| 从上世纪80年代初我国的新型干法水泥生产线的起步建设到2004年底，新型干法水泥熟料生产能力由59万t/a达到了3.3亿t/a。单条生产线的能力也从300t/d发展到了10000t/d。我国水泥工业结构调整取得了举世瞩目的成绩，新型干法对水泥工业的影响实现了由“量”到“质”的变化，成为中国水泥工业的主导。 2004年中国水泥工业在国家宏观调控的政策落实过程中走过，尽管各方观点不同，仍实现了快速增长。水泥产量达到9.7亿t，比上年增长12.4%。2004年投产的新型干法水泥生产线143条，熟料总生产能力12995万吨，同比增长67.9%，其中2000t/d以上规模的占90％，5000t/d以上占48.1％。特别是有4条10000t/d生产线在海螺集团投入生产，使我国的水泥工业实现了规模化。 为了防止出现浪费资源，污染环境，经济过热等带来的负面影响，国务院在2003年下发了[103]号文件，及时对水泥工业的发展提出了指导性意见，调整了水泥工业的发展速度。与此同时为了调整我国水泥工业不合理的现状，国务院的[103]号文还指出：发展水泥工业继续遵循“控制总量、调整结构、提高质量、保护环境”的原则。“重点支持在有资源的地方建设日产4000吨及以上规模新型干法熟料基地项目，鼓励地方和企业以淘汰落后生产能力的方式发展新型干法水泥”。 加快发展新型干法生产工艺，设计单位必须解决好两大课题：一是要把最新的科研成果和最好的工艺生产设备提供给工厂。通过不断优化设计方案，保证所设计的生产线技术先进、生产可靠，为工厂建设和达标运行奠定良好的技术基础。二是在技术合理的前提下，力求投资最低。 随着近几年我国国民经济的快速增长，水泥工业也面临许多问题，受到了资源及煤、电供应紧张的制约，促使水泥技术向边缘化、生态化发展，为满足实际条件要求，生产线的实际规模和设备配置实现了多样化。 1. 预分解窑生产线上的技术进步 多年来，各设计院投入大量人力和物力，对从原料开采到水泥出厂的整个生产系统的工艺技术和装备进行开发和改进，在设计中做到优化设计，从而使整条工艺线的技术水平得到了很大的提高，而其中最具有代表性的是原料均化技术、预分解窑节能煅烧工艺、节能粉碎粉磨工艺、自动化控制技术、环保装备技术及其他有关技术。 预分解窑生产线总体技术进展如下： 技术水平有较大提高 从Φ4×60m的预分解窑生产线的主要指标来看，日产量从2000t提高至2500t，热耗下降至3020kJ/kg，综合电耗低于100kWh/t水泥，运转率提高至90%以上。 5000t/d预分解窑熟料生产线的主要指标为：大部分生产线稳定在5500t/d左右运行，热耗下降至2968～3011kJ/kg，综合电耗低于60kWh/t水泥，年运转率85%以上。 装备向大型化发展 2000t/d～3500t/d规模的生产线数目约占60%，5000t/d规模的生产线数目约占40%。同时 2500t/d生产线也由1窑2磨，发展到1窑1磨。5000t/d生产线的基本国产化。10000t/d生产线已经有两条相继投产，国产化的10000t/d生产线正在进行工程设计。 向绿色生态水泥发展 对资源进行综合利用，以工业废料替代优质原料、燃料；搭配使用劣质原燃料；利用水泥回转窑处置工业危险废弃物和部分城市废弃物，使水泥工业成为循环经济链中重要的一环。由天津院设计的国内第一条处置城市工业危险废弃物的示范线将于2005年投入生产。 2. 不同规模生产线的设备选型 2.1 原料均化技术 预分解窑产品质量达到或超过湿法窑的关键之一是原料均化链技术的发展和应用。