)結(jié)構(gòu),滿足經(jīng)濟(jì)建設(shè)的需求,“由大變強(qiáng),靠新出強(qiáng)”是我國(guó)水泥工業(yè)今后較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)的艱巨任務(wù)?,F(xiàn)就企業(yè)規(guī)模小,能源消耗高,年總產(chǎn)量約3100萬(wàn)噸水泥的濕法窯的改造與各位水泥界同仁研討。
1.世界水泥工業(yè)的發(fā)展過(guò)程
從近一個(gè)世紀(jì)的歷史來(lái)看,水泥工業(yè)技術(shù)進(jìn)步對(duì)整個(gè)行業(yè)的發(fā)展起著巨大的推動(dòng)作用。二十世紀(jì)水泥工業(yè)有兩次重大的技術(shù)突破,一次是回轉(zhuǎn)窯在本世紀(jì)初得到全面推廣,提高了水泥的產(chǎn)量和質(zhì)量,奠定了水泥工業(yè)作為現(xiàn)代化工業(yè)的基礎(chǔ);第二次是五十年代懸浮預(yù)熱器和七十年代預(yù)分解技術(shù)的出現(xiàn),大大提高了水泥窯的熱效率和單機(jī)生產(chǎn)能力,促進(jìn)了水泥工業(yè)向大型化、現(xiàn)代化的進(jìn)一步發(fā)展,當(dāng)前世界水泥生產(chǎn)技術(shù)仍在不斷發(fā)展之中。
濕法窯具有良好的均化性能,產(chǎn)品質(zhì)量?jī)?yōu)良,且操作維護(hù)方便,在20世紀(jì)上半葉,一直是傳統(tǒng)窯型發(fā)展的主流,二戰(zhàn)以后的年代,世界經(jīng)濟(jì)恢復(fù)和發(fā)展,對(duì)水泥需求大量增加,此期間濕法窯起著重要的作用,規(guī)格不斷增大,60年代初發(fā)展到頂點(diǎn),最大窯規(guī)格為Φ7.6×6.4×6.9×232M,產(chǎn)量3600t/d。
60年代世界上幾家著名的水泥回轉(zhuǎn)窯制造公司(前蘇聯(lián)除外)所制造的濕法窯總數(shù)約300余臺(tái),其中直徑4.4米以上的回轉(zhuǎn)窯約70臺(tái)。
隨著世界經(jīng)濟(jì)的高速增長(zhǎng),生產(chǎn)技術(shù)和水泥設(shè)備制造技術(shù)及其有關(guān)的材料(耐熱、耐磨、耐火)性能的提高和電氣、自動(dòng)化控制技術(shù)的發(fā)展,使生產(chǎn)規(guī)模進(jìn)一步擴(kuò)大和完善,加快了預(yù)熱器的大型化和發(fā)展,60年代預(yù)熱器窯投產(chǎn)的數(shù)量已超過(guò)濕法窯,70年代的能源危機(jī)進(jìn)一步加速了干法生產(chǎn)的進(jìn)程,預(yù)分解窯的出現(xiàn),窯徑在相同的情況下,產(chǎn)量增加了一倍以上,熱耗進(jìn)一步下降,為水泥產(chǎn)量迅速增長(zhǎng)創(chuàng)造了條件,其投資和生產(chǎn)成本遠(yuǎn)低于濕法窯。
七十年代濕法窯在國(guó)際上已很少興建(前蘇聯(lián)、中國(guó)除外)。在過(guò)去的20年中,世界水泥工業(yè)單線生產(chǎn)規(guī)模平均增加了5倍,90年代以來(lái),世界市場(chǎng)上所興建的規(guī)模在日產(chǎn)2000t熟料以上的生產(chǎn)線占總量的85%以上(中國(guó)除外),目前在建的最大的預(yù)分解窯規(guī)格為Φ6.2×105米,日產(chǎn)12000噸熟料。
新投產(chǎn)的預(yù)分解窯的先進(jìn)技術(shù)綜合反映在以下方面:
- 水泥熟料熱耗一般水平為3100kJ/kg(~740kcal/kg),先進(jìn)的可達(dá)2930kJ/kg(~700kcal/kg)。
- 水泥電耗一般水平為95~100kWh/t.水泥,先進(jìn)的約85~90kWh/t水泥。
- 窯系統(tǒng)年運(yùn)轉(zhuǎn)率一般為85%,先進(jìn)約為90%,生料磨的年運(yùn)轉(zhuǎn)率可與窯匹配。
- 勞動(dòng)生產(chǎn)率視生產(chǎn)線規(guī)模而定,大型生產(chǎn)線一般為8000~10000t水泥/人.年,先進(jìn)的可達(dá)15000t水泥/人.年以上。
- 有毒有害氣體排放量得到嚴(yán)格控制,粉塵排放量一般<50mg/Nm3,先進(jìn)的為15~30mg/Nm3,NOX、SOX均低于控制指標(biāo)以內(nèi)。
