水泥預(yù)分解窯工藝裝備技術(shù)

　　水泥生產(chǎn)過程中，產(chǎn)品質(zhì)量控制的三個(gè)重要環(huán)節(jié)是：入窯生料質(zhì)量和喂料穩(wěn)定性，熟料率值和礦物成分設(shè)計(jì)值的合理性與熟料煅燒狀況，以及水泥的粉磨細(xì)度、顆粒級(jí)配、顆粒形貌等。上述三個(gè)環(huán)節(jié)實(shí)質(zhì)上反映了水泥生產(chǎn)過程中的生料制備、熟料煅燒和水泥粉磨的工藝裝備技術(shù)的狀況。本文就水泥預(yù)分解窯工藝裝備技術(shù)及發(fā)展談點(diǎn)看法。
1 生料制備
　　水泥生料制備過程中CaO的標(biāo)準(zhǔn)偏差控制值隨裝備技術(shù)的發(fā)展而逐步減小。
　　1)計(jì)算機(jī)三維模型系統(tǒng)在礦山設(shè)計(jì)中大量推廣應(yīng)用，礦山勘探時(shí)，取得完整的數(shù)據(jù)，在設(shè)計(jì)時(shí)，將礦山分成體積較小的CaO、SiO2、MgO、R2O等成分較為均勻的若干有限單元，在生產(chǎn)時(shí)搭配使用，在開采時(shí)，根據(jù)生產(chǎn)所需的成分，對(duì)各有限單元內(nèi)礦石的化學(xué)成分通過計(jì)算機(jī)來進(jìn)行搭配控制開采，做到所開采的礦石內(nèi)所需的化學(xué)成分的均勻性。
　　2)連接破碎機(jī)和預(yù)均化堆場(chǎng)的皮帶輸送裝置輸送的石灰石等物料的分析控制方式從離線分析轉(zhuǎn)為在線分析，在測(cè)試裝置中，使用較為廣泛的是XRF分析測(cè)試控制裝置和近年來出現(xiàn)的不需制備樣品，可連續(xù)測(cè)試并能更快的對(duì)物料成分進(jìn)行調(diào)整的中子測(cè)試儀。上述測(cè)試裝置與礦山計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)，能在預(yù)均化堆場(chǎng)內(nèi)控制石灰石CaO標(biāo)準(zhǔn)偏差值小于±0．5％，加上誤差精度小于±1％的塊狀或粉狀喂料裝置，可以精確控制入磨石灰石和各種校正原料，使原料在入生料磨前達(dá)到入人窯生料成分的要求。
　　3)生料系統(tǒng)采用輥式磨。輥式磨具有電耗低，生產(chǎn)能力和烘干能力大，場(chǎng)地節(jié)省的優(yōu)點(diǎn)。隨著設(shè)計(jì)、制造技術(shù)、材質(zhì)的改進(jìn)，國(guó)內(nèi)一些預(yù)分解窯生產(chǎn)線的輥式磨磨制生料中的石英砂巖的含量從3．3％至10％，金屬磨耗量從3g／t至18g／t，磨輥的使用壽命達(dá)到8000h以上，而且磨制的生料顆粒級(jí)配均勻，大顆粒石英量少。近年來，新出現(xiàn)的4輥輥式磨較原有的2輥輥式磨體積減小15％，產(chǎn)量高，運(yùn)轉(zhuǎn)率接近窯的運(yùn)轉(zhuǎn)率，完全滿足生料細(xì)度和烘干的需求。
　　生料制備過程中，由于礦山開采的石灰石等主要原料的成分的均勻性得以提高，測(cè)試裝置的分析調(diào)整速度快速提高，確保生料入磨前成分均勻，生料庫(kù)的均化工作量的功能下降，此變化過程對(duì)生料質(zhì)量有利。
2 預(yù)分解窯煅燒工藝裝備技術(shù)
　　預(yù)分解窯煅燒工藝裝置是由預(yù)熱器、分解爐系統(tǒng)、回轉(zhuǎn)窯、篦冷機(jī)、三次風(fēng)管和燃燒器等裝備組成，上述裝置創(chuàng)造了良好的煅燒條件，確保了熟料在較高的率值和較高的C3S含量時(shí)所需的煅燒溫度，以及快速的升溫速率，充分的燃燒狀況和快速冷卻條件，保證了熟料煅燒質(zhì)量。