在设计生产线时，是以磨前环节为均化链的核心，同时改善磨后均化，在产品质量得到充分地保证的前提下，减少均化堆场储量和均化库的库容。 ·设置原燃料预均化堆场，目前已设计可满足不同生产规模的不同储量的均化堆场，圆形堆场直径可达90m，储量40000t；长型堆场可满足10000t/d生产线的需求。 ·采用均化效果H值可达8，电耗约0.25kWh/t的TP-1、TP-2型连续式均化库。 2.2 预分解窑节能煅烧工艺 2.2.1 工艺技术及装备的开发 ·通过系统的冷、热模型试验，开发了系统压损约4800Pa的高效、低压损的5级旋风预热器，目前已投入生产的有2000t/d、2500t/d的单系列和10000t/d、5000t/d、4000t/d、3200t/d、2500t/d的单、双系列预热器。预热器内筒、锁风阀、耐火衬料等部件均作了大量改进。 ·对不同挥发份煤的燃烧特性及在窑炉工况条件下的燃烧机理进行研究，探索不同挥发份燃料在分解炉内燃烧特性，使分解炉设计更为合理。在此基础上开发了实用、可靠的无烟煤煅烧技术和装备。 ·为满足不同熟料产量的需求，设计了一系列不同规格的回转窑，包括二支承和三支承窑，最大规格为Φ6.0×96m。 开发了TC系列空气梁篦冷机，与传统厚层篦冷机相比，空气梁通风均匀，冷却风机风量从2.6-3.2m3/kg·熟料下降至1.6-2.2m3/kg·熟料，单位篦床面积负荷从36-40t/m2d提高至40-50t/m2d以上，冷却效率从68%提高至74%以上，篦板损坏量和设备事故率大为减少，提高了运转率，此项技术已通过了部级鉴定，现已形成700t/d-10000t/d级系列产品，大量用于新线建设和老线改造。 ·开发了可供不同性能燃料（包括无烟煤）的系列燃烧器，一次风量可降至10%以下，此类燃烧器在生产中对燃料适应能力强，调节灵活，易于控制火焰形状，对保护窑皮及延长衬料使用周期很有利。 2.2.2 生产线成套装备的开发 上述的烧成系统技术装备技术先进，性能可靠，且都已形成系列，所组成的生产线在新线建设和老线改造中均已取得积极成果，仅以少数有代表的生产线简叙如下： ·由改进型的五级预热器和TDF分解炉系统、Φ4×60m回转窑、TC1062空气梁篦冷机组成的2500t/d生产线在葛洲坝水泥厂投产后的三个月内，月平均就超过设计产量。 ·4000t/d国产装备烧成线已在冀东水泥厂运转多年，产量长期保持在4700t/d以上。 ·改进的5级低压损旋风预热器和TDF、TSD分解炉、Φ4.8×72m回转窑、空气梁篦冷机组成的5000t/d烧成线，继池州海螺（第一条）之后已经有几十条生产线投入运行。 ·无烟煤煅烧技术：继在七里岗水泥厂1000t/d和700t/d窑上改造取得理想的效果。此项技术包括适用于无烟煤煅烧的预分解炉，窑、炉用的燃烧器，以及煤粉制备技术等，已通过部级鉴定，并广泛用于老挝、越南和国内的十余条700t/d～5000t/d生产线，对于我国煤炭资源的利用，缩短运距，降低生产成本十分有利。 ·北京金隅集团有限责任公司处置城市工业废弃物示范工程项目，建设一条采用国内外成熟稳妥的技术和装备来处置城市工业废弃物的水泥回转窑系统，年处置能力达5-10万t以上，对城市工业废弃物进行“减量化、无害化、资源化、安定化”处理，通过优化生产线烧成系统的设计，实现批量自动化处理城市工业废弃物。项目建成后将成为处置城市工业废弃物的示范工程。 2.3 节能粉碎粉磨技术与装备 2.3.1 粉碎技术与装备 单段锤式破碎机具有破碎比大、物料不易堵塞、结构牢固、维修方便、电耗低、生产能力范围大、工艺流程简单等优点，我院通过多年努力，开发出从80t/h至1400t/h不同型式的单段破碎机，其中产量为1000t/h的破碎机已在国内几十条5000t/d及以上规模生产线长期使用，效果很好。 