- 熟料質(zhì)量?jī)?yōu)良,達(dá)到不同國(guó)家所規(guī)定的高標(biāo)號(hào)熟料質(zhì)量要求。
2.國(guó)際上濕法窯的改造途徑
預(yù)熱器窯的熱耗遠(yuǎn)低于濕法窯,(表1)一些能源價(jià)格昂貴的國(guó)家,從50年代起對(duì)濕法窯進(jìn)行改建或改造,隨著預(yù)分解窯技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展和完善,濕法窯改造的趨勢(shì)愈來(lái)愈增大,改造方式大致有四種:
表1 不同窯型熱耗比較
|
濕法長(zhǎng)窯 |
干法長(zhǎng)窯 |
2級(jí)預(yù)熱器窯 |
4級(jí)預(yù)熱器窯 |
5級(jí)預(yù)分解窯 |
6級(jí)預(yù)分解窯 |
kcal/kg熟 |
1250~1500 |
1100 |
900~950 |
-800 |
720 |
<700 |
KJ/kg |
5230~6237 |
4600 |
3760~3970 |
3350 |
3010 |
<2930 |
2.1 新建新型干法窯逐步取代陳舊的濕法窯
一些公司和廠家的設(shè)備陳舊的傳統(tǒng)窯(包括濕法窯),由于經(jīng)濟(jì)效率低下,難于進(jìn)行市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng),在廠區(qū)內(nèi)或易地?cái)U(kuò)建一臺(tái)技術(shù)先進(jìn)且產(chǎn)量高的干法生產(chǎn)線,自成獨(dú)立的生產(chǎn)體系,屬于擴(kuò)建性質(zhì),一定時(shí)期內(nèi)新舊并存,隨著技術(shù)進(jìn)展和市場(chǎng)需求,逐步將性能差的傳統(tǒng)窯關(guān)閉,其優(yōu)點(diǎn)是生產(chǎn)正常,且產(chǎn)量可逐步擴(kuò)大,經(jīng)濟(jì)效益逐步增加,采用此法改造傳統(tǒng)窯的數(shù)量最多,60年代以來(lái)投產(chǎn)的數(shù)百臺(tái)新型干法窯大都是按此方式進(jìn)行的,這是傳統(tǒng)窯(包括濕法窯)改造的主要方式。
2.2 濕法窯改成干法窯
在一些原料性能適應(yīng)于干法生產(chǎn)且窯體尚有較長(zhǎng)時(shí)間的應(yīng)用價(jià)值,同時(shí)缺乏改建場(chǎng)地的工廠,將原有的傳統(tǒng)長(zhǎng)回轉(zhuǎn)窯改成新型干法窯,此法優(yōu)點(diǎn)是窯產(chǎn)量成倍增長(zhǎng),熱耗有較大幅度下降,但是必須停止原有的生料濕法制備系統(tǒng),興建生料干法制備及均化儲(chǔ)存系統(tǒng),興建窯尾預(yù)熱器分解爐系統(tǒng),三次風(fēng)管,更換或改造篦冷機(jī),割短窯筒體,改造窯的傳動(dòng)裝備等。此種方式必須停窯一段時(shí)間,影響生產(chǎn),因而改造的水泥窯不是很多,從KHD公司1950年至1974年新型干法預(yù)熱器窯、預(yù)分解窯的銷售記錄統(tǒng)計(jì),在投產(chǎn)的300臺(tái)新型干法窯中,采用此法改造的為19臺(tái),約占總數(shù)的6.5%,若以此數(shù)類推,全世界此類濕法窯改造的數(shù)量約60臺(tái)左右(表2)。
表2 KDH公司1950~1974年回轉(zhuǎn)窯濕改干臺(tái)數(shù)
國(guó)名 |
德國(guó) |
秘魯 |
土耳其 |
巴西 |
英國(guó) |
南斯拉夫 |
西班牙 |
日本 |
共計(jì) |
濕改干數(shù)量(臺(tái)) |
3 |
2 |
3 |
3 |
2 |
2 |
3 |
1 |
19 |
2.3 濕磨干燒
國(guó)外個(gè)別水泥廠,使用高達(dá)20~25%以上水份的白堊作原料或者某種特殊的環(huán)保要求采用此法,也就是根據(jù)預(yù)熱器和篦冷機(jī)的廢氣所提供的熱量對(duì)已進(jìn)行壓濾的物料進(jìn)行烘干破碎(圖1)。
圖1 新型干法預(yù)熱器廢氣烘干原料能力表(略)
此法的優(yōu)點(diǎn)是能夠充分利用含水量高的原料,較大幅度降低熱耗和提高產(chǎn)量。缺點(diǎn)是增加了濕料過(guò)濾烘干環(huán)節(jié),燒成系統(tǒng)必須拆除和改建,且生產(chǎn)較復(fù)雜。還需停窯改造。濕磨干燒的新型干法窯于1982年英國(guó)Rugby水泥廠首次取得成功,迄今為止全世界投產(chǎn)的濕磨干燒窯約13臺(tái),部份在中國(guó),現(xiàn)將收集到的國(guó)外濕磨干燒的水泥窯資料列表如下(表3):