　　1)預(yù)熱器和上升管道的形式進(jìn)一步優(yōu)化，系統(tǒng)內(nèi)的單項(xiàng)部件的結(jié)構(gòu)和材質(zhì)進(jìn)一步改進(jìn)，使預(yù)熱器系統(tǒng)的效率進(jìn)一步提高，生料在很短的時(shí)間內(nèi)在各級(jí)預(yù)熱器系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行熱交換，不僅在預(yù)熱器內(nèi)反復(fù)循環(huán)的過程中得到加熱，還進(jìn)一步得到均化。分解爐的結(jié)構(gòu)及工藝尺寸使燃料有足夠的時(shí)間燃燒，三風(fēng)道燃燒器進(jìn)一步提高了分解爐內(nèi)煅燒溫度，上述措施不僅提高了入窯物料的分解率，還可以擴(kuò)大燃料品種，如低揮發(fā)分煤的應(yīng)用。目前一些性能優(yōu)良的預(yù)
　　熱器分解爐系統(tǒng)的人窯物料分解率已達(dá)94％，因而窯的L／D趨勢(shì)在縮短，出現(xiàn)了L／D=10～12的短窯。
　　2)預(yù)分解窯轉(zhuǎn)速已提高至3～4r／min，物料在窯內(nèi)翻滾次數(shù)增加，有利于火焰和煙氣對(duì)物料進(jìn)行熱交換，相應(yīng)提高了物料在窯內(nèi)溫度的均勻性，減少物料表面和內(nèi)部的溫差，有利于熟料質(zhì)量的均勻。由于物料在窯內(nèi)停留時(shí)間短，升溫速度快，易生成晶格小于30μm的C3S熟料，有利于粉磨和提高水泥強(qiáng)度。
　　3)空氣梁篦冷機(jī)技術(shù)解決了厚層篦冷機(jī)冷風(fēng)不易均勻透過料層的技術(shù)難點(diǎn)，冷風(fēng)和高溫熟料進(jìn)行激烈的換熱，一方面有利于熟料快速冷卻；另一方面提高了二次、三次風(fēng)溫度，目前，篦冷機(jī)的熱效率已提高至74％以上，且運(yùn)轉(zhuǎn)率大幅度提高。
　　4)大窯門罩技術(shù)的出現(xiàn)，三次風(fēng)從篦冷機(jī)中部轉(zhuǎn)為窯門罩抽取，使入分解爐的三次風(fēng)溫和入窯煅燒的二次風(fēng)溫相等，測(cè)試表明上述溫度超過920℃三次風(fēng)溫的提高，有利于分解爐內(nèi)燃料的燃燒，相應(yīng)提高了入窯物料分解率。
　　5)多風(fēng)道燃燒器的應(yīng)用，煤粉經(jīng)旋流風(fēng)擴(kuò)散形成快速燃燒，燃燒器的沖量可使不同揮發(fā)分的燃料在窯內(nèi)燃燒，而且使燒成帶具有高的燃燒溫度且火焰峰值平穩(wěn)，有利于熟料煅燒和窯皮的維護(hù)。
預(yù)分解窯裝置技術(shù)的進(jìn)展，系統(tǒng)熱耗已降至3000kJ／kg以內(nèi)，熱耗愈低，燃料使用量就少，供燃燒的二次風(fēng)量和三次風(fēng)量相應(yīng)就少，從篦冷機(jī)高溫部位抽取的熱風(fēng)溫度高，此外多風(fēng)道燃燒器的一次風(fēng)量已下降至6％～8％，因而預(yù)分解窯內(nèi)的物料一直處在高溫下煅燒?？傮w說來，物料在預(yù)熱器分解爐內(nèi)迅速加熱后進(jìn)入人窯內(nèi)，又在高溫下迅速加熱煅燒成熟料，由于窯內(nèi)冷卻帶短，熟料很快進(jìn)入篦冷機(jī)內(nèi)快速冷卻。上述工況適宜于較高的熟料率值和C3S、C3A含量高的熟料，而且有利于生成C3S晶格小的熟料，再加上合理的冷卻制度，對(duì)熟料強(qiáng)度和粉磨十分有利。
3 水泥粉磨裝備技術(shù)
3．1 球磨機(jī)系統(tǒng)
　　水泥磨系統(tǒng)中所配用鋼球磨的結(jié)構(gòu)進(jìn)一步優(yōu)化，調(diào)整和改進(jìn)鋼球磨的隔倉(cāng)板、階梯襯板形式，使用分級(jí)襯板，優(yōu)化研磨體級(jí)配，以及進(jìn)料口、潤(rùn)滑系統(tǒng)軸承座結(jié)構(gòu)等，使之規(guī)格大型化，磨耗及電耗相應(yīng)降低。
O—Sepa選粉機(jī)(或高效籠式選粉機(jī))、高效袋式除塵器和球磨機(jī)組成的水泥粉磨系統(tǒng)，其循環(huán)負(fù)荷由離心式的200％～300％下降到100％～200％，磨制水泥時(shí)，3～30μm顆粒級(jí)配的重量超過65％，因而具備選粉效率高、電耗低、產(chǎn)量高及顆粒級(jí)配合理等優(yōu)點(diǎn)。