2.3.2 生料烘干粉磨 在生料烘干粉磨系统中，结合原料的水份、易磨性和磨蚀性等特性，分别对钢球磨系统、辊磨系统、进行了开发。 （1）带组合式高效选粉机的钢球磨系统 钢球磨对原料的磨蚀性没有特殊要求，运行可靠。新开发的TLS型组合式高效选粉机的优点是分离效率高，产品细度调节灵活，结构紧凑与中卸磨配套使用后，产量提高，电耗降低，流程简化，效果可观。 2500t/d生产线生料系统中所配用的Φ4.6×12m中卸磨、TLS2800组合式选粉机系统，产量较旋风式选粉机系统提高15-20%、电耗低于19.4kWh/t。 3000t/d级生产线原料粉磨系统采用的Φ5×10.5+2.5m风扫磨，当进料粒度90%小于25mm，物料综合水分为6％，产品细度为80 mm筛筛余12%时，磨机能力为220～250t/h。 （2）辊式磨系统 从80年代起，开始开发辊式磨技术与装备，首台TRM25装备于1992年4月在河南省新乡水泥厂投产，产量80t/h，系统单位电耗15.4kWh/t·生料，单位磨耗4.36g/t·生料，项目于1994年通过部级鉴定，现已有多台在运行。 用于2500t/d级生产线的辊式磨，已经在华新集团阳新项目和陕西社会项目中投入运行，运转情况良好，在技术上得到了国际著名水泥生产商的认可，并即将在LAFARGE都江堰2线采用。 结合近年来材料工业的发展，新设计的TRM型辊式磨，改变了辊子型式，加快磨盘转速，提高磨辊压力，相应提高了产量。系统可采用部份外循环，以降低粉磨电耗并通过改进选粉机，使之选粉操作灵活。现已设计满足5000t/d级以下规模水泥厂的生料和煤粉制备的辊式磨系列产品。 2.3.3 水泥粉磨系统 （1）钢球磨、选粉机系统 我院长期致力于钢球磨、选粉机系统磨制水泥的优化及开发工作。主要工作有： 对钢球磨结构优化，改进隔仓板和衬板，优化研磨体级配，改进进、出料口，轴承座结构及润滑系统等，使之规格大型化。 多年来，不断开发选粉设备，近年来，在引进的O-Sepa选粉机基础上，通过消化、吸收、改进形成了不同用途，多种系列的高效笼式选粉机。 由高效笼式选粉机、高效袋式收尘器和球磨机组成的水泥磨系统，磨制水泥的颗粒级配较为合理，相同比表面积的水泥强度较高，具备选粉效率高、电耗低、产量高，以及设备运转可靠的性能，已在设计中大量选用。 考虑到ISO标准要求增加水泥或混合材的细度，为满足市场需求，开发出超细选粉机，该选粉机已用在葛洲坝水泥厂一台Φ2.2×11m的磨机上，生产出8000cm2-11000cm2/g的水泥和矿渣，电耗约140kWh/t（1000cm2/g）目前已为长江三峡大坝工程生产出小于5-6µm并占总量95%以上的产品，在使用中得到好评。解决了生产高细产品的技术难题，此类选粉机可用于不同生产规模的磨机，还可用于其他有关工业。 （2）辊压机系统 辊压机在我院设计工程中广泛应用，与钢球磨组合的水泥粉磨电耗可降至32kWh/t以下。（3200cm2-3400cm2/g） 引进技术开发的国产辊压机存在着辊径小、振动大、辊面磨损大、自控不协调、停机过频，液压系统失灵等技术问题，针对上述缺陷，我院开发了TRP系列辊压机，新型辊压机正在国内多条不同规模的生产线上使用。 2.3.4 煤粉分级系统 多年来，风扫煤磨系统一直使用分离效率低，煤粉细度粗，细度调节范围小的粗粉分离器。