表3 國(guó)外濕磨干燒的生產(chǎn)線
廠名 |
單位
|
Aalborg |
Rugby |
Lone star |
Origny |
Chelm |
國(guó)家 |
|
丹麥 |
英國(guó) |
美國(guó) |
法國(guó) |
波蘭 |
主要原料 |
|
白堊粘土 |
白堊粘土 |
|
白堊粘土 |
白堊粘土 |
原料水分 |
% |
19.4/28.0 |
36~38 |
|
|
25 |
設(shè)計(jì)窯產(chǎn)量 |
t/d |
4000 |
3800 |
~4000 |
~4000 |
4000 |
|
t/d |
最大4400 |
|
|
|
4500 |
窯規(guī)格 |
Φ×Lm |
Φ4.75×74 |
Φ4.6×62 |
|
~Φ4.7* |
Φ4.75×75 |
熱耗 |
kJ/kg |
4286 |
4350 |
4474 |
|
3471 |
燒成電耗 |
kWh/t.熟 |
31 |
|
~28 |
|
|
預(yù)熱器級(jí)數(shù) |
級(jí) |
2 |
2 |
2 |
2 |
3 |
*原濕法窯規(guī)格Φ5/4.7×160m
表3所示美國(guó)的Lone star水泥廠主要因該廠原料中硫含量過(guò)高,采用干法生產(chǎn)必須增設(shè)除硫裝置造成基建投資過(guò)高,才使用濕磨干燒,其余四廠均是水份超過(guò)25%的原料,迫于需求才采用此法生產(chǎn),如丹麥的Aalborg水泥廠,原有的三臺(tái)濕法窯是Φ4.55/4.35/5.0×165m,Φ5.25/6.0×180m,Φ6.3/6.9×210m,產(chǎn)量分別為1200t/d,1600t/d和2350t/d加料漿稀釋劑后料漿水份由39~40%降至29~32%,由于該國(guó)市場(chǎng)有限,且受燃料價(jià)格因素的影響,被迫新建一臺(tái)窯取代原有的三臺(tái)窯進(jìn)行生產(chǎn)。
2.4 現(xiàn)有濕法窯進(jìn)行技術(shù)改造
在一些燃料相對(duì)便宜,或者熟料成品的堿含量有特殊需求以及某些國(guó)家限于政治經(jīng)濟(jì)及技術(shù)狀況的原因,部份國(guó)家仍然保持著一定數(shù)量的濕法窯,如俄羅斯、烏克蘭等前蘇聯(lián)國(guó)家,仍以濕法生產(chǎn)為主,美國(guó)至2000年,仍有2000萬(wàn)噸/年的水泥是濕法窯生產(chǎn)的,約占該國(guó)總量的20%,印度約400萬(wàn)噸/年,占該國(guó)總量的6%等,但在一些技術(shù)先進(jìn)的國(guó)家,對(duì)濕法窯進(jìn)行技術(shù)改造,使其熱耗逐步下降,目前技術(shù)先進(jìn)的濕法窯熱耗已下降和至1200kcal/kg。印度曾組織力量進(jìn)行了濕法窯改造的探討,認(rèn)為少量規(guī)格大的濕法窯可以考慮改造,小而陳舊的濕法窯應(yīng)在生產(chǎn)過(guò)程中逐步淘汰,不同國(guó)家濕法窯的熱耗與電耗比較見表4。
表4 濕法窯的能耗比較
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|
印度平均 |
世界先進(jìn)國(guó)家 |
烏克蘭平均 |
電耗 |
kWh/t水泥 |
117 |
87 |
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熱耗 |
kcal/kg |
1409 |
1243 |
1644 |
熱耗 |
kJ/kg |
5892 |
5206 |
6876 |
濕法窯技術(shù)改造主要為摻加稀釋劑降低料漿水分,采用復(fù)合礦化劑降低煅燒溫度,采用三風(fēng)道燃燒器降低一次風(fēng)量,隔熱窯襯減少窯筒體熱損失,減少窯系統(tǒng)漏風(fēng),以及篦冷機(jī)改造來(lái)提高熱效率等,此外煅燒工業(yè)廢燃料及有毒害物以降低燃料費(fèi)用等措施。
3.我國(guó)濕法窯改造途徑探討