3．2 輥壓機(jī)+球磨+選粉機(jī)系統(tǒng)
　　輥壓機(jī)的出現(xiàn)是粉磨技術(shù)的重大進(jìn)展，水泥粉磨電耗可降至32kWh／t以下(4000cm2／g)，由于輥壓機(jī)具有能耗低、效率高的特點(diǎn)，多次循環(huán)，重復(fù)擠壓物料達(dá)到增加成品細(xì)度的目的，同時(shí)，其產(chǎn)品最終經(jīng)球磨和選粉機(jī)系統(tǒng)，因而和球磨系統(tǒng)—樣可以獲得細(xì)度合適、顆粒級(jí)配合理和顆粒形貌合適的產(chǎn)品。
此外，還有輥式磨、球磨機(jī)和選粉機(jī)組成的系統(tǒng)，其原理接近輥壓機(jī)系統(tǒng)，均能降低電耗，獲得優(yōu)質(zhì)的水泥產(chǎn)品。
4 適應(yīng)ISO國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的工藝裝備技術(shù)措施
　　我國(guó)水泥IS O強(qiáng)度和CB的強(qiáng)度的差距，表面上是我國(guó)水泥下降一個(gè)標(biāo)號(hào)，實(shí)質(zhì)上反映出我國(guó)和國(guó)外水泥生產(chǎn)線的工藝裝備技術(shù)的差距。事實(shí)上國(guó)外的水泥檢驗(yàn)強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)是隨著工藝裝備技術(shù)的進(jìn)展而逐年發(fā)展形成的，只有發(fā)展我國(guó)自己的水泥生產(chǎn)裝備工藝技術(shù)才能適應(yīng)新標(biāo)準(zhǔn)的推廣，否則，只得承認(rèn)現(xiàn)實(shí)，下降標(biāo)號(hào)或者以增加熱耗和電耗或增加生產(chǎn)成本來提高水泥標(biāo)號(hào)。由于國(guó)內(nèi)水泥工藝裝備形式多，且規(guī)模小，很難用一種方式解決，大致途徑如下：
　　1)加強(qiáng)生產(chǎn)管理，提高現(xiàn)有生產(chǎn)設(shè)施的工藝裝備技術(shù)性能，如生料制備過程中加強(qiáng)礦山開采搭配，提高圓形碎石庫(kù)的均化作用，加強(qiáng)磨頭配料及改善均化庫(kù)效果等；在燒成措施上加強(qiáng)系統(tǒng)的密封，改善燃燒器性能，改進(jìn)預(yù)熱器、分解爐、回轉(zhuǎn)窯和篦冷機(jī)操作等；水泥粉磨系統(tǒng)改善選粉機(jī)的性能等。上述措施主要是利用熟悉技術(shù)的人員來加強(qiáng)生產(chǎn)管理，或少量投資對(duì)個(gè)別裝備加以改進(jìn)，對(duì)生產(chǎn)較為正常的工藝線會(huì)收到一定效果。
　　2)利用現(xiàn)有成熟的預(yù)分解窯生產(chǎn)工藝線單項(xiàng)或局部的工藝裝備技術(shù)來改造現(xiàn)有生產(chǎn)工藝線上技術(shù)落后的裝備，此類裝備除上述介紹的外，還包括新品種耐火材料，生料質(zhì)量控制系統(tǒng)以及回轉(zhuǎn)窯優(yōu)化系統(tǒng)等各主要環(huán)節(jié)的自控系統(tǒng)，此類改造對(duì)目前仍不正常的生產(chǎn)線尤為有效。對(duì)于生產(chǎn)基本正常，但仍存在局部缺陷的生產(chǎn)線，按其需求局部改造，在此范圍內(nèi)必然有效。
　　3)從根本上講，徹底解決的措施是加速發(fā)展預(yù)分解窯生產(chǎn)技術(shù)，在原料產(chǎn)地興建大型低投資的預(yù)分解窯熟料生產(chǎn)線，在消費(fèi)城市興建技術(shù)先進(jìn)的粉磨站、混凝土攪拌站等。當(dāng)預(yù)分解窯生產(chǎn)的熟料價(jià)格、質(zhì)量均優(yōu)于現(xiàn)有落后生產(chǎn)線所生產(chǎn)的熟料時(shí)，關(guān)閉落后的回轉(zhuǎn)窯和立窯生產(chǎn)線，利用現(xiàn)有裝置改建粉磨站。國(guó)內(nèi)的一些大型水泥公司，采用此方式均取得較大經(jīng)濟(jì)效益。