我院现已开发了动态选粉机，取代粗粉分离器，产量可提高20%，细度调节灵活方便，可以生产80μm筛余1~5%的煤粉，解决了烧无烟煤或低挥发分煤对煤粉的细度要求，此选粉机已广泛用于国内外采用无烟煤或烟煤煅烧的生产线。 2.4 自动化控制系统 预分解窑工艺生产技术复杂，一条生产线需要900多台电动机和阀门，数百台机械设备以及上千个开关量，数百个模拟量测点和数十个调节回路。为保证生产正常和产品质量，只有通过自动化控制技术才能达到。 在工程设计中，广泛应用国际上先进的计算机控制技术、通讯技术和图形显示技术，采用分散控制，集中管理的集散型控制系统（DCS），目前已有200余条生产线投入正常运行。随着技术的发展和系统投资的降低，90年代中期以来700t/d级以上规模的预分解窑均使用自动控制系统，主要工作有： ·在总结系统长期运行经验的基础上开发了适用于水泥工艺生产各主要环节的优化控制软件，起到了稳定操作，优化操作参数，达到节能降耗，提高产量和运转率的目的。 ·在专业装备上都配备有相应完整的电气传动、自动检测和控制的装置，并纳入到生产系统的DCS系统中去，形成分散控制，集中监控管理的控制方式。 ·利用成熟的商用网络技术与DCS系统结合，开发出水泥工厂生产管理信息系统（PMIS）。在此基础上，开发出全厂管理信息系统（CMIS），为企业管理现代化提供了先进手段。 2.5 环保除尘与技术装备 多年来，我院开发的环保除尘与技术装备获国家级、部级奖励的有12项，能为10000t/d及以下规模水泥厂家提供一整套技术先进、性能优良的除尘装备，这些装备已在国内外水泥及其他行业大量使用。 环保装备具有下述特点： ·收尘效率高，系统阻力低，设备重量轻，维修方便，投资少，且具长期高效使用的特点。 ·类型齐全、规格多、电袋并举，能满足国内现有水泥生产厂家和其他有关厂家的不同需求。 2.5.1 窑尾（生料磨）烟气处理 目前的电、袋收尘器排放浓度满足低于国家排限值50mg/Nm3，位于风景区的北京水泥厂（2200t/d）窑尾袋收尘器出口烟气粉尘测定值仅为24mg/m3。此外，长极板新型电收器，场内气流分布均匀，清灰振动速度均匀。已有几十台大型电收尘用于5000t/d生产线，效果良好。 2.5.2 煤磨烟气 在煤磨电、袋收尘器的结构设计和工艺布置上均采取消除和减缓所产生的燃爆因素，现已有百台在正常运行，其排放浓度均低于国家排限值100mg/m3。 2.6 主机设备配置 由于各项目条件不同，实际配置方案也不同，以下仅列举几个典型的配置方案。 2.6.1 2500t/d级 详细图标请点击文章最后【文件下载】浏览！ 3. 生产工艺线建设的投资与估算 长期以来，天津院按照国家建材局关于“国产化、低投资”的指示，开展设计研究工作。在各专业之间共同协作下，通过技术与装备的发展和优化工程设计及积极配合建设单位，来降低工程投资，主要内容为： 3.1 在工艺技术装备进展的基础上，提高设备的国产化率 近年来，工艺技术与装备技术进展较快，国产化性能进一步完善，国产设备的烧成系统运转率已超过85%，粉磨系统的运转率有较大提高，目前，1000t/d生产线装备全部国产化，2000t/d～5000t/d级生产线可控在进口少量关键的检测和计量设备，约需40万美元（如果原料磨采用进口立磨约400万美元），国产化率90%左右。10000t/d生产线需进口关键设备和关键件，国产化主机设备正在设计中。 3.2 工艺装备技术与生产线产量的提高 预分解窑生产线技术进展促进生产线产量和质量的提高，以2000t/d生产线为例，通过对预热器、分解炉、篦冷机等装备性能的提高和优化，烧成系统产量已提高至2500t/d。（最大2700t/d），与此同时，通过对选粉机的优化，相应提高了生料、水泥、煤粉制备系统的产量。