濕法窯的熱耗高是無(wú)可爭(zhēng)議的事實(shí),生產(chǎn)過(guò)程中所排放的CO2和NOX較新型干法窯高(表5),隨著我國(guó)參加WTO,今后可能執(zhí)行國(guó)際上有關(guān)組織所制定的限制CO2、NOX等有害氣體排放值的協(xié)議,濕法窯不僅面臨著熱耗高帶來(lái)的生產(chǎn)成本高的問(wèn)題,還面臨著降低CO2、NOX的排放問(wèn)題。波蘭有21臺(tái)濕法窯,其產(chǎn)量約占該國(guó)總量的38%,于1998~1999年全部停產(chǎn)。因此濕法窯的改造勢(shì)在必行。我國(guó)在97年統(tǒng)計(jì),濕法窯總量199臺(tái),水泥年產(chǎn)量3100萬(wàn)噸,單窯年平均產(chǎn)量15.6萬(wàn)噸,均屬小規(guī)模。這些濕法窯怎么改造確實(shí)值得商榷。
表5 不同窯型的有害氣體排放量
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CO2,kJ/kg |
NOX,mg/m3 |
濕法回轉(zhuǎn)窯 |
1.1 |
~1500~1800 |
預(yù)分解窯 |
0.8 |
~800~1000 |
決定濕法窯改造的因素很多,大致為:
- 原料性能及濕含量
- 能耗(熱耗、電耗)
- 主要裝備運(yùn)行狀況及利用價(jià)值
- 投資費(fèi)用及回收情況
- 停窯時(shí)間及市場(chǎng)需求
3.1 原料性能和濕含量
我國(guó)水泥原料的特點(diǎn)是濕含量不高,采用砂巖配料,一般水份低于2%(南方3%),而采用粘土配料,平均水份低于4%,即是雨季,平均水份約6%,5級(jí)或6級(jí)預(yù)熱器預(yù)分解窯,有足夠的能力烘干上述原料水份。圖2。
此外,我國(guó)南方的粘土粘性高,不易壓濾,試驗(yàn)證實(shí),其壓濾遠(yuǎn)較北方粘土困難,易損壞裝備和增加電耗。而我國(guó)濕法窯南方居多,上述二點(diǎn)表明,國(guó)內(nèi)絕大多數(shù)水泥窯采用干法生產(chǎn)。
個(gè)別廠采用高含水份的原料如赤泥,電石渣等,采用濕磨干燒是有利的。
圖2 不同級(jí)數(shù)預(yù)熱器廢氣烘干能力(略)3.2 能耗
3.2.1 熱耗
國(guó)內(nèi)已投產(chǎn)的2500t/d新型干法生產(chǎn)線的設(shè)計(jì)熱耗為3094kJ/kg(740kcal/kg),實(shí)際熱耗可達(dá)3030kJ/kg(725kcal/kg),而實(shí)際的濕磨干燒熱耗(與預(yù)熱器級(jí)數(shù)有關(guān),一般為3470~4470kJ/kg(830~1070kcal/kg)。預(yù)分解窯的熱耗至少較濕磨干燒窯低420kJ/kg(100kcal/kg)以上。
3.2.2 電耗
濕法生料磨大多數(shù)為開流磨,電耗約15~16kWh/t生料,與干法生料球磨相比,一般概念是濕法磨電耗低,近年來(lái)輥式磨技術(shù)的進(jìn)展,技術(shù)先進(jìn)的輥式磨系統(tǒng)電耗已降至13~14kWh/t生料,低于濕法窯,而且輥磨的烘干能力進(jìn)一步提高,近年來(lái)在原料含水量高的地區(qū),投產(chǎn)的輥式磨,可以滿足20%的水份,從電耗角度來(lái)看,濕法生料磨已不具備優(yōu)勢(shì)。
3.3 主機(jī)裝備運(yùn)行情況及利用價(jià)值
我國(guó)濕法窯中,產(chǎn)量低于600t/d熟料的約占總量的一半,窯的平均直徑絕大部分<3.5m,而且多數(shù)是解放前或60年代前建的窯,已運(yùn)轉(zhuǎn)40年以上,設(shè)備陳舊,對(duì)窯本身進(jìn)行改造的價(jià)值不大,可利用的原有設(shè)備極少,不如就地?cái)U(kuò)建新型干法生產(chǎn)線,逐步淘汰原有濕法生產(chǎn)線,日產(chǎn)600t熟料以上的華新窯估計(jì)約80臺(tái)左右,窯齡超過(guò)30年的約20臺(tái),其余的窯還能正常的運(yùn)轉(zhuǎn)一段時(shí)間。
我國(guó)的濕法窯是60年代開發(fā)設(shè)計(jì)的,限于歷史條件,設(shè)計(jì)的輪帶和齒圈位置不太適合目前的干法窯結(jié)構(gòu),因而改造難度較大,此外窯徑偏小,在窯體上進(jìn)行大改從實(shí)踐的經(jīng)驗(yàn)證實(shí)意義不大。
3.4 投資費(fèi)用及回收情況
投資費(fèi)用的因素較多,現(xiàn)以白馬山水泥廠為例:該廠2#窯在88年改建,90年建成后因系統(tǒng)不夠完善,且過(guò)濾設(shè)備事故率高,生產(chǎn)極不正常,半年僅產(chǎn)熟料4.3萬(wàn)噸,以后雖有所改進(jìn),年運(yùn)轉(zhuǎn)率在70%,不得已于1994年再次進(jìn)行改造,二次改造費(fèi)用的竣工決算為4621萬(wàn)元,日增產(chǎn)熟料約250t/d,年熟料量約77500t,每噸熟料投資約600元??紤]到上述改造年份較早,費(fèi)用可能偏高,現(xiàn)以1997年白馬山水泥廠1#窯改造可行性論證費(fèi)用為參考依據(jù)與1997年該廠新建的一臺(tái)日產(chǎn)2000t熟料生產(chǎn)線進(jìn)行比較,(表6),比較結(jié)果是無(wú)論是單位投資,熱耗以及停窯影響生產(chǎn)等項(xiàng)新型干法預(yù)分解窯具有明顯的優(yōu)勢(shì)。
表6 安徽海螺集團(tuán)白馬山水泥廠濕改干及干法窯工程費(fèi)用表
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濕改干熟料生產(chǎn)線 |
新型干法熟料生產(chǎn)線 |
||||
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|
2#回轉(zhuǎn)窯 |
1#回轉(zhuǎn)窯 |
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|
||
改造次數(shù) |
|
第一次 |
第二次 |
合計(jì) |
可行性 |
2000t/d生產(chǎn)線 |
2500t/d生產(chǎn)線 |
年份 |
年 |
1988 |
1994 |
|
1997 |
1997 |
2001 |
改造費(fèi)用 |
萬(wàn)元 |
3137 |
1484 |
4621 |
3980 |
26000 |
20000 |
設(shè)計(jì)產(chǎn)量 |
t/d |
|
|
750 |
|
2000 |
2500 |
實(shí)際產(chǎn)量 |
t/d |
|
|
850 |
950 |
2500 |
2750 |
熱耗 |
kJ/kg.熟 |
|
|
4432 |
3931 |
3178 |
3094 |
標(biāo)定熱耗 |
kJ/kg.熟 |
|
|
3765 |
|
3031 |
3000 |
改造時(shí)間 |
月 |
14 |
2.5 |
16.5 |
3 |
16 |
12~14 |
單位噸投資 |
元/t熟料 |
|
|
~600 |
~366 |
~370 |
~230 |
2.5 停窯時(shí)間及市場(chǎng)影響
濕磨干燒需切割窯體,勢(shì)必停窯,估計(jì)影響生產(chǎn)3~6個(gè)月,還不考慮調(diào)試時(shí)間,若濕磨旁邊擴(kuò)建一臺(tái)濕磨干燒窯取代濕法窯,雖然不影響停窯,但是原有濕法窯因無(wú)生料供應(yīng)而被迫停產(chǎn),若遇上市場(chǎng)需求水泥,必然受到影響。而興建新型干法生產(chǎn)線不影響停窯,保留原有濕法窯隨市場(chǎng)需求與競(jìng)爭(zhēng)而逐步淘汰,不影響工廠生產(chǎn)和效益。
80年代以來(lái),國(guó)家一直致力于新型干法生產(chǎn)線的發(fā)展,但發(fā)展的過(guò)程中,出現(xiàn)了種種困難,如投資偏高,水泥噸投資大于1000元,建設(shè)周期長(zhǎng)達(dá)2~3年,投產(chǎn)后設(shè)備故障多,不能順利達(dá)標(biāo)達(dá)產(chǎn),工廠的經(jīng)濟(jì)效益差,還不起銀行貸款,使工廠面臨困境。給新型干法水泥廠造成的影響是,雖然技術(shù)先進(jìn),但生產(chǎn)管理復(fù)雜,投資太高,無(wú)法解決建設(shè)資金,不適合中國(guó)國(guó)情,相比之下,建設(shè)濕法生產(chǎn)線仍有一定效益,在此期間,國(guó)內(nèi)仍有不少生產(chǎn)廠家擴(kuò)建濕法窯。90年代以來(lái),我國(guó)的新型干法預(yù)分解窯的工藝裝備技術(shù)得到長(zhǎng)足進(jìn)展,設(shè)備的可靠性能有較大提高,設(shè)計(jì)和建廠周期愈來(lái)愈短,投資愈來(lái)愈低,在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中充分發(fā)揮其技術(shù)優(yōu)勢(shì)和規(guī)模效益,近年來(lái)興建的日產(chǎn)2500t/d級(jí)生產(chǎn)線,投資費(fèi)用已降至~230元/噸熟料,其熱耗低于濕磨干燒回轉(zhuǎn)窯約765kJ/kg.熟,燒成電耗也低。因而熟料的生產(chǎn)成本降低10~20%以上。從90年代起,一些濕法生產(chǎn)線廠家紛紛改建干法生產(chǎn)線,至90年后期,除個(gè)別特殊地區(qū)外,國(guó)內(nèi)已停止興建濕法窯。