初步估算，对原来的2000t/d生产线增加投资5%-8%，即可实现增加产量25%的目标，部分生产线产量已达到2800t/d，则单位投资进一步下降。 3.3 系统装备功能的优化和提高 （1）辊式磨集中碎、粉磨、烘干、选粉等工序于一体，流程简单，粉磨效率高，单位电耗低于钢球磨系统，尤其适宜与预分解窑匹配，可利用全部出预热器废气。随着耐磨材质的改进，易耗件使用寿命大为提高，生产更加可靠。此外，生产厂房简单，可露天布置，占地面积小，土建费用低，系统投资较钢球磨系统低6%，生料系统现广泛采用。 （2）生料粉磨系统采用组合式选粉机后，取消了粗粉分离器，将选粉机与旋风筒置于一体，减少了输送装置和风管，在2000t/d生产线上，减少建筑面积400m2，设备重量减轻50t。且产量提高15%-20%，电耗下降5%-10%。 （3）可控气流篦冷机和厚层篦冷机相比，热效率提高6%-8%，二次、三次风温提高80℃以上，有利于提高熟料的产量和质量。此外篦床面积有所减少，废气量减少0.8-0.9Nm3/kg，篦冷机收尘系统的电收尘面积，风机风量，废气管道重量相应减少20%-25%，由于可控气流篦板漏料量少，篦冷机下拉链机可取消，熟料链斗输送机可直接布置在篦冷机下，既减少了装置又减少了占地，也减少了投资。 （4）各车间之间工艺流程简捷流畅 工艺流程布置时，尽量做到车间之间布置紧凑，缩短物料输送及热风管道的长度，如山东水泥厂3#窑扩建时，仅此一项，非标管道重量可减少50t。 3.4 适当降低各生产环节的物料储存期 近年来，计算机三维模型系统在矿山设计中的推广应用，物料在线测示的分析和调整速度加快，确保原料在入磨前成份均匀，磨后的生料均化库的均化功能逐步下降，随着磨机运转率的提高，储存功能也在下降，目前生料均化库的储量已从原来的3天逐步了降至1-2天，2000t/d级生产线生料均化库减少1天的储量就可节约投资122万元。 随着企业之间供货关系相对稳定，物资供应计划保证率提高，运输条件宽松，设备运转率的提高，此外矿山条件的改善，各种原燃料的储存量可以相应减少，这将节约土地和土建费用。 3.5 生产线占地面积逐年下降 随着工艺装置技术性能的提高，促进生产线产量的提高，储库及堆场容积的减少，以及工艺装置流程的简化和各车间之间布置的紧凑，再加上总平面布置时的精心设计，多方案比较，减少土地使用。 3.6 优化土建结构设计 过去土建工程的投资，一般占总投资的40%以上，降低土建工程投资是工程低投资的重要组成部分，近年来，所建的生产线的土建工程投资有较大幅度的下降，现在基本控制在25％～28％范围内。分析原因在于：随着工艺装置技术的进展，生产线产量提高，工艺流程简化，装置荷载减轻，车间之间布置紧凑，占地面积减少，土方量降低以及露天化，简化检修吊车设置等，相应减少了土建工程量，此外土建自身技术的提高和发展，大幅度的降低土建费用，可以说土建投资的大幅下降是技术进展的成果，也是各工种之间共同努力的成果，此类例子甚多，仅以少量介绍： 3.6.1 重视厂址地质条件 土建投资的高低在很大程度取决于厂址的地质条件，和地基条件，软地基处理要耗费土建总投资的25-30%，在确定厂址时充分考虑此因素。 3.6.2 提高生产线产量，减少单位土建投资 近年来，生产线的产量随技术进展有较大增加，而这些生产线主要是对工艺装置进行优化，而对土建工程仅作适当修改，如日产2000t/d生产线提高至2500t/d时，土建费用增加不多，单位土建投资费用自然有较大幅度的下降。 