3.對(duì)國(guó)內(nèi)已進(jìn)行濕磨干燒的生產(chǎn)線的幾點(diǎn)看法:
90年代初中國(guó)國(guó)際工程咨詢公司曾組織專家對(duì)濕磨干燒進(jìn)行了調(diào)查,根據(jù)大量調(diào)查資料,通過(guò)充分論證發(fā)表了“論我國(guó)濕法水泥廠改造途徑”的文章,文中對(duì)我國(guó)濕法窯改造作了精辟的論述。其主要結(jié)論為:1. 截短濕法窯改造不如另建一臺(tái)合算。2. 留濕擴(kuò)干投資效益好。3. 現(xiàn)有濕法窯采取節(jié)能降耗措施。上述結(jié)論與國(guó)際上水泥工業(yè)的發(fā)展基本一致。時(shí)間已過(guò)10年,按現(xiàn)有資料,補(bǔ)充點(diǎn)看法。
我國(guó)濕法窯改造和國(guó)際上基本接近,主要方式為:
3.1 新建新型干法窯逐步取代濕法窯
在濕法窯保留生產(chǎn)的前提下,擴(kuò)建大型干法生產(chǎn)線,80年代有萬(wàn)年等12個(gè)廠,90年代更多,這些廠的經(jīng)濟(jì)效益均較高,如葛洲壩、華新等廠在取得良好效益的基礎(chǔ)上繼續(xù)興建大型生產(chǎn)線,這是國(guó)內(nèi)濕法窯改造的主流。
3.2 濕磨干燒
我國(guó)現(xiàn)進(jìn)行濕法窯改造的有10臺(tái)窯,其中8臺(tái)是濕磨干燒,2臺(tái)是為濕改干(表7)。
表7 各種生產(chǎn)能力半干法系統(tǒng)的實(shí)例
工廠名稱 |
QJ |
GZ1 |
GZ2 |
LZO |
BM |
GWO |
YD |
GH |
TS |
Ch |
熟料產(chǎn)量,t/d |
1000 |
700 |
2000 |
2000 |
1000 |
800 |
1700 |
1000 |
1050 |
1000 |
生料組成 |
石灰石、砂巖、鐵粉 |
石灰石、河砂、煤渣、硫酸渣 |
砂巖 |
石灰石、粘土、鐵粉 |
石灰石、赤泥、粘土、鐵粉 |
|
石灰石、粘土、硫酸渣 |
石灰石、粘土 |
石灰石、粘土 |
|
料漿水分,% |
35.2 |
34.5±0.5 |
|
35 |
35~36 |
38.5 |
35 |
35 |
|
|
料漿過(guò)濾機(jī),m |
筒式真空 |
筒式真空 |
盤式真空 |
筒式真空 |
筒式真空 |
壓濾 |
盤式真空 |
|
|
|
回轉(zhuǎn)窯,m |
Φ4.2×7.5 |
Φ4.2×7.5 |
Φ4.2×7.5 |
Φ4.2×7.5 |
Φ4.2×7.5 |
Φ4.2×7.5 |
Φ4.2×7.5 |
Φ4.2×7.5 |
Φ4.2×7.5 |
Φ3.5×54 |
熟料冷卻機(jī),m |
篦式 |
多筒 |
多筒 |
多筒 |
篦式 |
篦式 |
篦式 |
篦式 |
篦式 |
篦式 |
熟料熱耗,kJ/kg |
3846 |
3750 |
3600 |
3720 |
3804 |
4159 |
3500 |
4015 |
3763 |
3600 |
熟料電耗,kJ/t |
|
25.2 |
25.8 |
26 |
28 |
|
28 |
|
|
|
從表7來(lái)看,除JS、Ch是全改干外,其余都是濕磨干燒,濕磨干燒。又分成下述幾種:
3.2.1 原料水份高,GWO廠采用赤泥,原料水份超過(guò)20%以上,其入窯料漿水份在38.5%,濕法生產(chǎn)熱耗約為6700kJ/kg.,產(chǎn)量約600t/d,采用濕磨干燒,提高產(chǎn)量且降低熱耗是有利的。
3.2.2 原料水份低,料漿略有富余,對(duì)窯體進(jìn)行改造,如QJ、BM、GH、YD等廠,BM廠文中2.4段已作了分析對(duì)比,該廠2″窯雖然在1994年再度進(jìn)行改造,取得一定的效益,也曾考慮對(duì)1#窯進(jìn)行改造,但是工廠于1997年擴(kuò)建日產(chǎn)2000噸熟料新型干法生產(chǎn)線后,二者效益差距較明顯,至今未對(duì)已有的濕法窯作改造,而是維持生產(chǎn),在此基礎(chǔ)上繼續(xù)新建新型干法生產(chǎn)線。
GH水泥廠4號(hào)窯于1993年開始建設(shè),是原國(guó)家建材局干濕混合法技術(shù)改造示范項(xiàng)目,設(shè)計(jì)日產(chǎn)熟料1000t,1993年開始建設(shè),1995年投產(chǎn),投產(chǎn)后設(shè)備故障多,產(chǎn)量低,日產(chǎn)熟料僅500t至700t,熟料質(zhì)量不穩(wěn)定,1998年全年熟料產(chǎn)量85000t,年運(yùn)轉(zhuǎn)率為37%,被迫于99年進(jìn)行第二次改造,二次改造歷時(shí)55天,投入資金1100萬(wàn)元,改造取得明顯效果,2000年年熟料產(chǎn)量達(dá)到15.7萬(wàn)噸,熱耗由1200kcal/kg下降至1050kcal/kg,電耗由108kWh/t熟料下降至78kWh/t熟料,經(jīng)濟(jì)效益取得明顯好轉(zhuǎn)。
必須看到若將二次改造費(fèi)用加在一起,投資費(fèi)用總數(shù)超過(guò)4000萬(wàn),所增產(chǎn)的單位熟料投資約600元/噸,與BM廠接近。
YD、QJ廠在“論我國(guó)濕法水泥廠改造途徑”已有詳細(xì)敘述,明確的結(jié)論是濕磨干燒的經(jīng)濟(jì)效益,不如擴(kuò)建新型干法生產(chǎn)線,投產(chǎn)后的實(shí)踐也證實(shí)了這個(gè)結(jié)論。
3.2.3 原料水份低,興建新型濕磨干燒窯,然后拆除原有濕法窯,此種類型有GZ1、GI2、LZO(尚待投產(chǎn))等廠。GZ廠因拆除舊窯,原有濕法生料制備系統(tǒng)有很大富余能力,再加廠區(qū)擁擠,沒(méi)有建干法生產(chǎn)所必須的生料均化設(shè)施場(chǎng)地。在特定的條件下,興建一臺(tái)700t/d、一臺(tái)2000t/d濕磨干燒窯,2000t/d生產(chǎn)線已達(dá)到設(shè)計(jì)能力,燒成系統(tǒng)電耗為26kWh/t,熱耗3590kJ/kg(860kcal/kg),窯年運(yùn)轉(zhuǎn)率為82%,項(xiàng)目總投資1.4億元,單位噸熟料投資為233元,和原有高熱耗的濕法窯相比,確有優(yōu)點(diǎn)。
但是必須看到近年來(lái),干法生產(chǎn)線熟料單位噸投資已降至230元以下,個(gè)別廠的投資更低,在生產(chǎn)過(guò)程中,熱耗較濕磨干燒窯降低550kJ/kg,電耗也低6kWh/t以上。
2000年在GZ工廠搬遷的可行性論證上,曾對(duì)擴(kuò)建一臺(tái)新型干法2500t/d生產(chǎn)線和現(xiàn)有的2000t/d濕磨干燒窯生產(chǎn)線裝改成2300t/d生產(chǎn)線搬遷改造作了經(jīng)濟(jì)比較,二者費(fèi)用相比,新建一臺(tái)2500t/d生產(chǎn)線的單位熟料噸投資僅高出現(xiàn)有生產(chǎn)線改造搬遷約25元/t熟料。雖然投資高些,但生產(chǎn)中熱耗,電耗均低,而且避免了系統(tǒng)設(shè)備拆除時(shí)的損壞對(duì)生產(chǎn)的影響,可以說(shuō)興建新型生產(chǎn)線,具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益。
利用原有的濕法生料制備來(lái)擴(kuò)建新窯,待新窯建成后,原有的濕法窯必須停產(chǎn)拆除,對(duì)于一些窯體尚有用價(jià)值的生產(chǎn)線是不利的,同時(shí)生產(chǎn)過(guò)程中其成本必然高出新建一臺(tái)新型干法窯,近期雖然節(jié)省了一些投資,但從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看必然帶來(lái)負(fù)面影響。
3.3 濕改干
TS廠改造后,曾作過(guò)統(tǒng)計(jì),可以利用的窯筒體及部份傳統(tǒng),以及窯墩和廠房,僅占初步概算6452萬(wàn)元的3.8%,TS廠改造后能較快達(dá)到設(shè)計(jì)要求,但其單位噸熟料投資高達(dá)600元,是不可取的。