3.6.3 工艺生产线装备的优化 随着工艺装置技术的提高，生产线上的装备简化和减小，如生料均化库库容的降低采用空气梁篦冷机后废气系统装置的减小，此外三次风管在工艺设置设计时，风速从原来的16-18m/min提高至25m/min以上，管径缩小，耐火砖和熟料沉积荷载减轻，以及将原有的V型布置改为直线布置，土建投资几乎下降了一半。此类例子举不胜举。 3.6.4 减少工艺设备设计负荷 早期的2000t/d窑尾预热器钢结构耗用钢材超过1000t，因产量低，耐火砖重、以及工艺资料的预热器内料荷载过重，致使土建设计出现“肥梁胖柱”的现象，随着装备功能的提高，高温钙板使用后耐火衬料降低约400t以上，以及结皮塞阻事故规律性认识的深入及防阻措施的有效性，工艺资料的预热器内料载相应降低，再加上土建设计的优化，预热器土建钢材消耗量逐年下降至460t。 近年来，随着系统产量的提高，双系列预热器改为单系列预热器，设备重量、耐火材料、预热器内料荷戴，以及平台面积进一步下降，再加上土建设计优化，单位钢材消耗较早期的预热器降低70%，大大降低土建费用。 3.6.5 筒库大型化 熟料库大型化，可以显著降低单位储料的投资额，铜陵厂仅1个Φ60m×20m的筒库储存熟料98000t，较同样储量的Φ22m群库投资节省一半以上，随着大跨度拱穹顶钢结构技术的开发成功，使钢材消耗大为减低，在此基础上，获港Φ60M熟料库，通过专业之间的配合，在其中心部位设置一立柱，改善了应力，支承钢材消耗减少15%-20%。 3.6.6 合理地推广车间露天化 随着砂页岩的应用以及生料粉磨烘干技术的进展，5级预热器废气可烘干6%-8%的原料水份，某些地区只要采用预喷水防止扬尘及提高设备密封性能可以实现原燃料的露天堆存。 自动化控制技术提高后，岗位工人数量减少，一些设备如收尘器、储罐、库顶装置等在提高密封性能前提下，均可露天设置，此外生料辊式磨，烧成窑头也可以减少顶盖，采用露天设置。 3.6.7 简化检修吊车设置 在设备运转率提高，检修条件改善和零部件重量减轻的前提下，磨房、破碎机房均可取消检修吊车，设置轻型的钢结构可拆卸屋盖，减小了车间面积和体积，降低了结构荷载，较大幅度降低了土建工程造价。 3.6.8 输送设备结构一体化设计 胶带机输送与电缆桥架等的一体化设计比传统的输送机加廊道的建筑形式具有经济合理，减少占地面积，施工速度快的优点，此外在胶带输送机上只设轻型防护罩不设围护和顶盖等均会较大幅度降低投资。 3.6.9 土建专业自身技术的进展 近年来，土建专业在近百条生产线设计中，积累了经验，开发了多项结构计算的应用软件，制定了统一的技术参数和合理的荷载，在结构设计，安全的基础上消化、吸收其他行业的先进技术来提高设计质量，如门架等项技术应用后，钢结构用量减少15%-20%。 3.7 合理缩短设计周期，为加快建厂进度创造条件 在整个施工安装过程中，设计进度能否加快，一定程度上决定了整个工程建设的进度能否加快。 近十几年来，天津院的设计手段和技术装备，有了很大的进步，计算机CAD设计制图已达100%，为加快设计进度创造了条件。现在的项目一般情况下4～6个月左右可交付全部施工图。 3.8 工程费用估算 一个项目的投资高低，是由建设条件、设计内容、工程建设管理、物价因素等多方面条件决定的。但设计确定了全部实物工程量，是决定工程造价的主要因素。 近些年来，建设物资的价格大幅下降；设备招标采购，工程招标，也使造价得到了控制，这些外部因素为降低新型干法生产线投资，创造了极为有利的条件。 根据国内2000～10000t/d规模生产线的统计，一般条件下，投资为每1000t/d规模的生产能力需要投资1亿人民币。 |