Ch廠是1984年開始施工建設(shè)的一條Φ4/3.5×135濕法生產(chǎn)線,熟料產(chǎn)量600t/d,設(shè)計(jì)熱耗1300~1500kcal/kg,電耗100~110kWh/t水泥,90年代初,將正在施工建設(shè)的濕法生產(chǎn)線改為Φ3.5×54m干法生產(chǎn)線,產(chǎn)量1500t/d。工廠從1993年以來(lái)一直因系統(tǒng)工藝的不合理,以及設(shè)備事故率太高,而影響生產(chǎn),1998年窯的運(yùn)轉(zhuǎn)率也只有46%,產(chǎn)量1200t/d,其熱耗高達(dá)1050kcal/kg,電耗大于120kWh/t,1999年進(jìn)行了系統(tǒng)工藝及設(shè)備的改造,總投資450萬(wàn)元。
改造后取得了明顯的效益,窯系統(tǒng)日產(chǎn)量從1200t/d提高到1650~1700t/d,熱耗降至880kcal/kg以下,運(yùn)轉(zhuǎn)率提高至82%以上。取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。Ch廠的濕改干工程,反映出截窯改造的風(fēng)險(xiǎn)性,也證實(shí)干法生產(chǎn)的優(yōu)越性。
3.4 繼續(xù)擴(kuò)建濕法
80年代以來(lái)部份廠因考慮建濕法窯投資省,速度快,近期效益好,或當(dāng)?shù)孛簝r(jià)格低等因素,對(duì)濕法窯進(jìn)行了擴(kuò)建,這些窯設(shè)備較新,一時(shí)難于淘汰,在今后若干年內(nèi),這樣的工廠必須加大技術(shù)改造力度,提高產(chǎn)量,降低能耗,在現(xiàn)有的濕法窯生產(chǎn)基礎(chǔ)上,將新型干法生產(chǎn)線成熟的單項(xiàng)技術(shù)移植到濕法生產(chǎn)線上,會(huì)取得國(guó)際上先進(jìn)國(guó)家濕法窯生產(chǎn)的指標(biāo),若能做到每公斤熟料熱耗降低214~428kJ,全國(guó)的濕法生產(chǎn)線總的節(jié)煤量可達(dá)22.4~45萬(wàn)t標(biāo)煤,這對(duì)大多數(shù)濕法生產(chǎn)線是有可能做到的。
結(jié)論
濕法窯在水泥工業(yè)發(fā)展的過(guò)程中起到應(yīng)有的作用,但是隨著水泥工業(yè)技術(shù)的進(jìn)展,和新型干法窯相比,無(wú)論在熱耗,產(chǎn)量規(guī)模,有害氣體排放等方面,明顯存在缺點(diǎn),因此濕法窯改造勢(shì)在必行。
濕法窯改造的方法有多種:
- 新建一臺(tái)大型新型干法生產(chǎn)線,干濕并舉,并隨市場(chǎng)需求而逐步淘汰裝備陳舊的濕法生產(chǎn)線是國(guó)際上濕法生產(chǎn)線改造的主要方式,在我國(guó)實(shí)施過(guò)程中,實(shí)踐證明最為合理,也是我國(guó)濕法生產(chǎn)線改造的主流。
- 我國(guó)原料一般水份均低于4~6%以下,采用干法比較合理,濕磨干燒不宜推廣,但在個(gè)別原料水份高的地區(qū),可以考慮興建濕磨干燒生產(chǎn)線,取代原有濕法生產(chǎn)線是可行的。
- 我國(guó)現(xiàn)有的濕法窯窯徑偏小,改為干法生產(chǎn)設(shè)備利用率偏低,不宜推廣。
- 現(xiàn)有的濕法窯應(yīng)維持生產(chǎn),但必須根據(jù)生產(chǎn)線裝備情況,盡可能進(jìn)行技術(shù)改造,提高產(chǎn)量,降低能耗。
主要參考資料:
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2. Indian Wet Process Cement experieuce ,Naresh等,Cement Review 1998.P82
3. Commissioning the World’s largest semi-dry Process Kiln system ,by Has Erik
Borgholm等,F(xiàn)LSmidth Co 文章
4. Unconventional wisdom , Cement Review 1999.12P68
5. 論我國(guó)濕法水泥廠改造的途徑—,丁士厚,水泥技術(shù) 1992.4.P3
6. 安徽白馬山水泥有限公司2#窯完善改造工程申報(bào)材料,南京水泥工業(yè)設(shè)計(jì)研究院1998.2
7. 安徽海螺(集團(tuán))有限公司白馬山水泥廠1#窯技改工程可研報(bào)告,天津水泥工業(yè)設(shè)計(jì)研究院1997.12
8. 廣州水泥廠搬遷方案研究報(bào)告,天津水泥工業(yè)設(shè)計(jì)研究院2000.4
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